Способ измерения напряжений для проводной телеметрии Советский патент 1980 года по МПК G01R19/00 

I

Изобретение относится к информационноизмерительной технике и может быть использовано в системах автоматизации экспериментальных исследований, например, для измерения температуры.

В измерительной технике широкое распространение получил способ измерения напряжений, основанный на двухтактном интегриро-. вании {1, заключающийся в том, что напряжеНие измеряется в два такта. В первом такте интегрируется измеряемое на 1ряжение при постоянном времени интегрирования, а во втором накопленное напряжение в первом такте раз-ряжается напряжением противоположной полярности. Все электрические цепи, по которым осуществляется интегрирование в первом и втором тактах, исключаются из результата измерения. Поэтому способ двухтактного интегрирования позволяет проектировать устройства обладающие высокой точностью и стабильностью. Однако, способ двухтактного интегрирования в телеизмерительных проводных системах, в KOTOpbix в результате двойного интегрирования удавалось бы исключать влияю е

емкости кабеля, до сих пор не нашел применения. Это объясняется тем, что в кабеле между токонесущей жилой и оплеткой существует собственная паразитная емкость, которая подключена параллельно к цепи интегрирования и вносит такую погрешность, которая поглощает все положительные качества способа двухтактного интегрирования.

Известен способ многоканальных телеизмерений, при котором в первый такт осуществляется интегрирование сопротивления, во второй и третий такты интегрируются эталонные сопротивления, а затем путем математической обработки исключается влияние жилы кабеля 2.

К недостаткам такого способа следует отнести то, что для исключения влияния кабеля необходимы, как минимум, два эталонных отсчета, а это снижает быстродействие, и затем для получения точного отсчета необходима математическая обработка результатов информационного и эталонных отчетов что значительно усложняет автономные телеизмерительные системы и устройства. Наиболее близким техническим решением к данному изобретейию является способ измерения напряжений для проводной телеметрии; основанной на двухтактном интегрировании, При котором в первом такте интегрируют йэмерйемое напряжение в течение заданного ийтервала времени, а во втором такте интегрируют опорное напряжение с обратным знаком до достижения н левого уровня и фиксируют время интегрирования во втором такте 3.К недостаткам такого способа следует отнес ти малое быстродействие за счет, того что ;шя исключения влияния кабеля необходимы две эталонных отсчета и математическая обработка результатов инф6| Ш1ШО{Шогй и талонных отсчетов, а также недостаточно высокая точность измерений. Целью настоящего изобретения является пбвьшёШеточйосЧй за счет исключения влияния паразитной бмкости про)1одных соединений и повышение быстродействия. Это достигается ,4W перед первым тактом интегрирования задают напряжение начальных условнй, равное сумме входного и опорного напряжений, а перед вторым тшстом интегрирования напряже ние начальных условий устанавливают равным ШорШйу напряжению, но с противоположным -зн)акомГ . Способ осуществлен путем бжжнрования паразитной емкости проводных соедикенлй и исключения таким образом ее.влияния на точность измерения. Механнзм блокирования паразитной емкостй Жйлючается в том, «fro емкость предвариTehbHo заряжают .до напряжения начальных условий, liaSHOro сумме измеряемого и опорного напряжения, а по ;кольку емкость подкя 1юна тЁа аллельно к цепи acroieoaca юпряже, нйя ийт«грИ|)0)В|1НИ)1 { после заряда представляет источник , напряжения, то оба источника оказываются включенными параллельно одноименными полюсами. В случае если уровни напряжений равны, то ток через паразитную ёмкость не проходат,то есть исключается влияние паразитной емкости проводных соединений. ЕстёсШ|{Яо, П1элнрго равенства напряжений в реальных устройствах добнгься весь Ш , поэтому утечки через пар азитную емкость . Однако, в этом случае емкость будет подзаряжаться на линейном участке экспоненты даряда и емкость как элемент злектрической-цепя, будет эквивалентнаа(тивному сопротивлению большого йЬШнала, что и результате телеизмерений приведет к аддитивной погреплюсти, которая всегда может быть учтена в реальных устройствах. Предложенный способ реализован в устрой сгве, изображенном на фнг. 1, а на фиг. 2 представлена временн ая диаграмма, поясняющая работу устройства. Устройство состоит: из источника 1 измеряемого напряжения; ключей 23,4,5,6 н 7 для коммутации напряжений; интегрирующего, конденсатора 8, нуль-органа 9; элемента 10 ИЛИ; программного блока 11; Генератора 12 частоты; элемента 13 И; счетчика 14; кабеля 15; триггера 16; эталонного резистора 17. Работа системы тактируется программным блоком (ПБ) в определенной последовательности. В исходном состоянии все ключи систеMbt закрыты, конденсатор разряжен и счетчик обнулен.: Первый такт работы устройства заключается в заряде паразитной емкости проводной системы до напряжения начальных условий, равного сумме опорного и измеряемого напряжений.- Это необходимо для того, чтобы блокировать нелинейное влияние емкости С и свести это влия1гае к аддитивному и лежащему за пределами чувствительности устройства. И действительно, если предварительно .зарядип CK до напряжения где Uxi - измеряемое напряжегае, а затем во втором такте приложить шшряжение UcyM той же полярности к емкости CK, которая уже к емкости CK, которая уже заряжена до UcyM. то два равных напряжения включенных параллельно одаоименными полюсами препятствуют прохождению тОков через CK- Именно это обстоятельство позволяет исключить влияние CK. Цюграммный блок (ПБ) 11 в первом такте вырабатывает первый управляющий сигнал, который открывает ключ 2 и юпоч 3 через элемент 10 ИЛИ, кабель 15 и триггер 16 (связь между элементом ИЛИ и триггером через кабепь иа фиг. 1 показана пунктиром). К точке а схемы прикладывается суммарШм; напряжение о Uxj и собствеиная емкость кабеля С заряжается до этого шлряжения. Поскольку (фиг. 2) время заряда CK - для дшоюго типа кабеля пюстоянно, то оно задается блоком 11. Кроме того, первый управляющий сигнал устанавливает в счетчике 14 код 2, соответствующий введению в него п импульсов частоты генератора-V AI После окончания иитервала времени начинается второй такт работы системы, заключающийся в интегрировании измеряемого напряжения Uxj Для этого программный блок II вырабатывает второй уп{завляющий сигнал, который открывает ключ 4, элемент ,13 И (ключ 3 остается открытым после такта). К точке а схемы прикладывается напряжение интегрирования Усум- А поскольку паразитная емкость CK уже заряжена до . то напряжение интегрирований только поддерживает напряжение на емкости .на насыщенном линейном участке зкспоненты заряда емкости CK- Поэтому паразитное действие емкости кабеля CK становится анало гично действию активной нагрузки, то есть CK вносит аддитивную составляющую погрещности, которая может быть учтена или ле жать за пределами чувствительности схемы. После открывания ключа 4 начинается процесс заряда интегрирующего конденсатора 8 по цепи: источник измеряемого напряжения, ключ 4, конденсатор 8, кабель 15, ключ 3 и гыход источника измеряемого напряжения. Одновременно счетчик по команде с профзммного блока 11 начинает заполняться стабильной частотой fg, поступающей с генератора через элемент 13 И. После переполнения счетчика 14, последний импульс с генфа: тора 12 сбрасывает его в нуль и проходат | на соответствующий вход программного блока 11. На зтом заканчивается второй такт работы системы. Интервал времеин tj, во втором такте оказывается интервалом интегрирования, который во всех циклах постоянен. Но амплитуда напряжешш Uxmax ОК(1 ления на интегрирующем конденсаторе 8 будет пропорциональна Uxj. Третий такт работы устройства как и первый заключается в подготовке кабеля к следующему такту интегрирования, то есть перезарядке собственной емкости кабеля CK до напряжения начальных условий, равного 1шпряжению интегрирования, которое будет действовать в четвертом такте. Напряжение гюдготовки должно быть той же полярности, чю и напряжение интегрирования в четвертом такте и необходимо для перезарада собственной емкости CK до напряжения UQ. В третьем такте после сброса счетчика 14 программный блок 11 формирует з равляюощй сигнал на третьей шине. Огкрьгвается кл 5и ключ 6 через элемент 10 ИШ1, кабель и триггер 16. К точке а схемы прикладьшается напряжение UQ иг собственная емкость кабеля CK перезаряжается по цепи: UoT емкость 8, ключ 5, резистор 17, кабель, ключ 6и щина нулевого потенциала. Земля. Так как время перезаряда собственной емкости кабеля CK для данного типа кабеля постоян но, то оно как и в первом такте задается программным блоком 11. По окончании вре мени ti перезаряда CK программный бло 11 формирует управляющий сигнал на четвертой апше. Начинается четвертый такт рабОты системы, который заключается в разря-, де емкости 8 напряжением DO по цепи: ключ 7, емкость 8, резистор 17, кабель, ключ 6 и точка нулевого потенциала; для чего программный блок 11 формирует им пульс на четвертой шине и открывается ключ 7, ключ 6 остается открытым после третьего тйкта. Одновременно с началом разряда емкости 8 по команде с программного блока 11 открывается :}лемент 13 И и счетчиК| начинает заполняться частотой fo. При достижении равенства нулю напряжения на емкости 8 срабатывает нуль-орган 9 и формирует импульс для закрытия элемента 13 И через программный блок 11. Элемент 13 И закрывается и счетчик прекращает работу. На этом заканчивается четвертый такт и цикл преобразования измеряемого напряжения. Количество импульсов п , накопленное та счетчике 14 за время t будет пропорционально измеряемому напряжению. Таким образом, введением двух тактов подготовки устраняется влияние собственной емкости кабеля, в результате чего пoвvщaeтcя точность телеизмерений и как следствие увеличивается быстродействие так как в известных способах телеметрии для достижеШ1Я тех же целей требуется больщее число тактов... Формула из о.б р е т е н и я Способ измерения напряжений для проводной телеметрии, основанной на двухтактном интегрировании, при котором в первом такте интегрируют измеряемое напряжение в течение заданного интервала времени, а во втором такте интегрируют опорное напряжение с обратным знаком до достижения нулевого уровня и фиксируют время интегрирования во втором такте, о т л и ч а ющ и и с я тем, что с целью повыщения точности за счет исключения влияния паразитной емкрсти проводных соединений и повышен1(я быстродействия, перед первым такГтом интегрирования задают напряжение началЫшх условий, равное сумме измеряемого и опорного напряжений, а перед вторым тактом интегрирования напряжение начальных условий устанавливают равным опорному напряжению, но с противоположным знаком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шляндин В, М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы, М., Энергия, 1967, с. 192-195. 2.Авторское свидетельство СССР № 327456, кл. G 05 D 23/24, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР № 458849, кл. G 05 D 23/24, 1976 (прототип).

:.,.

717667

. . ,vv;