Функциональный преобразователь сопротивления в частоту Советский патент 1980 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано при построении широкодиапазонных изме рителей различных физических величин в случае применения в качестве первич ных преобразователей резистивных датчиков, а также для линеаризации характеристик датчиков. Известен преобразователь сопротивления в частоту импульсов, содержащий последовательно соединенные усилитель генератор пилообразного напряжения, компаратор и преобразователь частоты в напряжение 1. Недостатком устройства является низкая точность при узком динамическом диапазоне. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь сопротивления датчика в частоту, содержащий два источника стабилизированного тока, выходы которых через переключатели соединены с образцовым и преобразуетмым динены с образцовым и преобразуемым сопротивлением, выход переключателя, соединенный с преобразуемым сопротивлением, подключен к интегратору, выхо интегратора соединен со входом компаратора (схемы сравнения), второй вход которого связан с другим переключателем, выход компаратора соединен с управляющими входами переключателей 2. Недостатком известного технического решения является снижение точности при расширении динамического диапазона значений преобразуемого сопротивления. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и функциональных возможностей преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в функциональный преобразователь сопротивления в частоту, содержащий два источника стабилизированного тока, выходы которых соединены соответственно со входами первого и второго ключей, первый интегратор, вход которого соединен со входной клеммой преобразователя, а выход - с первым компаратором, источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора, введены второй интегратор, второй компаратор, третий ключ, RS-триггер, преобразователь напряжение-ток, выход которого подключен к входной клемме преобразователя, к которой также подключены вход третьего ключа и первый вход второго компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с одним входом RS-триггера, к другому входу которого подключен выход первого компаратора, выход RSтриггера соединен с управляющими входами ключей, выходы первого и второго ключей соединены со входом второго интегратора, выход которого соединен со входом преобразователя напряжениеток , выход третьего ключа соединен с выходом первого интегратора. На фиг.- 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2. - временные диаграммы, поясняющие его работу. .. Преобразовательсостоит из источников тока 1 и 2, выходы которых через ключи 3 и 4 связаны с интеграто ром 5. Выход интегратора 5 подключен к преобразователю б напряжение-ток (ПНТ), выход которого, в свою очередь, соединен со входом интегратора 7 и с одним из входов компаратора 8, другой вход которого соединен с земляной шиной. Вход и выход интегратор 7. соединены через ключ 9, а выход ин тегратора 7 подключен к одному из входов компаратора 10, другой вход которого соединен с источником опорн го напряжения 11 (ИОН), а выход - с одним из входов триггера 12, другой вход которого подключен к выходу ком паратора 8. Выход триггера 12 подклю чен к управляющим входам ключей 3, 4 и 9, а также является выходом устрой ства. Преобразуемое сопротивление 13 (Rj() подключается к выходу ПНТ б. Преобразователь работает следующи образом. В исходном состоянии триггер 12 н ходится в таком положении при котором ключ 3 открыт, а ключи 4 и 9 закрыты. На вход интегратора 5 поступа ет опорный ток JQ . При этом напряже ние Ма выходе интегратора 5 изменяет ся по закону , С1) где k - коэффициент- преобразования интегратора 5; t - текущее время. Напряжение М с выхода интегратора 5 поступает на вход ПНТ б. Выходной-ток ПНТ определяется соотношение

(2)

-ч-%7

где . коэффициент передачи ПНТ.

Ток ПНТ протекает по преобразуемому сопротивлению 13, при этом на сопротивлении 13 создается падение напряжения

(3)

v,.,

Подставляя в уравнению 10 значения t из выражений (6) и (9) при ус- ловий 3{л I получают

j.-lJ 1 2LJoi.l , .

21

Следовательно, выходная частота 65 преобразователя пропорциональна корню. Данное напряжение поступает на вход интегратора 7, на выходе которого напряжение изменяется по закону ( где koj - коэффициент передачи интегратора 7. Процесс продолжается до момента времени t , определяемого по срабатыванию компаратора 10, т. е. по моменту равенства напряжений V,tV 2 % ) где VCH выходное напряжение ИОН 11. Подставляя в уравнение (4) значения из уравнений (1)-(3), получают , В момент времени t сигналом с выхода компаратора 10 опрокидывается триггер 12. При этом ключ 3 закрывается, а ключи 4 и 9 открываются. В результате происходит разряд интегратора 7 , а на вход интегратора 5 подается опорный ток Здп I противоположный по знаку току За-.- Напряжение на выходе интегратора 5 линейно уменьшается и соответственно уменьшается напряжение на преобразуемом сопротивлении 13 на протяжении времени t, определяемого по срабатыванию компаратора 8. При этом происходит опрокидывание триггера 12 и схема возвращается в исходное состояние. Далее процесс продолжается аналогичным образом. Интервал времени t определяется из выражениягде V - падение напряжения на сопротивлении 13 в момент времени t, . оГ 1 Ч ti. следовательно, vrЧастота следования импульсов на выходе преобразователя определяется соотношением f -i/(,n2). квадратному из значения преобразуем го сопротивления CVT,, где с const Указанное соотношение между вход сопротивлением и выходной частотой позволяет обеспечить постоянную мощность , рассеиваемую на сопротивлении у, а также позволяет осуществить сжатие динамического диапазона как по входному информативному сигналу V , так и по выходной частоте. Преимуществом устройства является устранение аддитивной погрешности та ких блоков, как интегратора 5 и ПНТ. Последнее достигается компарирование нулевого уровня непосредственно на входе интегратора 7. Преобразователь может быть исполь зован для измерения сопротивлений и линеаризации характеристик резистивных датчиков, в частности датчиков криогенных температур. Формула изобретения Функциональный преобразователь со противления в частоту, содержащий два источника стабилизированного тока, выходы которых соединены соответ ственно со входгили первого и второго ключей, первый интегратор, вход котоpdro соединен со входной клеммой преобразователя, а выход - с первым компаратором, источник опорного напряжения, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора, о тличающийся тем, что, с це - лью расширения динамического диапазона и функциональных возможностей преобразователя, введены второй интегратор, второй компаратор, третий ключ, RS-тркггер, преобразователь напряжение-ток, выход которого подключен к входной клемме преобразователя, к которой также подключены вход третьего ключа и первый вход второго компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход с одним входом RS-триггера, к другому входу которого подключен выход первого компаратора, выход RS-триггера соединен с управляющими входами ключей, выходы первого и второго ключей соединены со входом второго интегратора, выход которого соединен со входом преобразователя напряжение-ток, выход третьего ключа соединен с выходом первого интегратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 278253, кл. Н 03 К 13/02, 25.11.68. 2.ABTOjpcKoe свидетельство СССР № 394935, кл. Н 03 К 13/02, 28.06.71 (прототип).

,,4 .,- .«.-;,- «

«- i4 . ь .

W

t

JnHT

URI

и.

и.