Интегрирующий преобразователь на-пРяжЕНия B иНТЕРВАл ВРЕМЕНи Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения напряжений малого уровня.

Известны преобразователи напряжения с импульсной обратной связью, в которых одновре менно интегрируется преобразуемое напряжение и импульс образцового напряжения, поступающий с выхода звена обратной связи, причем в установившемся режиме длительность ямпульса обратной связи пропорциональна интегральному значению входного напряжения за время цикла преобразования 1 .

Недостатками преобразователей данного типа являются .наличие коммутирующих элементов в цепи опорного напряжения и низкое быстродействие, так как при включении или скачке входного напряжения имеет место переходной процесс, длящийся несколько даклов преобразования.

Известен интегрирующий преобразователь напряжения малого уровня в интервал времени, содержащий модулятор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной щине устройства и второму входу интегратора, и блок управления, первый и второй входы которого подключены-соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого 1слюча, модулятора и второго ключа 2.

0

Известный преобразователь обладает невысркой точностью вследствие того, что погрещиость модулятора и нестабильность параметров ключей влияют на выходную точность, низким быстродействием и не обладает средствами

5 для определения знака измеряемого напряжения.

Цель изобретения - повыщение точности, быстродействия и расщирение функциональных возможностей преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в интегрирующий преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий модулятор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной шине устройства и второму входу интегратора, а также блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими вxoдa ли первого ключа, модулятора и второго ключа, введены второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединен со своим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модулятор, второй интегратор, переключатель, дифференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом источника опорного напряжения, а управляющий вход переключателя подключен ко второму выходу блока управления. На фиг. 1 изображена функциональная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя. В состав преобразователя входят модулятор 1, интегратор 2, блок 3 сравнения, источник 4 опорного напряжения, ключи 5 и 6, генератор 7 тактовых импулбсов, блок 8 управления, допол1штельный интегратор 9, переключатель 10, дифференциальный усилитель 11 и сумматор 12 на резисторах. Выход интегратора 2 соединен с входом блока 3 сравнения, входы блока 8 управленияс выходами блока 3 сравнения и генератора 7 тактовых импульсов, управляющие входы ключей 5, 6 и модулятора 1 - с соответствующими выходами блока 8 управления; выход сумматора 12 связан с одним из своих входов через последовательно включенные модулятор 1, дополгштельный интегратор 9, переключатель 10, дифференциальный усилитель Ни ключ 5; выход источника 4 опорного напряжения соеди ней со вторым входом сумматора 12 и одним из входов интегратора 2, второй вход которо го соединен с первым входом сумматора 12. В момент времени ti ключ 5 разомкнут, мо дулятор, 1 подключает на первый вход дополни тельного интегратора 9 измеряемое напряжение Ux , а на второй вход - выходное напряжение сумматора 12, переключатель 10 подключает выход дополнительного интегратора 9 на инвер тирующий вход дифференциального усилителя 11 Выходное напряжения интегратора 9 в момент времени tj равно нулю. К моменту времени t напряжение на выходе интегратора 9 достигает эначешя V Л M) , где Т - постоянная времени интегратора 9; К( - коэффициент передачи модулятора 1; (-(- - напряжение на выходе сумматора 12; дрейф интегратора 9, приведенный ко входу. На интервале времени от ti до t2 напряжение на выходе сумматора 12 равно ,. ,,.. )-R-rR В момент времени t2 замыкается ключ 5 и напряжение насыщения (J усилителя 11, имеющее полярность, противоположную полярности образцового напряжения VQ поступает на второй вход сумматора 12, напряжение на выходе которого станет равным .)--. В момент времени i усилитель 11 выйдет из насыщения и начинает действовать отрицательная обратная связь, охватывающая через замкнутый ключ 5 и сумматор 12 последовательно включенные модулятор 1, дополнительный интегратор 9, переключатель 10 и дифференциальный усилитель 11. При этом интегрирующее звено, охваченное жесткой отрицательной обратной связью, образуется в апериодическое; звено первого порядка с постоянной времени, равной - , где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя 11. По окончании переходного процесса, длящегося весьма короткое время (так как постоянная времени очень мала, вследствие того, что ), на выходе дифференциального усилителя 11 устанавливается напряжение обратной связи UPQ, значение которого таково, что )- ;tfv -:()-0 Из выражений (1) и (2) общая площадь сигнала на выходе ключа 5 равна vt.-%Hc()4- - Й . или, с учетом того, что t4 - t) т (длительность частного цикла преобразования), равна «„((r4) .,,

В следующем частном цикле процесс преобразования аналогичеи, происходит лишь переключение модулятора 1 и переключателя Ш, т.е. на вход 1 дополнительного интегратора 9 подается выходное напряжение сумматора 12, а на второй вход - преобразуемое напряже-. 1ше, и выход дополнительного интегратора 9 содинен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 11. Очевидно, что площадь сигнала на выходе ключа 5 по окончании второго частного цикла преобразования равна

VVt.) - tefla V- s)./,,, V «Л

Импульсы с выхода ключа 5 поступают на второй вход интегратора 2, на первый вход которого постоянно подключено образцовое напряжение UQ . В момент времени tj напряжение на выходе интегратора 2 было равно нулю. К моменту времени ts оно достигает значения

UH(t3-ta}+Uoc(),

UO

-RiC

,a

. (5}

о

В момент времени t сработает блок 3 сравнения и по сигналу с блока 8 управления замыкается ключ 6 и интегратор 2 находится в нулевом состоянии UP, 2(t O,-te()J до поступления следующего импульса с выхода ключа 5, когда по сигналу с блока 8 управления ключ 6 разомкнется, разрещая интегрирование интегратору 2.

Из выражения (5) получается

. UH С г-ЬаН осС-Ь4- в) 9-7 Т

tj :яб

Подставляя выражения (4) и (5) для площади сигналов с выхода ключа 5 в частных циклах преобразова1шя, получим

ЛТ Г- 51КЭп-г. (Сз ЙбШтт Г-1

1 0 () ЦАР ()-g7

0 ЛТ - Г- -Ж- (l5lRi)o -г. (. 1т

Vl I/O il.Rfe 7 ()

I/O иАр()Ят,Uo

V

Суммируя результаты преобразования в примыкающих частных циклах, получим

лт-оГ T+liilMl T- l fUo i

Выбиря (),4z- 1. ,)R6

(V4

ЛТ -0 ( , т

получаем

т.е. при Uy U, T в зависимости от полярности преобразуемого напряжеи1Я длительность импульса на выходе преобразователя будет

увеличиваться, или уменьшаться пропорционально значению преобразуемого напряжения. Ш точность преобразования не влияет коэффициент передачи Kjyj модулятора 1 и дрейф интегратора 9, что особенно важно при преобразоваНИИ напряжения милливольтового диапазона. Кроме того, в преобразователе отсутствуют переходные процессы при включении и изменении преобразуемого напряжения, так как он ггредставляет собой разновидность развертьшающей системы, в которой, как известно, процессы в соседних циклах преобразования протекают автономно, независимо друг от друга.

4

25

Формула изобретения

Интегрирующий преобразователь напряже1шя в интервал времени, содержащий модулятор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напряжения, интегратор, блок сравнения и первый ключ, выход которого подключен к выходной щине устройства

и второму входу интегратора, а также блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнения, а первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого ключа, модулятора и второго ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, быстродействия и расширения функциональныхвозможностей, в него введень второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединеи со своим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модулятор, второй интегратор, переключатель, дафференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом опорного напряжения, а управляющий вход переключателя подключен ко второму выходу блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Евяанов 10. Н., Харчешсо Р. Р. Линейные измерительные преобразователи постоянного 7 напряжения в частоту и длительность импульсов с импульсной обратной связью. - Автометряя, 1966, N 1. 8180068 2. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем коитроля и измерений. М., Энергия, 1976, с. 6567 (прототип)-.