Преобразователь сопротивления вчАСТОТНО-ВРЕМЕННОй СигНАл Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 H03K13/20 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в частотно-цифровых измерительных приборах, работающих от резистивных датчиков, например потенпиометрических, тензодатчиков и термометров сопротивления.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобразователь сопротивления в частотно-временной сигнал по основг ному авт.св. № 470919, содержащий операционный усилитель с дифференцирующей КС -цепыю отрицательной обратной связи (интегратор),блок сравнения, двухпозиционный токовый ключ, два разнополярных стабилизатора измерительного тока, образцовых резистор l . Однако в случае, когда начальное значение преобразуемого сопротивления не равно нулю, получить начальную выходную частоту, равную нулю, принципиально невозможно.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей П зеобразоватёля путем получения начальной выходной частоты равной ну.лю, при начальном значении преобразуемого сопротивления - неравном нулю.

Достигается это тем,что в преобразователь сопротивения в частотновременной сигнал, содержащий операционный усилитель с дифференцирующей RC-цепью отрицательной обратной связи, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения,два

0 разнополярных стабилизатора тока с двухпозиционным токовым ключом, образцовый резистор, выход двухпозиционного токого ключа подсоединен к второму входу блока сравнения и к делителю из образцового резистора

5 и преобразуемого резистора, причем средняя точка делителя подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход блока

0 сравнения подключеи к управляющему входу двухпозиционного токового ключа, введены-фазоинвертор, компен.сирующий резистор, два разнополярныХ стабилизатора компенсационного

5 тока, дополнительный двухпозиционный токовый ключ, причем вход фазоин.вертора соединен с выходом блока сравнения, а выход - с управляющим (ВХОДОМ -дополнительного двухпозицион0ного ключа два входа которого подключены к выходам двух раёнополярных| стабилизаторов компенсационного тока , а выход - к первому выводу компенсирующего резистора и к выводу преобразуемого резистора, второй вывод компенсирующего резистора подключен к корпусу (земле).

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит операционный усилитель 1 ,дифференцируки1ую RC-депь отрицательной обратной связи 2, блок сравнения 3.

Двухпозиционный токовый ключ 4, разнополярные стабилизаторы измерительного тока 5 и б, образцовый резистор 7, преобразуемый резистор 8, дополнительный двухпозиционный токовый ключ 9, разнополярные стабилизаторы компенсационного тока 10 и 11, компенсирующий резистор 12, фазоинвертор 13.

Преобразователь работает следующим образом.Двухпозиционный токовцй ключ 4, управляемый разнополярным напряжением с выхода блока сравнения 3, поочередно подключает один из стабилизаторов измерительного тока 5 и 6 к делителю из резисторов 7 , 8 и 12 . Дополнительный двухпозиционный токовый ключ 9, управляемый разнополярным напряжением с выхода фазоинвертора 13, поочередно подключает один из, стабилизаторов компенсационного тока 10 и 11 к компенсирующему резистору 12. Поскольку напряжение на выходе блока сравнения 3 и на выходе фазоинвертора 13 будут в любой момент времени противоположны по знаку, измерительный ток, про.текающий через компенсирующий резистор 12 , в любой момент времени на-правлен навстречу компенсационному току, протекающему через этот же резистор 12. Это приводит к тому, что из напряжения, обусловленного протеканием измерительного тока через преобразуемый резистор 8 и KOM-I пенсирующий резистор 12, вычитается напряжение, обусловленное протеканием компенсационного тока через компенсирующий резистор 12. Разность этих напряжений поступает на вход операционного усилителя 1 и в дальнейшем работа преобразователя не отличается от работы преобразователя по авт.св. № 470919. Если напряжение, обусловленное протеканием измерительного .тока через резисторы 8 и 12, равно напряжению, обусловленному протеканием компенсационного тока через резистор 12, то напряжение на входе операционного усилителя 1 равно нулю и на выходе преобразователя нет колебаний (т.е. выходная частота равна нулю).

Поскольку период колебаний напря жения на выходе преобразователя

содержит два равных по длительности и амплитуде, но противоположных по знаку полупериода напряжения, и зная, что переключения направления интегрирования , происходящие через каждый аолупериод, производятся при равенстве напряжений на входах блока сравнения 3, можно написать

| olVRKb RKl 2 aolRx R V3 R

2 Зо1Кх «о к1-3 к, Н)

где о - постоянная времени операционного усилителя 1 с диф5ференцирукщей RC-цепью отрицательной обратной связи 2}

R - значение измерительного.тока стабилизатора 5 и 6;

,. RX- значение преобразуемого ре зистора .8}

RK - значение компенсирукщего

резистора 12}

3 - значение компенсационного тока стабилизаторов 10 и

11; .

-у длительность полу периода выходных колебаний преобразователя;

Rg- значение образцового резистора 7.

Отсюда период выходных колебаний преобразователя

4 o:ioR

Т

3otRx+R«V3«u«

а выходная частота преобразователя

:iolRx+RRVDKR K

i

4 tloRo

вых

Из формулы (3) видно,что выходная частота линейно зависит от преобразуемого резистора 8. Обозначив отношение З /ЗоЕ ,(. 1) и вводя его в формулу выходной частоты, получим

i

Bbix-.lRx Rtt-eRK) W

Отсюда видно, что

О

при ER RX+ RK,

зых

откуда можно сделать вывод, что для получения начальной выходной ча:стоты преобразователя, равной yлю, при начальном значении преобразуемого резистора 8.не равном нулю, необходимо значение компенсирующего резистора 12 выбрать из условия

где RXH начальное значение преоб65 разуемого резистора 8. Применение данного преобразовате ля в комплекте аппаратуры дистанционного цифрового измерения параметра, например температуры, позволило значительно упростить отсчетное цифровое устройство, поскольку в данном случае не приходится прибега к вычитанию начальной частоты, соот ветствующей . Кроме того, смещеiHHe диапазона выходных частот преоб разователя в нижнюю, начинающуюся с нуля, сторону позволяет значительно увеличить длительность импульсов, что, в свою очередь, позволяет значительно увеличить-дистанцию между преобразователем и отсчетным устрой ством без увеличения погрешностей измерений, поскольку влияние распределенных емкости и индуктивности линии сказывается на меньших частотах и при больших длительностях импульсов значительно меньше. Формула изобретения Преобразователь сопротивления в частотно-временной сигнал по авт.св. № 470919, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей преобразователя, введены фазоинвертор, компенсирующий резистор, два разнополярных стабилизатора компенсационного тока, дополнительный двухпозиционный токовый- ключ, причем вход фазоинвертора соединен с выходом блока сравнения, а выход - с управляющим входом дополнительного двухпозиционного токового ключа, два входа которого подключены к выходам двух разнополярных стабилизаторов компенсационного тока, а выход - к первому выводу компенсирующего резистора и к выходу преобразуемого резистора, второй вывод компенсирующего резистора подключен к корпусу (земле). , Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 470919, кл. Н.ОЗ К 13/20, 1971 (прототип).