Функциональный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G06G7/26 

(5) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

I

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и автоматическому управлению, в частности к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении различных информационно-измерительных систем.

По основному авт. св. № 679997 известен функциональный преобразователь, который содержит интегратор с подключенными к его входу первым и вторым ключами, схему -выборки-хранения, включенную между выходом интегратора и выходом преобразователя, источник эталонного напряжения и устройство управления, соединенное с . первым и вторым ключами и со схемой выборки-хранения, третий ключ, подключенный к источнику эталонного напряжения, к первому ключу и к устройству управления, четвертый ключ, подключенный к выходу преобразователя, ко второму ключу и к устройству управления, а также два конденсатора, один из которых подключен к первому ключу, а второй - к второму ключу. Выходное напряжение функционального преобразователя при постоянном значении емкости второго конденсатора времени коммутации равно

V--C,K,

где

,,. Ео C-l-e-f-/ i)

10

(

Следовательно, напряжение на выходе функционального преобразователя пропорционально емкости конденсатора,

)5 включенного в прямую цепь l j.

Однако такой функциональнь Й преобразователь обладает погрешностью, которая обусловлена токами утечки самого конденсатора С и токами утеч20ки ключей..

Цель изобретения - повышение точности преобразования функционального преобразователя путем компенсации погрешности, обусловленной токами утечки конденсаторов и ключей. Поставленная цель достигается тем что в функциональный преобразователь введены дополнительные ключи и кон денсатор, вторые интегратор и блок выборки-хранения, масштабный преобразователь и блок вычитания, причем первый дополнительный ключ, второй интегратор, второй блок выборки-хранения и масштабный преобразователь соединены последовательно и включены между выходом первого ключа и пер вым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока выборки-хранения, а выход является выходом функционального преобразователя, выход второго блока выборки-хранения через последовательно соединенные второй и третий дополнительные ключи подключен к второму входу второго интегратора, общий вывод второго и третьего допол нительных ключей через дополнительны с шиной нулевог конденсатор соединен потенциала, а управляющие входы дополнительных ключей и второго блока выборки-хранения подключены к соотве ствующим выходам блока управления. На фиг. 1 представлена структурная схема функционального преобразователя; на фиг. 2 временная диагра ма работы ключей. Функциональный преобразователь (фиг. 1) содержит источник 1 эталонного напряжения, который через ключ 2 и ключ 3 соединен с первым входом интегратора , выход которого соединен со входом блока выборки-хранения 5. Между выходом блока выборки-хранения 5 и вторымВХОДОМ интегратора 4 последовательно включены ключ 6 и ключ 7- Исследуемый конденсатор 8 подключен между ключом 2 и ключом 3 и шиной нулевого потенциала. Конденсатор 9, который является эталонным, подключен между ключом 6 и ключом 7 и шиной нулевого потенциала. Блок уп равления 10 соединен с ключами 2, 3, 6 и 7 и ключом блока выборки-хранеНИИ 5- Ключ 11 подключен между ключом 2 и первым входом интегратора 12 выход которого соединен со входом бл ка выборки-хранения 13. Масштабный преобразователь 1 подключен между выходом блока выборки-хранения 13 и первым входом блока вычитания 15, второй вход которого соединен с вы534 ходом блока выборки-хранения 5, а выход соединен с выходом преобразователя. Между выходом блока выборкихранения 13 и вторым входом интегратора 12 подключены последовательно соединенные ключи 1б и 17. Эталонный конденсатор 18 подключен между ключами 1 6 и 1 7 и шиной нулевого потенциала. Блок управления 10 соединен с ключами и, 16 и 17 и с ключом 19 блока выборки-хранения 13- Позицией 20 обозначены масштабные резисторы, 21операционные усилители, 22 - конденсаторы . Функциональный ляреобразовать ль работает циклично. Каждый такт преобразователя срстоит из серии замыканий и размыканий ключей 2, 3. Ь, 7, 11i 16, 17 и ключей в блоках зыборкихранения 5 и 13- Последовательность их коммутации изображена на фиг. 2. Предположим, перед началом преобразования выходное напряжение блока выборки хранения 5 равно Vi , а блока выборки-хранения 13 равно V и заряды на конденсаторах 8, 9 и 18 равны нулю. При замыкании ключа 2 на время TO напряжение на конденсаторе 8 становится равным Vg, Е.,П-е ) где т постоянная времени цепи заряда конденсатора 8 при замкнутом ключе 2. Далее одновременно замыкаются ключи 3) 6 и 16. При этом можно записать -ТоП:, Б (1-е ) V. V . где напряжение на выходе интегратора k коэффициент передачи блока выборки-хранения 5; напряжение на конденсаторе 9; напряжение на конденсаторе 18; постоянная времени цепи заряда конденсатора 9 при замкнутом ключе 6; постоянная времени цепи заряда конденсатора 18 при замкнутом ключе 16; емкость конденсатора интегратора 5; емкость конденсатора 8.

Далее одновременно замыкаются ключи 7 и 17- В результате этой коммутаци напряжение на §ыходе интегратора 5 Vj становится равным

Y.

-8

).

с

V (.4 р о 2-1-Л

н с, .

а напряжение выходе интегратора 12 определяется выражением -To/6j V. - VH,(I -е . где k - коэффициент передачи блока выборки-хранения 13; с - емкость конденсатора интег ратора 12. Далее замыкается ключ блока выборки хранения 5 и напряжение на ее выход ЙЫХ1-1 V, определяется выражением л -ТоПГ (- е-ТоПг, ). Затем происходит последовательная коммутация ключей 2, 11 и ключа бло ка выборки-хранения 13, в результат которой напряжение на выходе блока выборки-хранения 13 становится равным. 1.e--fo/r.j. BblX.21 Со. Ку1гС,1% V4aL Ci На этом завершается 1-и такт работы устройства. Для п-го такта работы устройства в установившемся режиме () выхо ные напряжений блоков выборки-хране ния 5 и 13 определяются выражениями .оСеИ- -) V,x.-fe Bbix и ц (-| е-то/г2.ч V - .e-iv,v ) Bbtxivi OT Bbivavi Ц(1-е- Н) Если время , . и а также емкости конденсаторов с и равны эталонной емкости С., то можн записать Полагая, что входное сопротивление интегратора i равно , а входное сопротивление интегратора 12 равно

R

где Л I истинные значения

ИИ

апряжения V

V

равны:

.

ВЫХ

EOS

R

ин.

М -1

V.

R

BblXf

уг

R

ин

О;

(1 V.

R

БЬ1)2.

S

УГ где сопротивление утечки с исследуемого конденсатора С п и коммутирующих ключей (суммарное сопротивление) . Напряжение Vy на выходе масштабного преобразователя 1 в уста новившемся режиме равно ( - - 15 ) где - коэффициент передачи масштабного преобразователя 1. Напряжение на выходе преобразователя в установившемся режиме равно . вых е) .,(,.,а Сд V Kvjn Yn Выбирая Д. 1 получаем йь,х. f. -где i const. Сэ Таким образом, погрешность преобразования от утечки конденсатора 8 и ключей скомпенсирована. Следует указать, что роль конденсаторов 9 и 18 может выполнять один эталонный конденсатор . В этом случае отпадает необходимость подбора двух равных по значениям емкостей конденсаторов. Структурная схема в этом случае претерпевает элементарные изменения один из конденсаторов 9 или 18 удален из схемы, а общая точка ключей 6 и 7 и конденсатора Э соединена с общей точкой ключей 16 и 17 и конденсатора 18. Соответственно изменяется порядок .замыкани ключей. Введение в устройство интегратора блока выборкихранения, масштабного преобразователя и ключей с соответствующими связями выгодно отличает предлагаемый функциональный преобразователь от известного, поскольку повышается точность преобразования, в частности компенсируется погрешность утечки исследуемого конденсатора и ключей. Формула изобретения Функциональный преобразователь по авт. св. № 679997, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены дополнительные ключи и конденсатор, вторые интегратор и бло выборки-хранения, масштабный преобразователь и, блок вычитания, причем первый дополнительный ключ, второй интегратор, второй блок выборки-хранения и масштабный преобразователь соединены последовательно и включены между выходом первого ключа и первым входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого блока выборки-хранения, а выход является выходом функционального пре98 образователя, выход второго блока выборки-хранения через последовательно соединенные второй и третий дополнительные ключи подключен к второму входу второго интегратора, общий вывод второго и третьего дополнительных ключей через дополнительный конденсатор соединен с шиной нулевого потенциала, а управляющие входы дополнительных ключей и второго блока выборки-хранения подключены к соответствующим выходам блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 679997, кл. G 06 С 7/26, 1977 (прототип).

«Svl

«sj