CS218822B1

CS218822B1 - Wiring for automatic amplification of DC amplifier

Info

Publication number: CS218822B1
Application number: CS279379A
Authority: CS
Inventors: Milan Krivanek
Original assignee: Milan Krivanek
Priority date: 1979-04-23
Filing date: 1979-04-23
Publication date: 1983-02-25

Abstract

V řadě případů v technice měření fyzi kálních veličin je nutná neustálá kontrola a ruční dostavování nuly a maxima rozsahu (zesílení) měřicího přístroje časově těsně před změřením veličiny, jejíž hodnota se pohybuje v tomto rozsahu. Kontrola a ruční nastavení může být prováděna například ha základě měření normálového vzorku repre zentujícího nulovou hodnotu a vzorku repre zentujícího maximální hodnotu rozsahu (ze sílení), za stejných podmínek vnějších ruši vých vlivů na měření. Zapojení podle PV doplňuje automatické nastavování nuly rozsahu podle autorského osvědčení č. 169 509 o automatické nastavo vání maximálního rozsahu (zesílení), vyu žitím analogové paměti odchylky od stano veného maxima normálovým vzorkem, pro kompenzaci maximálního* rozsahu (zesílení) měřicího přístroje. Rychlost automatické kompenzace může být řádově 10 X za s i vyšší.In many cases in the technique of measuring physical quantities, it is necessary to constantly check and manually adjust the zero and maximum range (gain) of the measuring instrument just before measuring a quantity whose value is in this range. Checking and manual adjustment can be carried out, for example, on the basis of measuring a standard sample representing the zero value and a sample representing the maximum range value (gain), under the same conditions of external interference on the measurement. The connection according to PV supplements the automatic adjustment of the zero range according to the author's certificate No. 169 509 with the automatic adjustment of the maximum range (gain), using the analog memory of the deviation from the specified maximum by the standard sample, to compensate for the maximum* range (gain) of the measuring instrument. The speed of automatic compensation can be of the order of 10 X per s or higher.

Description

Vynález se týká zapojení pro automatické nastavování zesílení stejnosměrného zesilovače, vhodné zejména pro zesilování stejnosměrného napětí z čidla, které je úměrné měřené veličině, přičemž jeho hodnota je ovlivňována ještě dalšími faktory, například teplotou, napájecím napětím a podobně. Příkladem je mikrovlnné čidlo pro měření sušiny ve vodě nebo vody v glycerinu a jiné měření poměru dvou smíchaných tekutin nebo tekutiny a plynu nebo páry.The invention relates to a circuit for automatically adjusting the amplification of a DC amplifier, particularly suitable for amplifying the DC voltage from a sensor which is proportional to the measured quantity, the value of which is influenced by other factors, such as temperature, supply voltage and the like. An example is a microwave sensor for measuring dry matter in water or water in glycerin and other measuring the ratio of two mixed fluids or fluid and gas or steam.

Při dosavadním jednokanálovém měření velikosti prošlé mikrovlnné energie přes měřenou kapalinu závisí tato na procentním složení dvou kapalin, například obsahu vody ve směsi, ale též na teplotě a úrovni generované mikrovlnné energie před průchodem měřenou směsí, která se občas nahodile změní, bez vnějších příčin. Konstantní teplotu lze zajistit termostatem, ale nahodilá změna mikrovlnné energie, případně frekvence, lze stabilizovat pouze nákladnějším způsobem, což je pro čidlo neekonomické.In the current single-channel measurement of the amount of microwave energy passed through the measured liquid, this depends on the percentage composition of the two liquids, for example the water content of the mixture, but also on the temperature and level of the generated microwave energy before passing through the measured mixture. A constant temperature can be provided by a thermostat, but a random change in microwave energy or frequency can only be stabilized in a more costly manner, which is uneconomical for the sensor.

Zmíněné nevýhody dosavadního řešení lze odstranit využitím tříkanálového mikrovlnného čidla, kde v prvním kanále je cejchovní směs, odpovídající minimu požadovaného· rozsahu, v druhém kanále je cejchovní směs, odpovídající maximálnímu údaji a ve třetím kanále je měřená směs, která še může pohybovat od minima do maxima. Využitím dvoupolového stejnosměrného zesilovače s automatickým nastavováním nuly, zapojeného podle autorského osvědčení č. 169 509, doplněného třetím vstupem pro automatické nastavování zesílení, odstraní se nevýhody dosavadního řešení tím, že výstup centrálního stejnosměrného zesilovače je též zapojen přes jednopólový spínač na vstup integračního zesilovače paměti zesílení, jehož druhý vstup je zapojen na zdroj srovnávacího napětí a výstup je zapojen na řídicí vstup obvodu řízené záporné zpětné vazby, jehož druhý vstup je zapojen na . výstup centrálního stejnosměrného zesilovače a výstup obvodu řízené záporné zpětné vazby je zapojen na vstup operačního zesilovače centrálního stejnosměrného zesilovače.The above-mentioned disadvantages of the prior art can be eliminated by using a three-channel microwave sensor in which the first channel contains the calibration mixture corresponding to the minimum required range, the second channel contains the calibration mixture corresponding to the maximum reading and the third channel contains the measured mixture which can range from minimum to maxim. By using a two-pole DC zero amplifier connected according to author's certificate No. 169 509 supplemented by a third input for automatic gain adjustment, the disadvantages of the previous solution are eliminated by the central DC amplifier output also connected via a single-pole switch to the amplifier memory integration amplifier , the second input of which is connected to a comparative voltage source, and the output is connected to the control input of the controlled negative feedback circuit, the second input of which is connected to. the output of the central DC amplifier and the output of the controlled negative feedback circuit are connected to the operational amplifier input of the central DC amplifier.

Výhodou zapojení podle vynálezu oproti dosavadním možným řešením je jednodušší elektronické řešení a přesnější vyloučení někdy nedefinovatelných vlivů na měřenou hodnotu, které je umožněno porovnáním cejchovních vzorků minima a maxima s měřenou hodnotou stejným čidlem a měřicím vstupem. Předpokladem je stejná teplota vzorků a měřené směsi, což se snadno dosáhne jednoduchým výměníkem tepla.The advantage of the invention according to the present invention over the existing possible solutions is a simpler electronic solution and more precisely avoiding sometimes undefined effects on the measured value, which is made possible by comparing calibration minimum and maximum samples with the measured value by the same sensor and measuring input. The prerequisite is the same temperature of the samples and the measured mixture, which is easily achieved by a simple heat exchanger.

Doplněním známého zapojení pro automatické nastavování nuly o automatické nastavování zesílení stejnosměrného zesilovače podle vynálezu umožní též širší využití mikrovlnných čidel v chemickém průmyslu, které pro různorodost poruchových vlivů naměřenou hodnotu a tím i obtížně realizovatelnou pevně nastavenou kompenzaci, nedoznaly dosud většího rozšíření.Complementing the known automatic zero adjustment circuit with the automatic amplifier adjustment of the DC amplifier according to the invention, it will also allow wider use of microwave sensors in the chemical industry, which, due to the diversity of fault influences, measured value and hence hard to realize fixed compensation, have not been widespread.

Příkladné zapojení pro automatické nastavování nuly a zesílení stejnosměrného zesilovače je na výkresu na obr. 1. Zapojení pro automatické nastavování zesílení zesilovače je vytvořeno centrálním zesilovačem 14, který je připojen svým vstupem 13 pres stejnosměrný předzesilovač 11 a dvoupólový spínač 9, nebo přímo před dvoupólový spínač 9 na souměrný vstup měřené hodnoty 7 a přes další dvoupólový spínač 8 na souměrný vstup maximální hodnoty 3 a svým výstupem je zapojen přes jednopólový spínač 11 na vstup 42 analogové paměti měřené hodnoty 43, jejíž výstup 5 je zapojen na indikační přístroj 4 měřené hodnoty, výstup 17 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 je též zapojen přes jednopólový spínač 20 na vstup 26 integračního zesilovače paměti zesílení 27, jehož druhý vstup 28 je zapojen na zdroj srovnávacího napětí 29 a výstup 32 je zapojen na řídicí vstup 37 obvodu řízené záporné vazby 32, jehož druhý vstup 33 je zapojen na výstup 17 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 a výstup 39 obvodu řízené záporné zpětné vazby 32 je zapojen na vstup 40 operačního zesilovače 41 centrálního stejnosměrného zesilovačeAn exemplary circuit for automatic zero amplification and DC amplifier gain is shown in FIG. 1. The automatic amplifier gain adjustment circuit is formed by a central amplifier 14 which is connected via its input 13 via a DC preamplifier 11 and a two-pole switch 9 or directly in front of the two-pole switch. 9 to the symmetrical input of the measured value 7 and via another two-pole switch 8 to the symmetrical input of the maximum value 3 and its output is connected via the single-pole switch 11 to the input 42 of the analogue measured value memory 43. 17 of the central DC amplifier 14 is also connected via a single-pole switch 20 to the input 26 of the amplification memory integration amplifier 27, the second input 28 of which is connected to a comparator voltage source 29 and the output 32 is connected to the control input 37 the second input 33 is connected to the output 17 of the central DC amplifier 14 and the output 39 of the controlled negative feedback circuit 32 is connected to the input 40 of the operational amplifier 41 of the central DC amplifier

14.14.

Příkladné zapojení zahrnuje pro úplnou informaci i obvod automatické kompenzace nuly. Sestává tedy ze vstupní jednotky 1 a z vlastního stejnosměrného zesilovače s automatickým nastavováním nuly a zesílení 2. Propojení obou bloků je provedeno dvěma kabely libovolné délky, pro běžné vzdálenosti v chemických provozech mezi velínem a zařízením. Vstupní jednotka má souměrný vstup maximální hodnoty 3 pro napětí, které je stanoveno jako maximální, při němž indikační přístroj 4 na výstupu 5 je na ma-. xhjju stupnice — rozsahu.The exemplary wiring includes an automatic zero compensation circuit for complete information. It consists of the input unit 1 and its own DC amplifier with automatic adjustment of zero and gain 2. The interconnection of both blocks is made by two cables of any length, for common distances in chemical plants between the control room and the device. The input unit has a symmetrical input of a maximum value of 3 for the voltage, which is set as the maximum at which the indicating device 4 at the output 5 is at a ma-. xhjju scale - scale.

Další souměrný vstup nuly 6 je pro napětí, které je stanoveno jako nulové, při němž indikační přístroj 4 je na počátku stupnice — rozsahu;/Třetí vstupsouměrný vstup měřené hodnoty 7 je pro měřené' napětí, , které sé může pohybovat v rozmezí napětí nuly až maxima. V případě, že není třeba použít souměrné vstupy, je možné spojit jeden vstup na měřicí zem — stínění.A further symmetrical zero input 6 is for a voltage that is determined to be zero, at which the indicating device 4 is at the beginning of the scale range./The third input of the measured value input 7 is for the measured voltage, which can range from zero to maxim. In case it is not necessary to use symmetrical inputs, it is possible to connect one input to the measuring screen.

Jednotlivé vstupy jsou postupně, například po 20 msec. spínány dvoupólovými spínači — například jazýčkovým relé na souměrný vstup stejnosměrného předzesilovače 11, který může být tvořen integrovaným operačním zesilovačem, nebo integrovaný operační zesilovač s tranzistory řízenými polem na vstupu, jak je principiálně na výkresu naznačeno. Stejnosměrný předzesilovač 11 je možné úplně vyřadit, tak, že vstupní jednotka 1 obsahuje pouze spínač 8, 9, 10.The individual inputs are sequential, for example 20 msec. Switched by two-pole switches - for example, a reed relay for the symmetrical input of the DC preamplifier 11, which may be an integrated operational amplifier, or an integrated operational amplifier with input-controlled transistors, as indicated in principle in the drawing. The DC preamplifier 11 can be completely disabled, so that the input unit 1 comprises only the switches 8, 9, 10.

Výstup 12 stejnosměrného předzesilovače 11 je propojen stíněným vodičem na vstup 13 centrálního stejnosměrného zesilovače 14, přičemž druhý vstup 15 je spojen na měřicí zem 16. Výstup 17 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 je zapojen na jednopólo5The output 12 of the DC preamplifier 11 is connected by a shielded wire to the input 13 of the central DC amplifier 14, the second input 15 being connected to the measuring ground 16. The output 17 of the central DC amplifier 14 is connected to a single-pole 5

218022 vé spínače 18, 19, 20, které jsou ovládány zdrojem řídicích impulsů 21 přibližně současně z dvoupólovými spínači 10, 9, 8 ve vstupní jednotce 1. Zdroj řídicích impulsů 21 je vytvořen z omezovače sinusového napětí 50 Hz a děliče impulsu — například 1 : 6 nebo podle potřeby, v případě využití jako indikátoru měřené hodnoty číslicového voltmetru. Impulsy se postupně posouvají například při dělicím poměru 1:6 po 20 msec. ze spínače 18 a 10 — nastavení nuly, na spínač 20 a 8 — nastavení zesílení, dále na spínač 19 a 9 — měření a opět na spínač 18 a 10 atd.218022 switches 18, 19, 20, which are controlled by a control pulse source 21 approximately simultaneously with the two-pole switches 10, 9, 8 in the input unit 1. The control pulse source 21 is formed from a 50 Hz sine voltage limiter and a pulse divider - e.g. 6 or as required, when used as a digital voltmeter measurement indicator. The pulses are progressively shifted, for example, at a split ratio of 1: 6 to 20 msec. from switch 18 and 10 - zero setting, to switch 20 and 8 - gain setting, then to switch 19 and 9 - measurement and again to switch 18 and 10, etc.

Po dobu sepnutí spínače 18 a 10 je na výstupu 17 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 zesílené napětí, odpovídající napětí nulové hodnoty měřené veličiny, které je připojeno přes spínač 18 na vstup 22 integračního zesilovače paměti nuly 23, jehož výstup 24 je propojen stíněným vodičem na vstup 25 stejnosměrného předzesilovače 11. Tím je uzavřen po dobu sepnutí spínačů 18 a 10 okruh záporné zpětné vazby, který nastaví na výstupu 24 integračního zesilovače paměti nuly 23 takovou hodnotu napětí, aby na výstupu 17 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 bylo nulové napětí.While the switch 18 and 10 are closed, the output 17 of the central DC amplifier 14 has an amplified voltage, corresponding to the zero value of the measured value, which is connected via the switch 18 to the input 22 of the zero memory integration amplifier 23. The negative feedback circuit, which adjusts the voltage at the output 24 of the zero memory integrating amplifier 23, is such that the output 17 of the central DC amplifier 14 has a zero voltage.

Po odpojení spínače 18 a 10 je tato hodnota pamatována a odečítána od měřené hodnoty i od hodnoty maxima.When the switches 18 and 10 are disconnected, this value is stored and subtracted from both the measured value and the maximum value.

Ve variantě provedení vstupní jednotky 1, kde se pro dostatečné zesílení a vstupní odpor vlastního stejnosměrného zesilovače s automatickým nastavením nuly a zesílení 2 obsahuje vstupní jednotka pouze spínače 8, 9, 10, je vstup 15 centrálního stejnosměrného zesilovače 14 zapojen na výstup 24 integračního zesilovače paměti nuly 23. Jako následující sepne na 20 msec. spínač 8 a 20 a na výstupu 17 je zesílené napětí, odpovídající napětí požadované maximální hodnoty měřené veličiny. Pres sepnutý spínač 29 je toto napětí přivedeno na vstup 26 integračního zesilovače paměti zesílení 27, na jehož druhý vstup 28 je přivedeno srovnávací napětí, určující 100% výchylku nebo maximální rozsah indikačního přístroje 4.In a variant of the input unit 1, where the input unit comprises only the switches 8, 9, 10 for sufficient gain and input resistance of the actual DC amplifier with automatic zero and gain adjustment 2, the input 15 of the central DC amplifier 14 is connected to the output 24 of the memory integration amplifier. zeros 23. Next, switches to 20 msec. switches 8 and 20 and at the output 17 there is an amplified voltage corresponding to the voltage of the desired maximum value of the measured quantity. Via a closed switch 29, this voltage is applied to input 26 of the amplification memory integration amplifier 27, to the second input 28 of which a comparative voltage is determined determining 100% of the deflection or maximum range of the indicating device 4.

Zdroj srovnávacího napětí 29 je tvořen odporovým děličem stabilizovaného napětí.The reference voltage source 29 is formed by a resistive voltage divider.

Odporovým trimrem 30 lze nastavit přesně indikační přístroj 4 na 100% údaj při spojených souměrných vstupech měření a maximální hodnoty 3 a 7 vstupní jednotky 1. Napětí na výstupu 31 integračního zesilovače paměti zesílení 27 ovládá obvod řízené zpětné vazby 32 stejnosměrného centrálního zesilovače 14. Obvod zpětné vazby může být například tvořen děličem výstupního- napětí 17, vytvořeným odporem 33 a fotoodporem 34 a zpětnovazebním odporem 35, přičemž fotoodpor 34 mění hodnotu odporu s intenzitou osvícení elektroluminiscenční diodou 36, která je připojena na řídicí vstup 37, který je propojen s výstupem 31 integračního zesilovače paměti zesílení 27. Obvod řízené zpětné vazby 32 je svým vstupem 38 zapojen na výstup 17 a svým výstupem 39 je zapojen na vstup 40 operačního zesilovače 41. Tím je uzavřen po dobu sepnutí spínačů 8 a 29 obvod záporné zpětné vazby a napětí na výstupu 17 se ustálí na stejné hodnotě napětí, které bylo nastaveno odporovým trimrem 30 na vstupu 28. Po rozpojení spínače 8 a 20 je potřebné zesílení pamatováno pro další dva kroky.The resistance trimmer 30 can be used to accurately set the indicating device 4 to 100% reading with the associated symmetrical measurement inputs and a maximum of 3 and 7 of the input unit 1. The output voltage 31 of the amplifier memory integration amplifier 27 controls the DC control amplifier control circuit 32. for example, the output voltage divider 17 formed by the resistor 33 and the photoresistor 34 and the feedback resistor 35, the photoresistor 34 varying the resistance value with the light intensity of the electroluminescent diode 36 connected to the control input 37 connected to the output 31 of the integration amplifier memory amplifier 27. Controlled feedback circuit 32 is input 38 connected to output 17, and output 39 is connected to operational amplifier 41 input 40. This closes the negative feedback and voltage output circuit 17 while the switches 8 and 29 are closed. se us it melts at the same voltage value that was set by the resistor trimmer 30 at input 28. After opening the switches 8 and 20, the necessary gain is remembered for the next two steps.

Dále sepne spínač 9 a 19 a na výstupu 17 bude zesílené měřené napětí, přivedené na souměrný vstup měřené hodnoty 7, které je přes spínač 19 přivedeno na vstup 42 analogové paměti měřené hodnoty 43, tvořené například kondenzátorem 44, zapojeným na tranzistor řízený polem 45, z jehož emitoru je měřené napětí trvale připojeno na indikační přístroj 4. Výstup zesíleného měřeného napětí 48 a výstup synchronizačních impulsů 47 je určen pro případné použití číslicového voltmetru místo analogové paměti 43 s indikačním přístrojem 4.Next, the switches 9 and 19 will close and the output 17 will be boosted with the measured voltage applied to the symmetrical input of the measured value 7, which is connected via the switch 19 to the analogue measured value memory input 43, such as capacitor 44 connected to a field-controlled transistor 45. from the emitter of which the measured voltage is permanently connected to the indicating device 4. The output of the amplified measured voltage 48 and the output of the synchronization pulses 47 are intended for the possible use of a digital voltmeter instead of the analog memory 43 with the indicating device 4.

Claims

SUBJECT

Circuit for automatic gain adjustment of DC amplifier, created from central DC amplifier, which is connected by its input through DC preamplifier and bipolar switch or directly via bipolar switch to symmetrical input of measured value and through another bipolar switch to symmetrical maximum input and connected via a single-pole switch to an analogue measurement memory input, the output of which is connected to an indicating device, characterized in that the output (17) of the central DC amplifier (14) is connected via a single-pole switch (20) to the input (26) 27), whose second input (28) is connected to a comparative voltage source (29), and whose output (31) is connected to a control input (37) of the controlled negative feedback circuit (32), whose second input (38) is connected to a central DC output (17) The output (39) of the controlled negative feedback circuit (32) is connected to the input (40) of the central amplifier (4T). DC amplifier (14).