CS226326B1 - Zapojení převodníku nelineární odpor - kmitočet - Google Patents

Description

(54) Zapojení převodníku nelineární odpor - kmitočet i

Vynález se týká zapojení převodníku nelineární odpor-kmitočet s odporovým čidlem, vybavené linearizsčnítn členem.

Je známa řada převodníků napětí-kmitočet, u nichž lze jednoduchými prostředky dosáhnout lineární závislosti převodu. Protože velikost odporu lze měřit úbytkem napětí, je stejně tak možné tento úbytek napětí převést ns kmitočet.Tohoto převodu však nelze užít pro převod hodnot nelineárních odporů, například odporových teploměrů a termistorů užívaných jako čidel teploty na kmitočet tak, aby jeho hodnota odpovídala velikosti měřené teploty. Je zapotřebí proto použít linearizačních členů, pomocí nichž se převede nelineární závislost odporu na teplotě na závislost lineární a poté je možné použít navazující lineární převodník napětí-kmitočet.

Linearizačních členů je možné používat například pro odporové teploměry, kde není nelineární závislost odpor-teplota výrazně vyjádřena, nebo i u termistorů, ovšem jen pro malý rozsah teplot asi v rozmezí 10 až 20 °C. Pro větší teplotní rozsah, například 1OO °C a více nelze dosud provést linearizaci. Jako příklad se uvádí perliěkový termistor typu 15 NR 20, který změní hodnotu odporu v rozmezí teplot 30 °C až 100 °C z 50 kQ na 6 kQ.

Vpředu uvedené nedostatky zapojení převodníků nelineárních odporů na kmitočet odstraňuje nebo alespoň podstatně snižuje zapojení převodníku nelineární odpor-kmitočet podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v druhé úhlopříčce Wheastonova můstku je zapojen komparátor, na jehož invertující vstup je zapojen výstup linearizačního členu připojeného řídicím obvodem, na jehož druhý vstup je zapojen oscilátor, k čítaěi vybaveným pamětí a na jehož výstup jsou zapojeny monostabilní multivibrátor, jehož výstup je spojen jednak s vybíjecím obvodem kondenzátoru linearizačního členu, jednak se zápisovým vstupem paměti, v sérii s pomocným multivibrátorem, jehož výstup je zapojen na nulovací vstup čítače.

Příklad zapojení podle vynálezu je dále popsán s pomocí výkresů, z nichž je na obr. 1 schéme zapojení a ne obr. 2 grafické znázornění funkční závislosti výstupního napětí operačního zesilovače na teplotě a napětí na výstupech některých z prvků zapojení označených vztahovými značkami na obr. 1.

V jedné větvi Wheastonova můstku s odpory R1 1. Rl2. R13 je zapojen termistor RT, ačkoliv lze použit téhož zapojení i pro odporový teploměr. V jedné úhlopříčce můstku je zapojen neoznačený stejnosměrný napájecí zdroj, v druhé pak operační zesilovač A2 k jehož výstupu je připojen komparátor K, na jehož invertujíoí vstup je zapojen výstup zesilovače A1 linearizečního členu L. Na výstupu komparátorů K jsou zapojeny v sérii monostabilní multivibrátor Ml a pomocný multivibrátor M2.

Podstatu linearizačního členu tvoří kondenzátor £ zapojený na vstupu zesilovače A1 linearizačního členu L. V nabíjecím obvodu kondenzátoru C, jsou v příkladu zapojení tři větve, z nichž každá sestává z paralelně zapojených odporů R1 . R2. resp. Rl 0, R2C resp.

R100. R200 překlenutých linearizační diodou D2. resp. D2C. resp. D200. v sérii s pomocnou diodou D1 . £22, resp. D£0Q_ . Všechny tyto diody jsou polovány vzhledem k pevnému stejnosměrnému zdroji v propustném směru.

Ve vybíjecím obvodu kondenzátoru £ je zapojen tranzistor T s bází připojenou na výstup inonostabilního multivibrátoru M1 . Zpětná vazba ze zesilovače Al linearizačního členu je přivedena na linearizační diody D2. D20 a D200. Počet paralelně zapojených větví nabíjecího obvodu kondenzátoru £ není omezen. Nejjednodušší případ je pouze jedna větev. Vhodnou velikostí odporů R1 . R2 a odporu R3 zpětné vazby linearizačního členu L lze dosáhnout optimálního přiblížení lineerizace. Podobně to platí i pro odpoi^y ostatních nabíjecích větví, přičemž hodnota odporů u navazujících větví, paralelně zapojených, narůstá.

Na výstup zesilovače AI linearizačního členu L je připojen řídicí obvod RO s oscilátorem O o pevně nastaveném kmitočtu, připojený na vstup čítače CI vybaveného pamětí PO, jejíž zápisový vstup £ je připojen k výstupu monostabilního multivibrátoru 1»Í1 . Nulovací vstup NI čítače Cl je zapojen na výstup pomocného multivibrátoru M2.

Na obr. 2 je grafické znázornění funkční závislosti výstupního napětí U2 operačního zesilovače A2 na teplotě £ plnou čarou. Čárkovaně je znázorněno výstupní napětí zesilovače A1 linearizačního členu L. Dále písmeny K, Ml . M2 a RO vyznačený výstupní napětí přísluší výstupům komparátorů, monostabilního multivibrátoru, pomocného multivibrátoru a řídicího obvodu a nepotřebují dalšího vysvětlení.

Termistor RT vykazuje záporný teplotní součinitel, to znamená, že s rostoucí teplotou odpor termistoru RT klesá. Při nárůstu teploty se tedy dříve vyvážený můstek rozvažuje. Jeho výstupní napětí U2 je operačním zesilovačem A2 zesíleno. Rozborem funkční závislosti napětí U2 na teplotě £ se došlo k závěru, že uvedenou závislost pro termistor je možno proložit exponenciální závislostí sestávající ze součtu exponenciálních funkcí, která platí pro nabíjení kondenzátoru £ přes odpor ze zdroje konstantního napětí. Rozdíl je pouze ten, že pro nabíjení kondenzátoru je na vodorovné ose £ vynášen čas. Pro přesnou aproximaci uvedené závislosti je většinou zapotřebí sečíst několik exponenciálních průběhů.

Na základě výše uvedeného rozboru byl realizován vpředu popsaný linearizační člen L se zpětnou vazbou, jehož činnost je dále v souvislosti s činností celého zapojení popsána.

Jedna nabíjecí větev kondenzátoru C linearizačního členu L připojeného na zdroj konstantního napětí sestává například z odporu R1 . odporu R2. linearizační diody D2 a diody Dl. Napětí na kondenzátoru £ nárůstá a je zesíleno invertujícím zesilovačem Al linearizačního obvodu L. Z jeho výstupu je provedena zpětná vazba tak, že přes odpor R3 je přiváděno záporné napětí na anodu linearizační diody D2. která se postupně s narůstajícím napětím uzavírá. Tím se zmenšuje proud protékající odporem R2 až při určité velikosti výstupního napětí na zesilovači AI se odpor R2 uzavřením linearizační diody D2 neuplatní. Popsanou působnost lze pokládat za jakési zvětšování časové konstanty nabíjecí větve. Za účelem dosažení co nejlepší liňearizace je kondenzátor C nabíjen přes celou řadu paralelně zapojených větví.

Výstupní napětí zesilovače AI linearizačního členu L a operačního zesilovače A2 v úhlopříčce můstku je porovnáváno v komparátorů K. Napětí z výstupu zesilovače A1 narůstá periodicky, jak je patrno z obr. 2, zatímco napětí z výstupu operačního zesilovače A2 představuje statickou hodnotu. V okamžiku, kdy napětí na výstupu zesilovače Al dosáhne opačné hodnoty napětí na výstupu operačního zesilovače A2. komparátor K překlopí. Výstup komparátorů K spouětí monostabilní multivibrátor Ml . jehož výstupní impuls spíná tranzistor T ve vybíjecí větvi kondenzátoru £, zápisový vstup Z, paměti PO a spouští pomocný multivibrátor M2 nulujícího vstupem N1 obsah čítače Cl.

Z výstupu zesilovače A1 linearizačního členu L je ovládán řídicí obvod RO. na jehož druhý vstup je přivedeno impulsní napětí z oscilátoru O, konstantního kmitočtu. Po dobu nabíjení kondenzátoru C je řídicí obvod RO otevřen a napětí o konstantním kmitočtu je přivedeno na vstup čítače Cl a z něho na parně! PO na jejímž výstupu je číselný údaj odpovídající velikosti teploty měřené pomocí termistoru RT. Přesné shody skutečné teploty a údaje čítače se dosáhne vhodnou volbou pevného kmitočtu oscilátoru.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zapojení převodníku nelineární odpor-kmitočet s odporovým čidlem v jedné větvi Wheatstonova můstku, v jehož jedné úhlopříčce je pevný zdroj napájení, opatřené kondenzátorem v linearizačním členu, vyznačené tím, že v druhé úhlopříčce Wheatstonova můstku je zapojen komparátor (K), na jehož invertující vstup je zapojen výstup linearizačního členu (L) připojeného řídicím obvodem (RO), na jehož druhý vstup je zapojen oscilátor (O), k čítači (Cl) vybavenému pamětí (PO) a na jehož výstup jsou zapojeny monostabilní multivibrátor (1.11 ) , jehož výstup je spojen jednak s vybíjecím obvodem kondenzátoru (C) linearizačního členu (L), jednak se zápisovým vstupem pamětí (PO), v sérii s pomocným multivibrátorem (M2), jehož výstup je zapojen na nulovací vstup (Nt) čítače (Cl).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že na invertující vstup komparátorů (K), zapojeného v úhlopříčce Wheatstonova můstku (R1 1 , R12, R13, RT) přes operační zesilovač (A2) je zapojen výstup zesilovače (AI) linearizačního obvodu (L).
3. 3. Zapojení podle bodu 1 a 2, vyznačené tím, že k vstupu zesilovače (A1) linearizačního členu (L) je připojen kondenzátor (C), v jehož nabíjecím obvodu je zapojena alespoň jedna větev paralelně spojených odporů (Rl, R2, R10, R20, R100, R200) překlenutých linearizační diodou (D2, D20, D200) v sérii s pomocnou diodou (D1, D1C, D100), polovaných vzhledem k nabíjecímu zdroji v propustném směru a v jehož vybíjecím obvodu je zapojen tranzistor (T), připojený bází k výstupu monostabilního multivibrátoru (Ml), přičemž zpětná vazba linearizačního členu (L) je zapojena na vstup linearizační diody (D2, D20, D2C0) a větší počet nabíjecích větví kondenzátoru (C) je zapojen paralelně.