CS248104B1 - Analogový převodník signálu s korekciami parametrov - Google Patents

Abstract

Účelom zapojení je skorigovať charakteristiky zdrojov vstupného signálu prevodníka tak, aby sa nachádzali v predpísanom tolerančnom pásme. Uvedený účel sa dosiahne pomocou číslicovej korekcie strmosti a úrovně linearizovanej prevodovej charakteristiky. V konkrétnům zariadení sa změna strmosti, t. j. napSíového zosilnenia prevodníka, dosiahne změnou celkového spatnovázobného .odporu operačného zosilňovača, přepínaného trojmiestnym dekadickým číslicovým prepínačom pre strmost Změna, úrcvoe, t. j. hodnota superponovaného jednosměrného signálu na výstupe prevodníka, sa dosiahne v koncovom operačnom zosilňovači pomocou odporového retazca, připojeného' cez predradný odpor na normálový zdroj a přepínaného trojmiestnym dekadickým číslicovým prepínačom pre úroveň. Výsledkom korekcie strmosti a úrovně prevodníka sú dve trojmiestne dekadické čísla, ktoré sú jednoznačné priradené danému zdrojů vstupného signálu.

Description

248104

Vynález sa týká .analogového prevodníkasignálu s korekciami parametrov pře tenpřípad, že je potřebné prisposobovať cha-rakteristiku zdroja vstupného signálu pre-vodníka k charakteristike zariadenia, ktoréje napájané výstupným signálom prevodní-ka. Převodníky analogových signálov, ktorésú doposial' známe, sú určené na prisposo-benie velkosti signálov, impedančně prispo-sobenie zdrojov signálov, připadne galvanic-ké oddelenie signálov. Týká sa to najmaprevodníkov určených pre zosilnenie ma-lých signálov, velmi často jednosměrných,ktoré poehádzajú z rázných druhov sníma-čov eletkrických aj neelektrickým veličin.Vlastnosti týchto· prevodníkov sú spravidlaraz a navždy dané a prihliada sa obyčajnena ich Časovú invariantnosť. Iba pri niekto-rých typech prevodníkov je možné nasta-vit niektorý parameter, najčastejšie napáťo-vé alebo prúdové zosilnenie, připadne pře-nosová imitanciu. Změnu příslušného para-metru přitom je možné vykonat najčastej-šie iba v iniekolkých hrubých stupňoch, má-lokedy aj plynule, ale s malou rozlišovanouschopnosťou a obtiažnou reprodukovatelnos-ťou pri opátovnom nastavovaní. Převodová charakteristika analogovýchprevodníkov, ako závislost hodnoty výstup-ného signálu od vstupného signálu, je oby-čajne lineárna alebo aspoň v určitom úse-ku linearizovatetná. Najvýhodnejšie je, keďaj zdroj signálu, ktorý sa pripája na převod-ník, má charakteristiku čo najlineárnejšiu.Nie je to však podmienka nevyhnutná, a totým skůr, že váčšina snímačov elektrickýchaj neelektrických veličin si zachovává cha-rakter svojej nelinearity. Oveřa závažnejšiaje skutečnost, že aj pri zachovanom tvarenelinearity sa jej kvantitativné poměry me-nia v poměrně širokom rozsahu. Na trans-pozíciu prevodovej charakteristiky do vo-pred stanoveného úzkého tolerančného pó-la už vonkoncom nestačí změna jedného*parametra analogového prevodníka.

Vyššie uvedené nedostatky sú odstráne-né analogovým prevodníkom signálu s ko-rekciami parametrov podlá vynálezu, kte-rého podstata je v tom, že v spátnej vazběoperačného zosilňovača je zapojený prvýodporový reťazec, v ktorom sú zapojenékontakty číslicového prepínača pre strmosta na pomocný vstup koncového operačně-ho zosilňovača je připojený druhý odporovýreťazec, ktorý má připojené kontakty čísli-cového prepínača pre úroveň a na ktorý jetiež připojený normálový zdroj. Druhý od-porový reťazec a normálový zdroj majú pojednom z vývodov připojených na vzťažnúsvorku. Medzi vstup analógového prevod-níka signálu a vstup operačného zosilňova-ča sú zapojené vstupné obvody. Podobné,medzi výstup operačného zosilňovača a hlav-ný vstup koncového operačného zosilňova-ča, ktorého výstup je súčasne výstupem a-nalógového prevodníka signálu, sú zapoje- né výstupné obvody. Pomocou číslicovéhoprepínača pre strmost sa robí korekcia str-mosti a pomocou číslicového prepínača preúroveň zase korekcia úrovně, t. j. posun pre-vodovej charakteristiky prevodníka.

Použitím korekcií strmosti a úrovně pre-vodovej charakteristiky prevodníka v čísli-covom tvare sa umožní 1'ahko reprodukova-telná korekcia bez náhodných aj systema-tických subjektivných chýb. Je přitom mož-né pri jednej akcii stanovit korekčně para-metre pre velký počet použitých korigova-ných zdrojov vstupného signálu prevodní-ka. Číslicové korekcie umožňujú súčasnenezávisle a jednoznačné stanovit hodnotystrmosti a úrovně prevodovej charakteristi-ky prevodníka. Takýmto sposobom sa. dávýsledná charakteristika z prevodníka upra-vit na predpísaný úzkotolerantný tvar ajpri značnom rozptyle charakteristik vlast-ného zdroja signálu. Spojením a skvalitne-ním dvoch známých metod korekcie strmos-ti a úrovně a ich technickým riešením vzni-ká doposial neznáme zariadenie, ktoré do-sahuje nielen vyššie, ale aj nové, právě opí-sané účinky.

Na přiložených výkresech je na obr. 1příklad konkrétného konštrukčného preve-denia analógového prevodníka signálu s ko-rekciami parametrov podlá vynálezu, v kto-rom sa koriguje strmost a úroveň lineárnejprevodovej charakteristiky, na obr. 2 jekonkrétny sposob prepínania strmosti pre-vodovej charakteristiky, na obr. 3 je kon-krétny sposob prepínania úrovně prevodo-vej charakteristiky a na obr. 4 je blokovézapojenie analógového prevodníka signálus korekciami parametrov podlá vynálezu.

Na obr. 1 v rámčekoch 11 a 12 univerzál-nej stavebnicovej sústavy sú umiestnenédoštičky 19 s plošným spojom a elektrický-mi súčiastkami analógového prevodníka. Vďalšom, prepínačovom rámčeku 13, sú u-miestnené dva číslicové přepínače 14 prestrmosť, resp. 13 pre úroveň, konkrétné akotrojmiestne dekadické přepínače. Obidvapřepínače sú v prepínačovom rámčeku 13připevněné pomocou upevňovacieho svorní-ka 16 s maticou a elektricky spojené s doš-tičkami 19, resp. s mnohopólovou zástrčkou18 pomocou svazku tienených vodičov 17.V řeze A—A vidmo priečelie 20 a prepína-ciu rohatku 21 jedného segmentu číslicové-ho prepínača. Pod číslicovými prepínačmi14 a 13 je umiestnená izolačná podložka22.

Na obr. 2 je medzi výstupná svorku 26a vstupnú svorku 27 operačného* zosilňova-ča 24 so vstupným odporom 23 připojenýprvý odporový reťazec 23 zložený z prvéhoodporového reťazca 31 až 39 pre jednotko-vú dekádu, resp. 41 až 49 pre desiatkovú de-kádu, resp. 51 až 59 pre stovková dekádu.Prepínacie kontakty číslicového prepínača14 pre strmosť sú připojené medzi zvolenýuzol odporového reťazca. a zberací kontakt 248104 danej dekády, pričom tento je spojený s pr-vým odporom vyššej dekády, resp. so vstup-nou svorkou 27 v případe najvyššej, stov-ko-vej dekády.

Na obr. 3 má koncový operačný zoeilňo-vač 94 připojený spátnovázobný odpor 102a odpor 93 Plavného' vstupu 97. Na pomoc-ný vstup 98 je cez zberací kontakt najvyš-šej dekády číslicového prepínača 15 pře ú-roveň připojený druhý odporový retazec 95zložený z druhého odporového· reťazca, 01až 69 pre jednotková dekádu, resp. 71 až79 pre desiatkovú dekádu, resp. 81 až 89pre stovková dekádu. S pomocným vstupom 98 je súčasne spo-jený aj predradný odpor 101, ktorého dru-hý vývod je spojený s normálovým zdrojem103. Prvý odpor vyššej dekády je spojený sozberacím kontaktom nižšej dekády, resp.odpor 61 v jednotkovej dekáde je spojenýso vztažnou svorkou 99, kto-ro-u je v danompřípade uzemnenie. Na táto vztažná svorkuje připojený aj druhý vývod normálovéhozdroja 103. Prepínacie kontakty číslicovéhoprepínača 15 pre úroveň sú připojené -medzizvolený uzol tohoto druhého odporového re-ťazca a zberací kontakt danej dekády.

Na obr. 4 sú medzi vstup 01 analogové-ho převodníku signálu a vstupná svorku 27operačného- zosilňovača 24 připojené vstup-né obvody 28. Medzi vstupná svorku 27 avýstupná svo-rku 26 je připojený prvý odpo-rový retazec 25 spolu s číslicovým přepína-čem 14 pře strmost. Výstupné obvody 29 súpřipojené medzi výstupná svorku 26 a hlav-ný vstup 97 koncového operačného zosilňo-vača 94, na ktorom je výstup 9B analogo-vého prevodníka signálu, a ktorého pomoc-ný vstup 98 je spojený s jedným vývodomdruhého odporového reíazca 95, na ktorýje připojený číslicový přepínač 15 pre úro-veň, pričom na druhý odporový retazec 33je připojený aj normálový zdroj 103 a obi-dva sú spojené so· vztažnou svorkou 99.

Pomocou číslicového prepínača 14 prestrmost sa v analógovom převodníku signá-lu s korekciami parametrov podlá vynále-zu nastavuje celkové zosiluenie signálu, te-da nastavuje sklon, resp. strmost lineárnějprevodovej charakteristiky analogového pre-vodníka signálu. Konkrétné pódia elektric-kej s-chémy na obr. 2 sa mění hodnota cel-kového spatnovilzobného odporu operačné-ho zosilňovača. 24. Táto hodnota je daná pře-pínacími kontaktmi 0, 1, ..., 9, resp. 00, 10,..., 90, resp. 008, 100, ..., 900, jednotkovej,resp. desiatkovej, resp. stovkovej dekádyčíslicového prepínača 14 pre strmost. Str-most lineárnej prevodovej charakteristikyanalogového prevodníka signálu bude line-árnou funkciou trojmiestneho dekadickéhočísla nastaveného na číslicovom přepínači14 pre strmost vtedy, keď reťazce odporov31 až 39, resp. 41 až 49, resp. 51 až 59, jed-notkovej, resp. desiatkovej, resp. stovkovejdekády, budu obsahovat po devať rovnakých odporov a vyššia dekáda bude zostavená zodporov desaťnásobnej hodnoty.

Pomocou číslicového prepínača 15 pre ú-roveň, sá na výstupný signál z analogovéhoprevodníka signálu superponuje konštantnázložka. Realizuje sa tak vlastně posun nulo-vé j úrove, t. j. změna hodnoty výstupnéhosignálu pri nulovom signáli na vstupe pre-vodníka, stručné nazvaný úroveň lineárnejprevodovej charakteristiky analogového pre-vodníka signálu. V konfcrétnom riešení po-dlá obr. 3 sa úroveň nastavuje připojenímjednosměrného napatia na pomocný vstup98 koncového operačného zosilňovača 94analogového prevodníka signálu. Velkosttohto napatia je odvedená z normálovéhozdroja 103. Část toho napatia, adekvátna po-žadovanej úrovni, sa získává pomocou dru-hého· odporového reťazca 93 s predradnýmcdporom 101, pričom odporové reťazce 61až 69, resp. 71 až 79, resp. 81 až 89 v trochdekádách, sa prepínajú pomocou kontaktovčíslicového prepínača 15 pre úroveň. Úroveň lineárnej prevodovej charakteris-tiky analogového prevodníka signálu je li-neárnou funk-cio-u trojmiestneho dekadické-ho čísla nastaveného na číslicovom přepí-nači 15 pre úroveň.

Signál, ktorý vstupuje na vstup 01 analo-gového prevodníka signálu s korekciami pa-rametrov, sa upravuje vo vstupných obvo-doch 28. VeTmi často tu bývá modulačnýzosilňovač s oddělením jednosmernej zlož-ky signálu, čím sa vylúči jednosměrný driftpri spracovaní malých signálov. Potom ná-sleduje v operačnom zosilňovači 24 s prvýmodporovým reťazcom 25 a číslicovým pře-pínačem 14 pre strmost korekcia strmosti,t. j. změna napaťového zosilnenia signálu.Vo výstupných obvodech 29 sa može signálnapr. demodulovať -a filtrovat, připadne inakupravovat. Na pomocnom vstupe 98 konco-vého operačného zosilňovača 94 pomocoudruhého odporového- reťazca 35, připojené-ho na normálový zdroj 103, sa prostredníct-vom číslicového prepínača 15 pre úroveňnastaví vhodná hodnota superponovanéhojednosměrného signálu, t. j. úroveň prevo-dovej charakteristiky. Výstupný signál ana-logového prevodníka signálu sa odoberá zvýstupu 96.

Kvantizácia strmosti, resp. úrovně prevo-dovej charakteristiky analogového- prevodní-ka signálu s korekciami parametrov pri poč-te dekád D číslicového prepínača 14 pre str-most, resp. 15 pre úroveň, je v percentuál-nom vyjádření daná vzfahom q% = 10 ° . 100 = 10(2-D) V konkrétnem riešení, kde je D = 3, jeq »/o = 0,1 %.

Ak sa žia-da zadávat strmost, resp. úroveňprevodovej charakteristiky s maximálnoukvantizáciou q -¼ M , potom potřebný početdekád — segmentov číslicového prepínača

Claims (3)

248104 14 pre strmost, resp. 15 pre úroveň, budenajnišie prirodzené číslo· D, pre ktoré pla-tí D ž 2 - log q«/0 m V případe, že číslicový přepínač 14 prestrmost, resp. 15 pre úroveň bude binárny,počet jeho bitev — segmentov bude danýnajnižším prirodzeným číslom B g 4,6 — ln q % M Ak číslicové přepínače 14, resp. 15, sú bi-nárno-dekanické, pracujúce v kóde NBCI),potom celkový počet segmentov příslušnéhoprepínača bude prirodzené číslo Β,Ί = 4D kde D je opat najnižšie prirodzené čísloD ž 2 — log q% m Analogový převodník signálu s korekcia-mi parametrov podl'a vynálezu možno v spo-jení s vhodným snímačom použit’ na přesnésnímáme elektrických aj neelektrických ve-ličin. Možno přitom na minimálnu mieru ob- medziť vplyv tolerancie jednotlivých kusovdaného typu snímača. Příkladem je sníma-nie teploty pomocou termočlánkového sní-mača. Vo vysokoteplotných peciach, napr.pre spracovanie režných nástrojov kalenímv soínej tavenine, je ústredným problémomžiadaná vysoká přesnost regulácie teploty,až + 5 T v rozsahu 1 000 až 1 300 C'C. Tá-to přesnost je ale v rozpore s potřebou čas-tej výměny snímačov teploty s termočlán-kom Pt—PtRh. Solná tavenina představuje agresivně pro-stredie, v ktororn za niekoiko hodin dochád-za k zničeniu ochranného obalu termočlán-ku, aj samotného termočlánku. Náhradnětermočlánky majú značné rozdielae teplot-ně závislosti termoelektrického napatia aspravidla nie je možné dosiahnúť po ich vý-měně požadovanú přesnost regulácie teplo-ty. S analogovým prevodníkom signálu skorekciami parametrov podía vynálezu mož-no po stanovení dvoch trojmiestnych ko-rekčných dekadických čísiel pre strmost aúrove žiadanú přesnost zaručit. Keďže ko-rekcia je v číslicovom tvare, možno bezproblémov připravit potřebný počet termo-článkových snímačov teploty aj do zásoby. PREDMET

1. Analogový převodník signálu s korek-ciami parametrov, zostavený zo vstupnýchobvodov, výstupných obvodov, operačnýchzosilňovačov, odporových refazcov, číslico-vých prepínačov a normálového· zdroja, vy-značený tým, že operačný zosilňovač (24)má medzi výstupnú svorku (26) a vstupnúsvorku (27] připojený prvý odporový reťa-zec (25), v ktororn sú zapojené kontaktyčíslicového prepínača (14) pre strmost a napomocný vstup (98) koncového operačné-ho zosilňovača (94), svojím výstupom spo-jeného s výstupom (96) analogového pre-vodníka signálu, je připojený druhý odporo-vý re'azec (95), ktorý je spojený s kontakt-mi číslicového prepínača (15) pre úroveňa tiež s normálovým zdrojom (103), kdedruhý odporový reťazec (95) a normálovýzdroj (103) je připojený aj na vzfažnú svor- Y N A L E Z U ku (99), pričom medzi vstup (01) analogo-vého prevodníka signálu a vstupnú svorku (27) sú zapojené vstupné obvody (28) amedzi výstupnú svorku (26) a hlavný vstup(97) koncového operačného zosilňovača (94)sú zapojené výstupné obvody (29).

2. Analogový převodník signálu s korek-ciami parametrov podía bodu 1., vyznačenýtým, že číslicový přepínač (14) pre strmosia číslicový přepínač (15) pre úroveň, sútrejmiestne dekadické přepínače s přepína-cími rohatkami (21), zamontované do pre-pínačového rámčeka (13), ktorý je spojenýdo mechanického celku s rámčekami (11)a (12), v ktorých sú uložené dve dostičky(19) s plošným spojom a elektrickými sú-čiastkami, a na ktorých je připevněná mno-hopólová zástrčka (18).

3 listy výkresov