PL178073B1 - Układ wykrywania wartości progowej mierzonej wielkości fizycznej - Google Patents

Abstract

1. Uklad wykrywania wartosci progowej mierzonej wielkosci fizycznej zbudowany z mostka rezystancyjnego zlozonego z rezystora pomiarowego, rezystora odniesienia i dodat- kowych rezystorów, na których powstaje napie- cie pomiarowe i napiecie odniesienia, znamien- ny tym, ze zawiera wlaczony szeregowo z re- zystorami (2, 3, 4, 5) mostka rezystancyjnego kondensator (6) i przelacznik (1), przy czym punkt polaczenia (12) rezystora pomiarowego (2) i pierwszego rezystora (4) jest dolaczony przez pierwszy przelacznik progowy (7) do wej- scia danych (D) przerzutnika (9), zas punkt polaczenia (13) rezystora odniesienia (3) i dru- giego rezystora (4) jest dolaczony przez drugi przelacznik progowy (8) do wejscia zegarowe- go (Clk) przerzutnika (9) oraz uklad sterujacy (10) przelacznikiem (1) zasilajacym rezystory (2, 3, 4, 5) mostka rezystancyjnego podczas pomiaru i ustawiajacym przerzutnik (9) w stan poprzedni na koncu pomiaru. Fig. 1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urzad Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ wykrywania wartości progowej mierzonej wielkości fizycznej.

W technice pomiarowej pojawia się często potrzeba szybkiego i pewnego ustalenia, przy pomocy układu zużywającego mało energii, czy pewna mierzona wielkość fizyczna, którą można przekształcić w zmianę energii elektrycznej, przekracza ustalone od góry lub od dołu wartości progowe napięcia. W chwili obecnej znane są układy pomiarowe, przy pomocy których można rozwiązać postawiony problem, są one jednak nazbyt kosztowne i rozbudowane oraz wymagają dużych prądów baterii zasilającej, co jest niepożądane.

Takim układem pomiarowym jest ujawniony w europejskim opisie patentowym nr 0 489 959 przetwornik analogowo-cyfrowy, który przekształca sygnał układu mostkowego z rezystancją pomiarową i przynajmniej jedną rezystancją porównawczą na wartości cyfrowe proporcjonalne do sygnału pomiarowego. Mostek rezystancyjny jest tu zasilany stałym napięciem odniesienia, a napięcia pomiarowe i porównawcze są wzmacniane na wzmacniaczach. Wyjściowe napięcia wzmacniaczy sterują regulowanymi źródłami prądu. Kondensator przetwornika jest ładowany przez oba źródła prądowe. Po osiągnięciu górnego poziomu następuje rozładowanie kondensatora prądem z jednego z dwóch źródeł prądowych. Po osiągnięciu dolnego poziomu przebieg ten zaczyna się od nowa.

Istot.ą. układu wykrywania wartości progowej mierzonej wielkości fizycznej według wynalazku zbudowanego z mostka rezystancyjnego złożonego z rezystora pomiarowego, rezystora odniesienia i dodatkowych rezystorów, na których powstaje napięcie pomiarowe i napięcie

178 073 odniesienia, jest to, że zawiera włączony szeregowo z rezystorami mostka rezystancyjnego kondensator i przełącznik, przy czym punkt połączenia rezystora pomiarowego i pierwszego rezystora jest dołączony przez pierwszy przełącznik progowy do wejścia danych przerzutnika, zaś punkt połączenia rezystora odniesienia i drugiego rezystora jest dołączony przez drugi przełącznik progowy do wejścia zegarowego przerzutnika, oraz układ sterujący przełącznikiem zasilającym rezystory mostka rezystancyjnego podczas pomiaru i ustawiającym przerzutnik w stan poprzedni na końcu pomiaru.

Korzystnie zestyk ruchomy przełącznika jest połączony z rezystorami mostka rezystancyjnego, jeden zestyk stały przełącznika jest dołączony do zacisku źródła zasilania, zaś drugi zestyk stały przełącznika jest dołączony do masy.

Korzystnie przełączniki progowe są zespolonymi monolitycznie przerzutnika Schmitta.

Korzystnie rezystor odniesienia jest rezystorem nastawnym.

Korzystnie co najmniej jeden z dodatkowych rezystorów jest rezystorem nastawnym.

Korzystnie w miejscach dodatkowych rezystorów są włączone kondensatory.

Korzystnie rezystor pomiarowy jest elementem czułym na temperaturę.

Zaletą układu według wynalazku jest jego prosta konstrukcja i bardzo małe zużycie energii elektrycznej. Ponadto uzyskiwany na wyjściu układu sygnał elektryczny ma postać wyraźnego sygnału cyfrowego, który jest wykorzystywany w dalszych układach pomiarowych.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu wykrywania wartości progowej według wynalazku, fig. 2 przebiegi napięć w układzie z fig. 1 w czterech wybranych punktach przy nie przekroczonym progu, a fig. 3 - przebiegi napięć w układzie z fig. 1 w tych samych wybranych punktach przy przekroczonym progu.

Przedstawiony schematycznie na fig. 1 układ wykrywania wartości progowej mierzonej wielkości fizycznej jest zbudowany z rezystora pomiarowego Rm 2, rezystora odniesienia Rref 3 oraz dodatkowych rezystorów 4, 5, które razem tworzą mostek rezystancyjny. Wartości rezystorów 2, 3,4, 5 mostka rezystancyjnego powinny być w przybliżeniu równe. Pomiędzy mostkiem rezystancyjnym i masą znajduje się kondensator 6. Dodatkowe rezystory 4, 5 można zrealizować w postaci potencjometru, którego suwak jest połączony z kondensatorem 6.

Alternatywnie w miejsce obu dodatkowych rezystorów 4, 5 można włączyć kondensatory. Kondensator 6 nie jest wtedy potrzebny.

Pomiędzy rezystorami 2, 3, 4 i 5 mostka rezystancyjnego i zaciskiem +U źródła napięcia zasilania znajduje się przełącznik 1, którego jeden zestyk stały jest połączony z zaciskiem +U źródła napięcia zasilania i którego drugi zestyk stały jest połączony z masą Styk ruchomy tego przełącznika 1 jest połączony z rezystorami 2, 3, 4, 5 mostka rezystancyjnego. Napięcie pomiarowe U12 na mostku rezystancyjnym w punkcie połączenia 12 jest podawane do pierwszego przełącznika progowego 7 i z niego podane przez przewód 14 do wejścia danych D przerzutnika 9. Napięcie odniesienia U13, pobierane w punkcie połączenia 13, jest doprowadzane do drugiego przełącznika progowego 8 i z niego przez przewód 15 do wejścia zegarowego Clk przerzutnika 9. Ponadto układ wykrywania zawiera układ sterujący 10, który podczas pomiaru przełącza przełącznik 1 w taki sposób, że zasilany jest mostek rezystancyjny, a następnie przez przewód 17 dołączony do wejścia zerowania Res, powoduje przestawienie przerzutnika 9 z powrotem w stan poprzedni na końcu pomiaru.

Na wyjściu Q przerzutnika 9 pojawia się logiczny sygnał cyfrowy, który przenosi informację o tym, czy wielkość fizyczna mierzona przez rezystor pomiarowy 2 przekroczyła próg ustawiony na rezystorze odniesienia 3, czy też nie. Ten sygnał cyfrowy może być doprowadzany przez przewód 11 do przełączalnego elektronicznego urządzenia pomiarowego zużycia mierzonej wielkości fizycznej.

Przebiegi napięć w układzie z fig. 1, w różnych wybranych punktach, przedstawiono na fig. 2. Najpierw przedstawiono fragmentarycznie przebiegi napięcia pomiarowego U12 i napięcia odniesienia U13. Oba przebiegi mają charakter funkcji wykładniczej, jednak ze względu na kondensator 6 połączony szeregowo z mostkiem rezystancyjnym, o różnym nachyleniu. Dwa kolejne wykresy pokazują przebiegi napięcia U14 i U15 na wyjściach przełączników progowych 7, 8. Niezwłocznie po przekroczeniu nastawionego progu napięcia S, poziom napięć

178 073

Ui4 i U15 zmienia się z logicznego zera na poziom logicznej jedynki. Jeżeli przełączniki progowe 7, 8 są zespołami zespolonymi monolitycznie przerzutnikami Schmitta, to ewentualne zmiany napięcia zasilania i/lub temperatura otoczenia nie mają wpływu na dokładność układu przełączającego. Ostatni wykres pokazuje przebieg napięcia U11 na wyjściu Q przerzutnika 9. Ponieważ skutkiem proporcji rezystancji rezystora pomiarowego 2 i rezystancji rezystora odniesienia 3 napięcie U14 na wejściu danych D przerzutnika 9 było już na poziomie logicznej jedynki, zanim napięcie U15 na wejściu zegarowym Clk przerzutnika 9 przeszło do stanu logicznej jedynki, napięcie U11 zmienia się na wyjściu Q przerzutnika 9 także na poziom logicznej jedynki. Oznacza to, że w przypadku rezystora pomiarowego 2 o ujemnej charakterystyce został przekroczony próg napięcia S, natomiast w przypadku rezystora pomiarowego 2 o dodatniej charakterystyce rezystancji, próg nie został przekroczony.

Z kolei fig. 3 przedstawia przebiegi napięcia w tych samych punktach układu z fig. 1, gdy napięcie pomiarowe U12 zwiększa się wolniej niż napięcie odniesienia U13. - W . tym przypadku napięcie U15 na wejściu zegarowym Clk przerzutnika 9 zmienia się wcześniej na logicznąjedynkę niż napięcie na wejściu danych D, przy czym napięcie U11 pozostaje na wyjściu Q przerzutnika 9 na poziomie logicznego zera.

Przebiegi napięć przedstawione na fig. 2 i 3 pojawiają się więc wtedy, gdy połączone szeregowo rezystory 2, 3, 4, 5 mostka rezystancyjnego i , kondensatora 6 na początku pomiaru są dołączone za pomocą przełącznika 1 do zacisku +U źródła napięcia zasilania. Na końcu pomiaru 'przełącznik 1 przyłącza ten mostek rezystancyjny i kondensator 6 do masy, tak że kondensator 6 zostaje ponownie rozładowany i ustawia przerzutnik 9 w stan poprzedni. Jest oczywiste, że przełącznik 1 może być także sterowany odwrotnie. W takim przypadku kondensator 6 jest normalnie ładowany do poziomu określonego przez źródło napięcia zasilania i prąd rozładowania kondensatora 6 umożliwia uzyskanie napięcia pomiarowego i odniesienia.

W celu ustawienia progu napięcia S rezystor odniesienia 3 albo jeden z dodatkowych rezystorów 4, 5 mostka rezystancyjnego mogą być rezystorami nastawnymi lub też dodatkowe rezystory 4, 5 mogą być wykonane jako potencjometr z suwakiem połączonym z kondensatorem 6. W ten sposób można skompensować ewentualne asymetrie obwodu mostka rezystancyjnego, na przykład wywołane przez różne poziomy sygnału w przełącznikach progowych 7, 8 i/lub przez opóźnienie przełącznika przerzutnika 9 uwarunkowane przez czas przygotowania na jego wejściu danych D.

178 073

178 073

Fig· 1

t

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ wykrywania wartości progowej mierzonej wielkości fizycznej zbudowany z mostka rezystancyjnego złożonego z' rezystora pomiarowego, rezystora odniesienia i dodatkowych rezystorów, na których powstaje napięcie pomiarowe i napięcie odniesienia, znamienny tym, że zawiera włączony szeregowo z rezystorami (2,3,4,5) mostka rezystancyjnego kondensator (6) i przełącznik (1), przy czym punkt połączenia (12) rezystora pomiarowego (2) i pierwszego rezystora (4) jest dołączony przez pierwszy przełącznik progowy (7) do wejścia danych (D) przerzutnika (9), zaś punkt połączenia (13) rezystora odniesienia (3) i drugiego rezystora (4) jest dołączony przez drugi przełącznik progowy (8) do wejścia zegarowego (Clk) przerzutnika (9) oraz układ sterujący (10) przełącznikiem (1) zasilającym rezystory (2, 3, 4, 5) mostka rezystancyjnego podczas pomiaru i ustawiającym przerzutnik (9) w stan poprzedni na końcu pomiaru.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zestyk ruchomy przełącznika (1) jest połączony z rezystorami (2,3, 4, 5) mostka rezystancyjnego, jeden zestyk stały przełącznika (1) jest dołączony do zacisku (+U) źródła zasilania, zaś drugi zestyk stały przełącznika (1) jest dołączony do masy.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przełączniki progowe (7, 8) są zespolonymi monolitycznie przerzutnikami Schmitta.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rezystor odniesienia (3) jest rezystorem nastawnym.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden z dodatkowych rezystorów (4, 5) jest rezystorem nastawnym.
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w miejscach dodatkowych rezystorów (4,5) są włączone kondensatory.
7. 7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rezystor pomiarowy (2) jest elementem czułym na temperaturę.