PL60847B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 31. X. 1970 60847 KI. 74 b, 8/06 MKP G 08 c, 9/08 hlsliit lw;' Twórca wynalazku: Tadeusz Szweda Wlasciciel patentu: Zaklady Pomiarowo Badawcze Energetyki „Energo- pomiar", Gliwice (Polska) Elektroniczny przetwornik opornosci na impulsy prostokatne modulowane w szerokosci, lub na napiecie stale Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny prze¬ twornik opornosci na impulsy prostokatne modu¬ lowane w szerokosci, lub na napiecie stale, uzy¬ skiwane w wyniku usredniania ciagu generowa¬ nych impulsów. Cecha charakterystyczna prze¬ twornika jest wysoka liniowosc jego charaktery¬ styki przetwarzania. .W praktyce, a zwlaszcza w miernictwie, kon¬ troli przemyslowej, telemetrii i automatyce, po¬ trzebne jest uzyskiwanie sygnalów stalonapiecio- wych lub impulsowych modulowanych w szero¬ kosci, proporcjonalnych do zmian opornosci czuj¬ nika oporowego. Czujniki takie stosowane sa po¬ wszechnie do pomiaru temperatur lub sil. Znane sa w praktyce i stosowane powszechnie przetwor¬ niki opornosci mierzonej na napiecie stale, opar¬ te na ukladach niezrównowazonych mostków Wheatstone'a.Sygnal stalonapieciowy jest w takich ukladach pobierany z galezi detekcyjnej mostka. Wady ta¬ kich ukladów stanowia niski poziom sygnalu wyj¬ sciowego, koniecznosc stosowania dokladnie stabi¬ lizowanego zródla napiecia lub pradu oraz wolto¬ mierza o wysokiej opornosci wejsciowej, mierza¬ cego napiecie generowane przez przetwornik. In¬ na wade tego rodzaju przetworników stanowi duza na ogól nieliniowosc charakterystyki prze¬ twarzania, wieksza przy zastosowaniu jako zródla zasilania mostka, zasilacza stabilizowanego w na¬ pieciu, a mniejsza w przypadku, gdy zródlo to 10 15 20 25 30 stanowi zasilacz stabilizowany w natezeniu pradu.Celem wynalazku jest uzyskanie ukladu elek¬ tronicznego, przetwarzajacego opornosc mierzona na napiecie stale lub ci^g impulsów modulowanych w szerokosci, o charakterystyce przetwarzania wykazujacej maly blad nieliniowosci, wysoki po¬ ziom sygnalu wyjsciowego w porównaniu ze zna¬ nymi ukladami, oraz dajacego prosta mozliwosc przetwarzania analogowego sygnalu wyjsciowego w postac cyfrowa.Cel ten zostal osiagniety przez zastosowanie ukladu elektronicznego skladajacego sie z posob- nie polaczonych znanych ukladów generatora im¬ pulsów prostokatnych, obcowzbudnego generatora przebiegów piloksztaltnych, oporowego dzielnika napiecia, komparatora, przerzutnika bistabilnego i filtru usredniajacego, w którym to ukladzie dzielnik napiecia, stanowiacy szeregowe polaczenie opornika o opornosci przetwarzanej i opornika o stalej opornosci jest przylaczony do zacisków wyjsciowych generatora przebiegów piloksztalt¬ nych, a punkt polaczenia obu oporników jest wla¬ czony na jedno z dwóch wejsc komparatora, na którego drugie wejscie jest doprowadzone stabi¬ lizowane napiecie o okreslonej wartosci.Zaleta ukladu wedlug wynalazku jest, ze w po¬ równaniu ze znanymi ukladami mostkowymi prze¬ tworników, charakterystyka przetwarzania wyka¬ zuje lepsza liniowosc, a sygnal stalonapieciowy uzyskiwany na wyjsciu przetwornika wedlug wy- 608473 nalazku moze osiagac poziom kilku woltów. Inna zalete ukladu wedlug wynalazku stanowi obecnosc na jednym z wyjsc przetwornika sygnalu impul¬ sowego, modulowanego w szerokosci zmianami opornosci przetwarzanej.Sygnal taki, wykazujacy znacznie lepsza odpor¬ nosc na szumy niz sygnal stalonapieciowy, mozna transmitowac na znaczna odleglosc, mozna go w znany sposób zamieniac w postac cyfrowa, mozna wreszcie w przypadku stosowania wiekszej ilosci przetworników wedlug wynalazku uzyskiwane na ich wyjsciach sygnaly impulsowe modulowane w szerokosci komutowac bezblednie bezstykowo z du¬ za szybkoscia, w celu wielokrotnego wykorzysta¬ nia zarówno toru przewodowego jak i urzadzen bioracych udzial w procesie przetwarzania sygna¬ lów i informacji.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1, przedstawia schemat blokowy przetwornika dla jednej opornosci przetwarzanej Rx zas fig. 2, schemat blokowy przetwornika z komutatorem wielu opornosci mierzonych Rx.W pokazanym na fig. 1 schemacie przetwornika, generator impulsów 1 o stalym takcie kwantowa¬ nia pobudza obcowzbudny generator 2 przebie¬ gów piloksztaltnych, oraz równoczesnie jedno z dwóch wejsc przerzutnika bistabilnego 5. Przebieg wyjsciowy generatora 2 mozna opisac zaleznoscia P RC przy czym, RC oznacza stala czasowa generato¬ ra 2, U0 — napiecie zasilania, t — czas, stanowia¬ cy zmienna, niezalezna.Napiecie Up jest podawane na dzielnik napie¬ cia 3, skladajacy sie z opornika Rx o opornosci przetwarzanej i opornika R* o stalej opornosci.Opornik Rx jest czujnikiem oporowym zainstalo¬ wanym na obiekcie i polaczony jest z przetwor¬ nikiem wedlug . wynalazku za pomoca dwóch przewodów o malej opornosci. Jesli odleglosc mie¬ dzy czujnikiem a przetwornikiem jest mala i jesli przewody laczace czujnik z przetwornikiem maja dostatecznie duza srednice, wplyw fluktuacji opor¬ nosci tych przewodów ze zmianami temperatury otoczenia na uchyb pomiaru opornosci czujnika Rx bedzie pomijalnie maly. W tych warunkach spadek napiecia piloksztaltnego na oporniku R# mozna przedstawic w postaci 60847 au = He Rx + Ro Ro = Uo RC Ro Rx + Ro Napiecie AU jest porównywane w komparatorze 4 z starannie stabilizowanym napieciem UN podawa¬ nym na drugie wejscie komparatora 4. Zrównanie sie napiecia AU z napieciem UN nastapi po czasie At, równym At = v?L . rc . (i + _R*£_ + u±-) Uo \ Ro ^ Ro / przy czym, Rxo oznacza czesc stala opornika Rx, zmierzona w okreslonej temperaturze odniesie¬ nia, na przyklad 20°C, a ARX czesc zmienna opor¬ nika Rx. 5 W momencie zrównania sie napiecia AU z napie¬ ciem UN, na wyjsciu komparatora 4 pojawia sie impuls wysterov/ujacy drugie z dwóch wejsc prze¬ rzutnika bistabilnego 5. Na kazdym z dwóch wyjsc przerzutnika 5 pojawiaja sie wzajemnie inwerto- 10 wane impulsy prostokatne o amplitudzie równej U0 i szerokosci At oraz (T — At). Sygnal bedacy ciagiem impulsów o szerokosci At doprowadzony jest do wyjscia Wy2 przetwornika oraz na wejscie filtru usredniajacego 6. W wyniku usredniajacego 15 dzialania filtru 6 otrzymujemy 45 Usr = At <"-»-.¥:0 +t*£) 20 Odejmujac od napiecia Usr stala wartosc napie¬ cia Uk = Un— • (l H- Rxo/Ro ) = const. 25 i podajac uzyskana w taki sposób róznice napiec (Usr — Uk) na przyrzad wychylowy 7, otrzymuje sie wskazanie tego miernika proporcjonalnie do zlRx. 30 Zakres pomiarowy przetwornika mozna regulo¬ wac, dobierajac wartosc opornika R§. Ze wzgledu na ograniczona moc Pdop, wydzielana na opornosci przetwarzanej Rx czujnika, amplituda napiecia piloksztaltnego Ucmax podawanego na dzielnik na- 35 piecia 3 winna byc dobrana zgodnie z zaleznoscia Ucmai ^ 2 T Ro "p Rxo Rxo V Pdop • Rxo I 40 przy czym, T jest okresem powtarzalnosci im¬ pulsów prostokatnych na wyjsciu generatora 1, zas r — czasem,,po którym, przebieg piloksztaltny osiaga wartosc amplitudy Ucmax, zgodnie z relacja t = RC Uo Fig. 2 przedstawia mozliwosc wykorzystania wiekszosci elementów ukladu przetwornika wedlug 50 wynalazku do kolejnego przetwarzania opornosci Rxi wielu czujników oporowych na impulsy pro¬ stokatne, modulowane w szerokosci. Przykladowo przedstawiono na fig. 2 sposób przetwarzania opornosci czterech czujników oporowych Rxi, Rxt. 55 Rx3 i Rx4 na impulsy modulowane w szerokosci. r Podobnie jak w ukladzie przedstawionym na fig. 1 przebiegi piloksztaltne generowane przez genera¬ tor 2, pobudzany przez generator impulsów prosto¬ katnych 1, sa podawane na uklad dzielników napie- 60 cia utworzonych z oporników Rxi-r-R0, Rx2-r-RQ *x3^VRx4-Ro lecz tym razem poprzez komutator 8. Komutator 8 jest przelacznikiem bez- stykowym lub stykowym sterowanym w taki spo¬ sób, ze kolejno wlacza on napiecie piloksztaltne 65 na wyzej wspomniane dzielniki napiecia w cyklu60847 zamknietym badz to z taktem równym okresowi T, wówczas na wyjsciu Wyt ukladu uzyskuje sie po kazdym przelaczeniu komutatora 8 jeden im¬ puls o szerokosci liniowo zwiazanej z opornoscia okreslonego opornika Rxi, badz tez z taktem stano¬ wiacym calkowita wielokrotnosc okresu T. Po kazdym przelaczeniu komutatora 8 otrzymuje sie na wyjsciu Wyf przetwornika ciag impulsów mo¬ dulowanych liniowo w szerokosci opornoscia aktu¬ alnie wlaczonego opornika Rxi.Celowosc generowania przez przetwornik we¬ dlug wynalazku impulsów prostokatnych o szero¬ kosci liniowo zwiazanej z opornoscia przetwarzana wynika z rozwazan nad warunkami transmisji tego rodzaju sygnalu. Gdyby bowiem zalozyc ze szero¬ kosc generowanych impulsów jest proporcjonalna do przetwarzanej opornosci Rx, to przy Rx = Rxo koniecznym byloby przesylac impuls nieskonczenie krótki, a wiec o widmie nieskonczenie szerokim. PL

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe

1. Elektroniczny przetwornik opornosci na im¬ pulsy prostokatne modulowane w szerokosci 10 15 20 lub na napiecie stale, skladajacy sie z posob- nie polaczonych znanych ukladów generato¬ ra impulsów prostokatnych, obcowzbudnego ge¬ neratora przebiegów piloksztaltnych, oporowego dzielnika napiecia, komparatora, przerzutnika bistabilnego i filtru usredniajacego znamienny tym, ze dzielnik napiecia stanowiacy szerego¬ we polaczenie opornika (Rx) o opornosci prze¬ twarzanej z opornikiem (Rf) o stale] opornosci jest wlaczony na zaciski wyjsciowe generatora piloksztaltnego (2), a punkt polaczenia obu oporników (Rx i R#) jest przylaczony do jed¬ nego z dwóch wejsc komparatora (4), na któ¬ rego drugie wejscie jest doprowadzone stabi¬ lizowane napiecie (UN). Elektroniczny przetwornik wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze wyjscie generatora pilo¬ ksztaltnego (2) jest polaczone z wieloma dziel¬ nikami napiecia utworzonymi z oporników o opornosciach przetwarzanych (Rxir Rx2»* R*n i jednego opornika o stalej opornosci (R#) po¬ przez stykowy lub bezstykowy przelacznik (8). \ 2 DtW Figi 0 * u" FC9

2. PL