RU2028002C1 - Device to measure ratio of analog signals - Google Patents

Device to measure ratio of analog signals Download PDF

Info

Publication number
RU2028002C1
RU2028002C1 SU4843412A RU2028002C1 RU 2028002 C1 RU2028002 C1 RU 2028002C1 SU 4843412 A SU4843412 A SU 4843412A RU 2028002 C1 RU2028002 C1 RU 2028002C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
integrator
comparator
key
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Ермакович
В.С. Пономарев
Original Assignee
Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника" filed Critical Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника"
Priority to SU4843412 priority Critical patent/RU2028002C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2028002C1 publication Critical patent/RU2028002C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device to measure ratio of analog signals has integrator 1 which output is connected to first input of comparator 2, operational amplifier 3 which noninverting input is linked to output of integrator 1 (its setting input is connected to output of amplifier 3 via analog key 5), control unit 4 which input is coupled to output of comparator 2, first output is connected to control input of key 5 and second output is coupled to output of device. Inputs of integrator 1 are linked to input terminals 6 and 7. Second inputs of amplifier 3 and comparator 2 are linked to input terminals 8 and 9 and form two differential inputs of device. EFFECT: simplified design, enhanced authenticity of measurements. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения отношения двух аналоговых сигналов. The invention relates to electrical engineering and can be used to measure the ratio of two analog signals.

Известен измеритель отношения напряжений (авт.св.СССР N 1265633, кл. G 01 R 19/10), содержащий операционный усилитель, аттенюатор, АЦП, перемножитель, пороговое устройство и устройство выделения модуля. A known voltage ratio meter (ed. St. USSR No 1265633, class G 01 R 19/10) containing an operational amplifier, attenuator, ADC, multiplier, threshold device and module isolation device.

Данное устройство обеспечивает преобразование отношения входных напряжений в цифровой код, однако имеет низкую точность измерения, обусловленную использованием аналогового перемножителя двух сигналов, и низкую надежность вследствие значительной сложности устройства. This device provides the conversion of the ratio of input voltages into a digital code, however, it has low measurement accuracy due to the use of an analog multiplier of two signals, and low reliability due to the considerable complexity of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения отношения аналоговых сигналов (авт.св. N 1051445, кл. G 01 R 19/10, G 06 G 7/16), содержащее интегратор, два компаратора, управляемый генератор экспоненциального напряжения и два ключа. Первый вход интегратора является первым входом устройства, второй вход соединен с вторым входом устройства через первый ключ, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом другого компаратора, а выход является выходом устройства и соединен с управляющими входами двух ключей. Управляемый генератор включен между входом другого компаратора и первым выводом второго ключа, второй вывод которого соединен с общей шиной. The closest in technical essence to the proposed is a device for measuring the ratio of analog signals (ed. St. N 1051445, class G 01 R 19/10, G 06 G 7/16), containing an integrator, two comparators, a controlled exponential voltage generator and two keys. The first input of the integrator is the first input of the device, the second input is connected to the second input of the device through the first key, and the output is to the first input of the comparator, the second input of which is connected to the output of another comparator, and the output is the output of the device and connected to the control inputs of two keys. A controlled generator is connected between the input of another comparator and the first output of the second key, the second output of which is connected to a common bus.

Недостатком устройства является узкий динамический диапазон, обусловленный тем, что для формирования выходного сигнала требуется формирование двух временных интервалов tn и tв, и сложность.The disadvantage of this device is the narrow dynamic range due to the fact that the formation of the output signal requires the formation of two time intervals t n and t in , and complexity.

Кроме того, невозможность работы с входными дифференциальными напряжениями существенно сужает функциональные возможности устройства и область его применения. In addition, the inability to work with input differential voltages significantly reduces the functionality of the device and its scope.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и динамического диапазона и повышение надежности устройства за счет его упрощения. The purpose of the invention is the expansion of functionality and dynamic range and increase the reliability of the device due to its simplification.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения аналоговых сигналов, содержащее интегратор, первый вход которого является первым входом устройства, а выход соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен с входом управления ключа, введены формирователь, включенный между выходом компаратора и входом управления ключа, первый вывод которого соединен с входом установки интегратора, второй вход которого является вторым входом устройства, усилитель, инвертирующий вход которого является третьим входом устройства, его неинвертирующий вход соединен с выходом интегратора, а выход усилителя соединен с вторым выводом ключа, второй вход компаратора является четвертым входом устройства. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring the ratio of analog signals containing an integrator, the first input of which is the first input of the device, and the output is connected to the first input of the comparator, the output of which is connected to the control input of the key, a former is inserted, connected between the output of the comparator and the input key control, the first output of which is connected to the input of the integrator installation, the second input of which is the second input of the device, the amplifier, the inverting input of which is the third input th device, its non-inverting input connected to the output of the integrator and an amplifier output coupled to a second terminal of the key, the second input of the comparator is a fourth input device.

Таким образом, отличительными от прототипа признаками являются: введение усилителя, что обеспечивает возможность работы устройства с дифференциальными входными сигналами;
введение формирователя и включение ключа между выходом усилителя и входом установки интегратора позволяет осуществлять преобразование отношения двух напряжений в течение всего одного интервала времени, что повышает быстродействие и расширяет динамический диапазон устройства;
соединение соответствующих входов усилителя, компаратора и интегратора с входами устройства повышает его входное сопротивление и обеспечивает работу с дифференциальными входными сигналами.
Thus, distinctive features from the prototype are: the introduction of an amplifier, which allows the device to work with differential input signals;
the introduction of the shaper and the inclusion of the key between the output of the amplifier and the input of the integrator installation allows you to convert the ratio of the two voltages during only one time interval, which increases speed and extends the dynamic range of the device;
the connection of the corresponding inputs of the amplifier, comparator and integrator with the inputs of the device increases its input impedance and provides work with differential input signals.

Кроме того, существенно повышена надежность устройства вследствие его упрощения за счет исключения ключа, генератора экспоненциального напряжения и компаратора. In addition, the reliability of the device is significantly increased due to its simplification by eliminating the key, the exponential voltage generator and the comparator.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - возможные варианты осуществления. Figure 1 presents the functional diagram of the proposed device; figure 2 and 3 are possible options for implementation.

Устройство для измерения отношения аналоговых сигналов содержит интегратор 1, компаратор 2, операционный усилитель 3, формирователь 4, управляющий работой ключа 5 и входы с первого по четвертый 6-9. A device for measuring the ratio of analog signals contains an integrator 1, a comparator 2, an operational amplifier 3, a driver 4, which controls the operation of the key 5 and the inputs from the first to the fourth 6-9.

Первый вход интегратора 1 является входом 6 устройства, а выход интегратора 1 соединен с первым входом компаратора 2, выход которого соединен через формирователь 4 с входом управления ключа 5. Первый вывод ключа 5 соединен с входом установки интегратора 1, второй вход которого является вторым входом 7 устройства. Второй вывод ключа 5 соединен с выходом усилителя 3, инвертирующий вход которого является третьим входом 8 устройства, а неинвертирующий вход соединен с выходом интегратора 1. Второй вход компаратора 2 является четвертым входом 9 устройства. The first input of the integrator 1 is the input 6 of the device, and the output of the integrator 1 is connected to the first input of the comparator 2, the output of which is connected through the driver 4 to the control input of the key 5. The first output of the key 5 is connected to the installation input of the integrator 1, the second input of which is the second input 7 devices. The second output of the key 5 is connected to the output of the amplifier 3, the inverting input of which is the third input 8 of the device, and the non-inverting input is connected to the output of the integrator 1. The second input of the comparator 2 is the fourth input 9 of the device.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном состоянии ключ 5 замкнут. In the initial state, key 5 is closed.

Операционный усилитель интегратора 1 образует отрицательную обратную связь, охватывающую усилитель 3. К входам 6-9 приложены напряжения U1, U2, U3, U4. При этом на выходе интегратора 1 устанавливается напряжение U3. По сигналу формирователя 4 ключ 5 размыкается.The operational amplifier of the integrator 1 forms a negative feedback, covering the amplifier 3. To the inputs 6-9 applied voltage U 1 , U 2 , U 3 , U 4 . In this case, the output of the integrator 1 sets the voltage U 3 . At the signal of the shaper 4, the key 5 is opened.

На выходе интегратора 1 напряжение U* изменяется в соответствии с выражением
U*= U3-

Figure 00000002
Figure 00000003
(U1-U2)dt, (1) где τ - постоянная времени интегратора 1,
tx - время разряда конденсатора интегратора 1, или при стабильных в течение цикла измерения значениях U1 и U2.At the output of the integrator 1, the voltage U * changes in accordance with the expression
U * = U 3 -
Figure 00000002
Figure 00000003
(U 1 -U 2 ) dt, (1) where τ is the time constant of integrator 1,
t x is the discharge time of the capacitor of the integrator 1, or when values U 1 and U 2 are stable during the measurement cycle.

U*= U3-

Figure 00000004
(U1-U2). (2)
При U = U4 происходит срабатывание компаратора 2. Выражение (2) принимает вид:
U4= U3-
Figure 00000005
(U1-U2). (3)
При этом в течение времени tx (от размыкания ключа 5 до срабатывания компаратора 2) напряжение на выходе интегратора 1 изменяется от U3 до U4 со скоростью, определяемой разностью напряжений U1 - U2. Выразив tx из (3), получим, что
tx= τ
Figure 00000006
. (4)
Таким образом, фиксируемый интервал времени tx есть функция отношения разности приложенных напряжений к входам устройства.U * = U 3 -
Figure 00000004
(U 1 -U 2 ). (2)
When U = U 4 , the comparator 2 is triggered. Expression (2) takes the form:
U 4 = U 3 -
Figure 00000005
(U 1 -U 2 ). (3)
Moreover, during the time t x (from opening the switch 5 to the operation of the comparator 2), the voltage at the output of the integrator 1 changes from U 3 to U 4 at a speed determined by the voltage difference U 1 - U 2 . Expressing t x from (3), we obtain
t x = τ
Figure 00000006
. (4)
Thus, the fixed time interval t x is a function of the ratio of the difference of the applied voltages to the inputs of the device.

При срабатывании компаратора 2 на его выходе устанавливается, например, единичный уровень, по которому на выходе формирователя 4 формируется импульс установки, по которому происходит замыкание ключа 5 и приведение схемы в исходное состояние. На выходе интегратора 1 снова устанавливается напряжение U3, на выходе компаратора 2 - логический нуль. По окончании импульса установки, при размыкании ключа 5, процесс измерения повторяется. Время выключенного состояния ключа 5 определяет искомое время tx.When the comparator 2 is activated, at its output, for example, a unit level is established at which the installation pulse is generated at the output of the former 4, by which the key 5 is closed and the circuit is brought back to its initial state. At the output of the integrator 1, the voltage U 3 is again set, at the output of the comparator 2 is a logical zero. At the end of the installation pulse, when the key 5 is opened, the measurement process is repeated. The off time of key 5 determines the desired time t x .

На принципиальной схеме устройства (см.фиг.2) формирователь 4 выполнен на одновибраторе с использованием D-триггера и двух элементов ИЛИ-НЕ. В качестве ключа 5 использована микросхема 590КН2 (открытое состояние ключа соответствует сигналу логического нуля на его управляющем входе). Параллельная RC-цепь 10 используется в качестве элемента коррекции при установке интегратора в исходное состояние. Формируемый интервал времени tx определен выражением
tx= RC

Figure 00000007
, (U2 и U4 заданы равными нулю). (5)
При С = 0,1 мкФ; R = 10 кОм; U3 = 0,2 В; U1 = 10В; интервал tx = 20 мс.On the schematic diagram of the device (see figure 2), the shaper 4 is made on a single vibrator using a D-trigger and two elements OR-NOT. As key 5, the 590KN2 chip is used (the open state of the key corresponds to a logic zero signal at its control input). Parallel RC circuit 10 is used as a correction element when setting the integrator to its original state. The formed time interval t x is defined by the expression
t x = RC
Figure 00000007
, (U 2 and U 4 are set equal to zero). (5)
At C = 0.1 μF; R = 10 kΩ; U 3 = 0.2 V; U 1 = 10V; interval t x = 20 ms.

При С = 0,1 мкФ; R = 10 кOм; U3 = 10В; U1 = 0,2В; интервал tx = 50 мс.At C = 0.1 μF; R = 10 kOhm; U 3 = 10V; U 1 = 0.2V; interval t x = 50 ms.

Таким образом, устройство по одному из своих дифференциальных входов имеет высокое исходное сопротивление, высокую точность измерения, так как коэффициент преобразования определяется значениями параметров всего двух элементов (резистор и конденсатор интегратора), повышенное быстродействие благодаря определению выходного параметра только по одному формируемому интервалу времени и вследствие этого имеет расширенные функциональные возможности и область применения. Существенно повышена надежность устройства благодаря его упрощению. Thus, the device according to one of its differential inputs has a high initial resistance, high measurement accuracy, since the conversion coefficient is determined by the values of the parameters of only two elements (integrator resistor and capacitor), increased speed due to the determination of the output parameter from only one generated time interval, and as a result This has enhanced functionality and scope. The reliability of the device is significantly improved due to its simplification.

Целесообразным является использование устройства при измерении отношения сопротивлений резисторов при одном протекающем через них токе, в частности в измерителях температуры с помощью термометров сопротивления. It is advisable to use the device when measuring the ratio of the resistances of the resistors at a single current flowing through them, in particular in temperature meters using resistance thermometers.

Следует отметить постоянство входного сопротивления по другому дифференциальному входу в течение всего цикла измерения. It should be noted that the input impedance is constant across another differential input throughout the entire measurement cycle.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения формирователя 4, при котором обеспечивается независимость периода Ти следования выходных импульсов tx от их длительности. Импульс установки ty для замыкания ключа 5 формируется независимо от выходного импульса tx устройства с помощью одновибратора на D-триггере Т, периодически запускаемого с частотой fo=

Figure 00000008
; генератора тактовых импульсов ГТИ.In FIG. 3 shows an embodiment of the shaper 4, in which the independence of the period T and the sequence of output pulses t x from their duration is ensured. The installation pulse t y for closing the key 5 is formed independently of the output pulse t x of the device using a single vibrator on the D-flip-flop T, periodically triggered with a frequency f o =
Figure 00000008
; GTI clock generator.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ, содержащее усилитель, инвертирующий вход которого соединен с одним из входов устройства, последовательно соединенные интегратор, компаратор и блок управления, первый выход которого соединен с управляющим входом ключа, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения с одновременным упрощением, неинвертирующий вход усилителя соединен с выходом интегратора, первый вход которого соединен с первым входом устройства, второй вход - с вторым входом устройства, вход установки соединен с первым выводом ключа, второй вывод которого соединен с выходом усилителя, второй вход компаратора соединен с четвертым входом устройства, второй выход блока управления соединен с выходом устройства. 1. A DEVICE FOR MEASURING THE RELATIONSHIP OF ANALOGUE SIGNALS, comprising an amplifier, an inverting input of which is connected to one of the device inputs, an integrator, a comparator, and a control unit connected in series, the first output of which is connected to a control input of the key, characterized in that, in order to expand the scope while simplifying, the non-inverting input of the amplifier is connected to the output of the integrator, the first input of which is connected to the first input of the device, the second input to the second input of the device, the input is set ki is connected to the first output of the key, the second output of which is connected to the output of the amplifier, the second input of the comparator is connected to the fourth input of the device, the second output of the control unit is connected to the output of the device. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит одновибратор на D-триггере и два элемента ИЛИ - НЕ, C-вход D-триггера соединен со входом блока и первым входом второго элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с первым выходом блока, второй вход соединен с вторым выходом блока и выходом первого элемента ИЛИ - НЕ, входы которого объединены и соединены с выходом D-триггера. 2. The device according to p. 1, characterized in that the control unit contains a single vibrator on the D-trigger and two elements OR - NOT, the C-input of the D-trigger is connected to the input of the unit and the first input of the second element OR is NOT, the output of which is connected to the first output of the block, the second input is connected to the second output of the block and the output of the first element OR is NOT, the inputs of which are combined and connected to the output of the D-trigger. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит одновибратор на D-триггере, два элемента ИЛИ - НЕ и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с C-входом D-триггера, D-вход которого соединен с входом блока и первым входом второго элемента ИЛИ - НЕ, выход которого соединен с вторым выходом блока, второй вход соединен с выходом первого элемента ИЛИ - НЕ, входы которого объединены и соединены с выходом D-триггера и первым выходом блока. 3. The device according to p. 1, characterized in that the control unit contains a single vibrator on the D-trigger, two elements OR - NOT and a clock pulse generator, the output of which is connected to the C-input of the D-trigger, the D-input of which is connected to the input of the unit and the first input of the second element OR is NOT, the output of which is connected to the second output of the block, the second input is connected to the output of the first element OR is NOT, the inputs of which are combined and connected to the output of the D-trigger and the first output of the block.
SU4843412 1990-06-25 1990-06-25 Device to measure ratio of analog signals RU2028002C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4843412 RU2028002C1 (en) 1990-06-25 1990-06-25 Device to measure ratio of analog signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4843412 RU2028002C1 (en) 1990-06-25 1990-06-25 Device to measure ratio of analog signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2028002C1 true RU2028002C1 (en) 1995-01-27

Family

ID=21523231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4843412 RU2028002C1 (en) 1990-06-25 1990-06-25 Device to measure ratio of analog signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2028002C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1051445, кл. G 01R 19/10, 1982. *
Авторское свидетельство СССР N 661375, кл. G 01R 19/10, 1977. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3875503A (en) Dual slope type resistance deviation measuring apparatus
JPH07120948B2 (en) Circuit for converting input voltage to output frequency
RU2028002C1 (en) Device to measure ratio of analog signals
JPH0820473B2 (en) Continuous period-voltage converter
EP0246315A1 (en) Digital-to-analog converter
RU2156472C2 (en) Gear measuring electric capacitance
SU1651169A1 (en) Device to measure the temperature
SE8104874L (en) PROCEDURE AND ELECTRICAL SOURCE Saturation Device
SU1580283A1 (en) Digital ohmmeter
SU1046931A1 (en) Voltage-to-frequency converter
SU984008A1 (en) Controllawle sawtooth voltage generator
SU1173559A1 (en) D.c.voltage to pulse recurrence rate converter
RU2185022C1 (en) Nonlinear pulse-width modulator
SU1675795A1 (en) Device for measuring resistance increment
SU1016696A1 (en) Device for measuring temperature having frequency output
RU2019867C1 (en) Voltage/time interval converter
RU2032884C1 (en) Integrating meter of ratio of two time intervals
SU552624A1 (en) Analog-to-digital functional converter
SU456362A1 (en) Linear impedance and capacitance-time converter
SU1698826A1 (en) Resistance deviation-to-digit converter
SU367389A1 (en) DIGITAL VOLTMETER OF THE ACTIVE VALUE OF THE PERIODIC VOLTAGE OF AN ARBITRARY FORM
SU1102035A1 (en) Analog-to-digital converter with intermediate voltage-to-frequency conversion
SU1486952A1 (en) Adjusting resistor resistance-to-motion converter
SU1191892A1 (en) Voltage calibrator
SU1531006A1 (en) Electrometric charge converter