SU1108369A1 - Аналого-цифровой преобразователь сопротивлени - Google Patents

Abstract

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПВОТИВЛЕНИЯ, содержащий источник измерительного напр жени , формирователь эталонного напр жени , блок управлени , операционный усилитель , нелинейную интегрирующую цепь, коммутатор, причем выход источника измерительного напр жени  соединен с одним входным зажимом устройства и с формирователем эталонного напр ,жени , второй входной зажим через коммутатор соединен с инвертирукмцим входом операционного усилител  и входом нелинейцой интегрирующей цепи, выход которой соединен с выходом операционного усилител  и входом блока управлени , а второй выход источника измерительного напр жени , второй выход формировател  эталонного напр жени  и неинвертирующий вход операционного усилител  соединены с земл ной клеммой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и помехозащищенности, в него введены токоограничивающий элемент,  чейки пам ти и помехозащитна  цепь, причем вход токоограничивающего элемента соединен с входом помехозащитной цепи и с инвертирующим входом операционного усилител , Ьыход токоограничивающего элемента через первый ключ коммутатора соединен с выходом формировател  эталонного напр жени , через второй ключ с выходом операционного усилител , через третий ключ - с входом  чейки пам ти, через четвертый ключ - с выходом помехозащитной цепи, выходы  чейки г пам ти и помехозащитной цепи соединены с земл ной клеммой, а вьпсоды блока 00 управлени  соединены с управл ющими со э входами ключей коммутатора. 2. Преобразователь по п.1, о т л и чающийс  тем, что параллельно нелинейному элементу интегрирующей цепи подключен ключ коммутатора.

Description

Изобретение относитс  к области измерени  электрических величин, а именно к измерению сопротивлени  эле трических цепей с использованием источника измерительного напр жени , и может примен тьс  в различных област х измерительной техники. Известен цифровой интегрирующий вольтметр с автоматической коррекцие дрейфа, содержащий входной усилитель интегратор, нуль-орган, коммутатор измер емого и эталонного напр жений, блок управлени  работой коммутационных элементов, блок отсчета, цепь компенсации дрейфа смещени  l. Однако данный вольтметр, использу ющийс  дл  измерени  сопротивлени , имеет точность из-за вли ни  дрейфа напр жени  смещени  интегратора нуль органа и входного усилител , а также дрейфа входного тока входного усилител , которые не компенсируютс  цепью компенсации, пониженную помехоустойчивость . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату  вл етс  бескомпаратор ный аналого-цифровой преобразс. гель сопротивлени , содержащий источник измерительного напр жени , формирователь эталонного напр жени , блок управлени , операционный усилитель, нелинейную интегрирующую цепь, коммутатор , причем выход источника измерительного напр жени  соединен с одним входным зажимом устройства и с формирователем эталонного напр жени  второй-входной зажим через коммутатор соединен с инвертирующим входом операционного усилител  и входом нелинейной интегрирующей цепи, выход которой соединен с выходом операцион ного усилител  и входом блока управлени , а второй выход источника измерительного напр жени , второй выхо формировател  эталонного напр жени  и неинвертирующий вход операционного усилител  соединены с зеглл ной. клеммой 12 J. Известный аналого-цифровой преобразователь может быть использован дл  измерени  сопротивлений электрических цепей, но при этом он обладает пониженной точностью преобразовани  из-за наличи  дрейфа напр жени  смещени  и входного тока операционно го усилител , кроме того, он обладае погрешностью, завис щей от величины .измер емого сопротивлени , которое 692 войдет в интегрирующую цепь интегратора . Схема в этом случае имеет низкую помехоустойчивость, так как при измерении сопротивлений необходимо помен ть местами интегрируемые сигналы , т.е. за эталонное врем  сначала интегрировать эталонное напр жение, а противоположное интегрирование производить измерительным сигналом. Поскольку величина измер емого сопротивлени  пропорциональна длительности интервала противоположного интегрировани , не св занной с периодом помехи, помехоподавление в этом случае резко снижаетс . Цель изобретени  - повышение точности преобразовани  и помехоустойчивости преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в аналого-цифровой преобразователь сопротивлени , содержащий источник измерительного напр жени , формирователь эталонного напр жени , блок управлени , операционньй усилитель, нелинейную интегрирующую цепь, коммутатор , причем выход источника измерительного напр жени  соединен с одним входным зажимом устройства и с формирователем эталонного напр жени , второй входной зажим через коммутатор соединен с инвертирующим входом операционного усилител  и входом нелинейной интегрирующей цепи, выход которой соединен с выходом операционного усилител  и входом блока управлени , а вторые выходы источника измерительного напр жени , формировател  эталонного напр жени  и неинвертирующий вход операционного усилител  соединены с земл ной к11еммой, введены токоограничивающий элемент,  чейка пам ти и помехозащитна  цепь, причем вход токоограничивающего элемента соединен с входом помехозащитной цепи и с инвертирующим входом операционного усилител , выход токоограничивающего элемента через первьй ключ коммутатора соединен с выходом формировател  эталонного напр жени , через второй ключ - с выходом операционного усилител , через третий ключ - с входом  чейки пам ти, через четвертый ключ - с выходом помехозащитной цепи, выходы  чейки пам ти и помехозащитной цепи соединены с земл ной клеммой, а выходы блока управлени  соединены с управл ющими входами ключей коммутатора . Параллельно нелинейному элементу интегрирующей цепи подключен ключ коммутатора. На чертеже приведена функциональна  схема устройства. Преобразователь содержит источник 1 измерительного напр жени , формирователь 2 эталонного напр жени , блок 3 управлени , токоограничивающий элемент 4,  чейку пам ти 5, помехозащитную цепь 6, операционный усилитель 7, конденсатор 8, нелинейный элемент 9, резистор 10, ключи коммутатора 1116 , ( чейка пам ти 5 состоит из резистора 17 и конденсатора 18, помехозащитна  цепь 6 из конденсатора 19 и резистора 20), электрическую цепь 21 измер емого резистора, резистор 22 токоограничител  4, нелинейную 23 интегрирующую цепь. Источник 1 измерительного напр жени  подключен одним выводом к земл ной клемме, а другим - к электрической цепи 21 измер емого сопротивлени  Параллельно источнику 1 измерительного напр жени  включен формирователь 2 эталонного напр жени . Второй вывод электрической цепи 21 подключен через ключ 11 коммутатора к инвертирующему входу операционного усилител  7, неинвертирующий вход которого св зан с земл ной клеммой. Функцию управлени  элементами схемы осуществл ет блок управлени  3. Между инвертирующим входом и выходом операционного усилиетл  7 включены три цепи, одна из которых, представл юща  собой нелинейную 23 интегрирующую цепь, состоит из последовательно включенных конденсатора 8 и нелинейного элемента 9 в общую точку которых включен резистор 10. Нелинейный элемент 9 щунтирован ключом 16 коммутатора, резистор 10 вторым выводом соединен с земл ной клеммой. Операционный усилитель совместно с нелинейной 23 интег

рирующей цепью выполн ет функцию интегратора и нуль-органа. Токоограничивающий элемент 4 второй цепи одним выводом подключен к инвертирующему входу, а другим через ключ 13 коммутатора - к выходу операционного усилител  . Треть  цепь - помехозащитна  6 - одним выводом подключена к инвертирующему входу, а другим через ключ 15 коммутатора - к вькоду операционного усилител  7. Ячейка пам ти 5 одним выводом подключена к земл ной клемме, а /цугим Ч-чк   ключ 14 ком11

интегрирование эталонного напр жени , пропорционального измерительному напр жению , подаваемого с резистивного делител  формировател  2 эталонного напр жени  через ключ 12 коммутатора на вход интегратора - на резистор 22, В этом интервале ключ 12 замкнут, остальные разомкнуты. Происходит интегрирование эталонного напр жени  до определенной величины в течение эталонного промежутка времени. Пол рность включени  нелинейного элемента 9 такова, что интегрирующий кон94 мутатора к общей точке соединени  токоограничивающего элемента 4 и ключа 13 коммутатора. Конденсатор 18  чейки пам ти 5 включен последовательно с резистором 17. Резистор 20 помехозащитной цепи 6 одним выводом подключен к общей точке соединени  конденсатора 19 и ключа 15 коммутатора , а другим - к земл ной клемме. В основу работы устройства положен принцип двухтактного интегрировани . Устройство работает циклично. Весь цикл разбит на несколько временных интервалов. В первом интервале происходит преобразование сопротивлени  измер емой электрической цепи в напр жение, обратно пропорциональное величине сопротивлени . В этом интервале усилитель 7 работает в качестве входного масштабного усилител -инвертора . Ключи 11, 15, 13, 14 коммутатора замкнуты, ключ 12 разомкнут . Резистор 22 токоограничивающего элемента 4 в этом интервале работает как резистор отрицательной обратной св зи. Конденсатор 18  чейки пам ти 5 зар жаетс  выходным напр жением усилител  7, содержащим составл ющую, соответствующую величине измер емого сопротивлени , и составл ющие напр жени  смещени  и входного тока усилител  7 и их дрейфа. Резистор 17 ограничивает зар дный ток конденсатора 18 и дополнительно ограничивает величину напр жени  помехи, запоминаемого конденсатором 18 совместно с полезным сигналом. Длительность этого интервала достаточна дл  устранени  вли ни  переходных процессов на точность работы преобразовател . В следующем интервале усилитель 7 совместно с внешними цеп ми работает в режиме интегратора с входным резистором 22 и интегрирующим конденсатором 8. Этот интервал разбиваетс  на два подинтервала . На первом подинтервале происходит 5 денсатор 8 в это врем  подключен к выходу усилител  7 через низкое пр - мое сопротивление диода 9. Длительность эталонного промежутка времени (длительность данного подынтервала) задаетс  блоком управлени  3. По окончании времени интегрировани  эталонного напр жени  ключ 12 размыкаетс , замыкаетс  ключ 14, остальные разомкнуты.Начинаетс  второй подинтервал интегрировани  противополож ного интегрировани  напр жени  конденсатора 18. Таким образом, в обоих подынтерв лах интегрировани , в которых работа ет нелинейна  23 интегрирующа  цепь интегрирование происходит при отключенной входной цепи, что устран ет воздействие входных помех на интегратор и нуль-орган. Подынтервал обратного интегрировани  длитс  до тех пор, пока напр жение на выходе усилител  7 не достигнет величины его напр жени  смещени . В этот момент диод 9 разрывает отрицательную обрат ную св зь цепи интегрирующего конденсатора 8, и на выходе усилител  скачкообразно по вл етс  напр жение высокого уровн , после чего блок управлени  3 восстанавливает исходное состо ние схемы, при котором усилитель 7 работает в качестве входного масштабного усилител , преобразующего измер емое сопротивление в напр жение . За врем  противоположного интегрировани  блок управлени  3 фор мирует код измер емого сопротивлени  Нап з жение (), до которого зар дитс  конденсатор 18  чейки пам ти 5 в конце интервала преобразовани  измер емого сопротивлени  в напр же ние, определ етс  из выражени , )-.Лг-( М измерительное напр жение изм смо напр жение смещени  операционного усилител  7, входной ток инвертирующе го входа операционного усилител  7j измер емое сопротивление 21i сопротивление 22 токоограничитёльного элемента 4,  вл ющеес  в данной схеме сопротивлением обратной св зи, а в схемах собираемых в последующих 69 тактах входным сопротивлением интегратора на операционном усилителе 7. Работа схемы в. момент по влени  сигнала нуль-органа описываетс  выражением -эт -л 1 .o эталонное напр жение; напр жение смещени  операционного усилител  (при котором срабатывает нульорган ) 15( - длительность подынтервала противоположного интегрировани  напр.жени  U на конденсаторе 18. Реша  уравнение относительно tj получаем Из выражени  (3) видно, что длительност .ь интервала противоположного интегрировани  пр мо пропорциональна Ry и с заданной точностью не зависит от дрейфа напр жени  смещени  и входного тока операционного усилител  в широком диапазоне измер емых сопротивлений . Реализаци  функций входного усилител , интегратора и нуль-органа на одном операционном усилителе совместно с другими указанными мерами позвол ет в данной схеме преобразовател  компенсировать вли ние дрейфа напр жени  смещени  и входного тока всех функциональных узлов, что не достигаетс  в схемах с раздельным исполнением. Дл  работы преобразовател  с сигналами низкого уровн  при наличии помех в измер емых электрических цеп х необходимо нелинейную интегрирующую цепь оградить от воздействи  помех, так как если не прин ть мер, вьтр мленное диодом напр жение помехи ухудшает точность преобразовани , оказыва  вли ние на нее во всех интервалах работы преобразовател  - в интервалах преобразовани  измер емого сопротивлени  в напр жение интегрировани  и в момент срабатьшани  нуль-органа. Дл  устранени  вли ни  помехи в интервале преобразовани  измер емого

сопротивлени  в напр жение нелинейна  интегрирующа  цепь шунтируетс  конденсатором 19 помехозащитной цепи 6, подключаемым ключом 15. Конденсатор 19 включен в этом интервале параллельно резистору обратной св зи 22 и одновременно служит фильтровым конденсатором, уменьшающим величину напр жени  помехи, запоминаемой конденсатором 18  чейки пам ти 5. Емкость конденсатора 19 определ етс  требуемой степенью подавлени  помехи дл  нормальной работы диода 9 нелинейной интегрирующей цепи. В остальные интервалы работы преобразовател  конденсатор 19 отключен, что позвол ет повысить быстродействие преобразовател  при требуемом уровне подавлени  помех. Резистор 20 служит дл  .разр да конденсатора 19 при откпючеНИИ ключа 15.

Кроме того, если необходимое помехоподавление обеспечиваетс  величино емкости интегрирующего конденсатора (при сниженных требовани х к быстродействию схемы) схема помехоподавлени  может быть упрощена за счет шунтировани  нелинейного элемента ключо 16, что устран ет выпр мление напр жени  помехи в интегрирующей цепи, оказывающее вли ние на точность преобразовател . При этом по вл етс  возможность отказатьс  от цепи, содержащей конденсатор 19, ключ 15 и резистор 20. Резистор 10, подгружа  диод 9, улучшает линейность преобразовател , атакже разр жает конденсатор 8 при закрытии нелинейного элемента 9. Вли ние помехи в остальные интервалы работы схемы (интегрирование и срабатывание нуль-органа) устран етс  отключением измер емой цепи - источника помехи. При этом входным сигналом интегратора ,становитс  напр жение конденсатора 18  чейки пам ти 5, свободное от переменной составл ющей помехи.

Поскольку в предлагаемом преобразователе один и тот же резистор 22  вл етс  во входном усилителе резистором отрицательной обратной св зи, определ ющим величину напр жени  дрейфа и величину входного сигнала, запоминаемым на конденсаторе 18, и входным резистором интегратора, на которьл подаетс  напр жение с конденсатора 18 в интервале противоположного интегрировани , входной ток и напр жение смещени   вл ютс  одинаковыми дл  входного усилител , интегратора и нуль-органаi так как они выполнены на одном и том же усилителе, происходит компенса1щ  дрейфа входного тока и напр жени  смещени  усилител  в широком диапазоне измер емых сопротивлений , в результате совмещени  нескольких функций в одном усилителе повьппаетс  экономичность схемы.

Таким образом, предлагаемый аналого-цифровой преобразователь сопротивлени  обладает повышейными точное тью, помехоустойчивостью и экономичностью .

Claims (2)

1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий источник измерительного напряжения, формирователь эталонного напряжения, блок управления, операционный усилитель, нелинейную интегрирующую цепь, коммутатор, причем выход источника измерительного напряжения соединен с одним входным зажимом устройства и с формирователем эталонного напря.жения, второй входной зажим через коммутатор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и входом нелинейной интегрирующей цепи, выход которой соединен с выхо дом операционного усилителя и входом блока управления, а второй выход источника измерительного напряжения, второй выход формирователя эталонного напряжения и неинвертирующий вход операционного усилителя соединены с земляной клеммой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности, в него введены токоограничивающий элемент, ячейки памяти и помехозащитная цепь, причем вход токоограничивающего элемента соединен с входом помехозащитной цепи и с инвертирующим входом операционного усилителя, Йыход токоограничивающего элемента через первый ключ коммутатора соединен с выходом формирователя эталонного напряжения, через второй ключ с выходом операционного усилителя, через третий ключ - с входом ячейки памяти, через четвертый ключ - с выхо дом помехозащитной цепи,выходы ячейки? памяти и помехозащитной цепи соединены с земляной клеммой, а выходы блока управления соединены с управляющими входами ключей коммутатора.

2. Преобразователь по п.1, о т л и чающийся тем, что параллельно нелинейному элементу интегрирующей цепи подключен ключ коммутатора.

SU п.1108369

1 1108369