SU1531006A1

SU1531006A1 - Электрометрический преобразователь зар да

Info

Publication number: SU1531006A1
Application number: SU864121611A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Есаулов
Original assignee: Предприятие П/Я В-2015
Priority date: 1986-09-23
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1989-12-23

Abstract

Изобретение относитс к средствах преобразовани малых токов и электрических зар дов, например к пьезоэлектрическим датчикам давлени . Цель изобретени - расширение функциональных возможностей преобразовани за счет диагностики измерительной цепи. Она достигаетс путем введени дифференциатора 5, коммутатора 8 аналоговых сигналов, дифференцирующего конденсатора 11, программируемого источника 9 напр жени , аналого-цифрового 14 (АЦП) и цифроаналогового 15 (ЦАП) преобразователей. Измер емый сигнал с входного зажима 17 поступает на вход усилител 1 зар да, состо щего из электрометрического усилител 2, интегрирующего конденсатора 3 и разр дного ключа 4, а с его выхода - на выходной зажим 18, коммутатор 8 и дифференциатор 5. В режиме коррекции сигнал с усилител 1 через коммутатор 8, АЦП 14, ЦАП 15, генератор 13 линейно измен ющегос напр жени и конденсатор 11 создает ток коррекции. В режиме контрол входного сопротивлени утечки сигнал с выхода дифференциатора 5, через блок 6 слежени хранени и усилитель 7 посто нного тока поступает на выходной зажим 19. Использованием системной шины 16, блока 10 управлени и Д-триггера 12 осуществл етс выбор режима работы устройства. В описании приведен пример реализации блока 10. 4 ил.

Description

i 1(Л

№

Ла.1

поступает на вход усилител 1 зар да, состо щего из электрометрического усилител ., интегрирующего конденсатора 3 и разр дного ключа 4, а с его выхода - на выходной зажим 18, коммутатор 8 и дифференциатор 5. В режиме коррекции сигнал с усилител 1 через коммутатор 8, АЦП 1А, ЦАП 15, генератор 13 линейно измен ющегос напр жени и конденсатор 11 создает ток коррекции. В режиме контрол

входного сопротивлени утечки сигнал с выхода дифференциатора 5 через блок 6 слежени -хранени и усилитель 7 посто нного тока поступает на выход- ной зажим 19. Использованием системной шины 16, блока 10 управлени и D-триггера 12 осуществл етс выбор режима работы устройства. В описании приведен пример реализации блока 10.

А ил.

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к области измерени малых токов и электрических зар дов, и может быть использовано при усилении электричес- ких сигналов пьезоэлектрических датчиков давлени при контроле квазистатических и переменных давлений.

Цель изобретени - расширение функциональных возможностей за счет диагностики измерительной цепи.

На фиг.1 приведена функциональна схема электрометрического преобразовател зар да; на фиг.2 - функ- циональна схема блока управлени , устройства; на фиг.З и 4 - временные диаграммы работы узлов и блоков преобразовател .

Электрометрический преобразовател зар да (фиг.1) содержит усилитель 1 зар да, в Kofopbai вход т электрометрический усилитель 2, интегрирующий конденсатор 3 и разр дный ключ 4, дифференциатор 5, блок 6 слежени - хранени , усилитель посто нного тока, коммутатор В аналоговых сигналов , программируемый источник 9 напр жени , блок 10 управлени , дифференцирующий конденсатор 11, В-триг гер 12, генератор 13 линейно измен ющегос напр жени (ГЛИН), аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 14, цифроаналоговый преобразователь. (ЦАП) 15 и системную шину 16.

Инвертирук дий вход усилител 1 зар да и перва обкладка дифференцирующего конденсатора 11 соединены с входным зажимом 17 электрометрического преобразовател зар да. Вьпсод усилител 1 зар да, вход дифференциатора 5, первый вход коммутатора 8 аналоговых сигналов соединены с аналоговым И11ХОДНЫМ зажимом 18 преобразовател зар да. G аналоговым выходным зажимом 19 контрол параметров электрометрического преобразовател зар да соединены выход коммутатора

8аналоговых сигналов и информационный вход АЦП 14. Выход дифференциатора 5 соединен с входом блока 6 слежени -хранени , инвертирующим входом усилител 7 посто нного тока и вторым входом коммутатора 8 аналоговых сигналов. Неинвертирукиций вход усилител 1 зар да соединен с выходом программируемого источника 9 напр жени . Выход блока 6 слежени -хранени соединен с неинвертирующим входом усилител 7 посто нного тока, выход которого соединен с третьим входом коммутатора 8 аналоговых сигналов . Первый выход блока 10 управлени соединен с первым входом управлени программируемого источника 9 напр жени , второй выход блока 10 управлени соединен с вторым входом управлени программируемого источника

9напр жени и третьим входом управлени коммутатора 8 аналоговых сигналов. Третий выход блока 10 управлений соеди- 1нен с входом управлени блока 6 слежени -хранени . Четвертый и п тый выходы блока 10 управлени соединены соответственно с первым и вторьм входами управлени коммутатора 8 аналоговых сигналов, Вход сброса усилитег л 1 зар да и входы начальной установки в нуль ГЛИН 13 и D-триггера 12 соединены с шестым выходом блока 10 управлени . Вход запуска АЦП 14 соединен с седьмым выходом блока 10 управлени , выходы АЦП 14 поразр дно соединены с входами ЦАП 15 и с входами системной шины 16.

Выход Конец преобразовани АЦП 14 соединен с тактовым входом D-Триг- гера 12 и с входом стробировани ши

ны 16. Информационный вход D-тригге- ра 12 соединен с источником логической единицы (не показан), пр мой выход D-триггера 12 соединен с входом стробировани данных ЦАП 15. Выход ЦАП 15 соединен с входом управлени ГЛИН 13. Блок 10 управлени (фиг.2) содержит регистр 20, дешифратор 21 и элемент ИЛИ 22. Входы данных регистра 20 поразр дно соединены с информационными входами блока 10 управлени , а вход тактировани регистра 20 соединен с первым входом синхронизации блока 10 управлени . Выходы регистра 20 поразр дно соединены с входами дешифратора 21, первый и третий выходы дешифратора 21 соединены с входами элемента ИЛИ 22, его выход соединен с первым выходом блока 10 управлени . Второй, третий, четвертый, п тый и шестой выходы дешифратора 21 соединены с одноименными выходами блока 10 управлени , а второй вход синхронизации блока 10 управлени сое динен с седьмым выходом блока 10 управлени .

Устройство работает следующим образом .

После подачи питани на аналоговом выходном зажиме 18 устройства присутствует некоторьй уровень напр сени , отличный от нулевого, который обусловлен набросом зар да во врем включени преобразовател . Режим коррекции осуществл етс следующим образом . В течение первого такта (фиг. За, интервал времени tO с шестого выхода блока 10 управлени поступает сигнал начальной установки, происходит сброс усилител 1 зар да и обнуление ГЛИН 13 (фиг.Зг, д) выходное напр жение которого и скорост его изменени близки к нулю. При по влении сигнала синхронизации, на п том выходе блока 10 управлени по вл етс сигнал высокого уровн , который поступает на второй вход коммутатора 8 аналоговых сигналов, при этом выходное напр жение дифференциатора 5, поступающее на второй вход коммутатора 8, подаетс на вход АЦП 1А. В момент времени tj. на вход запуска АЦП 14 поступает сигнал высокого уровн (фиг.Зб). Происходит преобразование выходного напр жени дифференциатора 5 в цифровой код. После окончани преобразовани на выходе Конец пре1 бразовани А1Щ 14

в момент времени t по вл етс сигнал высокого уровн и ,4-р(фиг.Зв) . Этот сигнал поступает на вход тактирова ни D-триггера 12 и переводит его в состо ние с высоким логическим уровнем на пр мом вькоде. Выходной сигнал D-триггера 12 стробирует входные данные ЦАП 15, при этом выходной код АЦП 14 записьгоаетс в ЦАП 15, выходное напр жение которого скачкообразно увеличиваетс .

Логический уровень знакового разр да АЦП 14 определ етс пол рностью

5

0

5

0

5

0

5 выходного напр жени дифференциатора 5: логическа единица в знаковом разр де соответствует положительной пол рности выходного напр жени дифференциатора 5 и отрицательному току смещени усилител 1 зар да и, наоборот , логический нуль в знаковом разр де АЦП 14 соответствует отрицательной пол рности выходного напр жени дифференциатора 5 и положительному току смещени усилител 1 зар да. Пол рность выходного йапр жени ЦАП

15определ етс состо нием знакового разр да кода управлени . В зависимости от пол рности выходного напр жени ЦАП 15 измен етс пол рность, выходного напр жени генератора 13 линейно измен ющегос напр жени : при положительном выходном напр жении ЦАП 14 выходное напр жение ГЛИН

13 имеет положительную пол рность и линейно нарастает по модулю, при этом через конденсатор 11 протекает ток компенсации, равный по величине и обратный по знаку току смещени усилител 1 зар да.

На аналоговый выходной зажим 19 контрол параметров электрометрического преобразовател зар да поступает напр жение, пропорциональное величине тока смещени усилител 1 зар да и обратное ему По знаку. Обработка выходного кода АЦП 14, соответствующего току смещени и поступающего на системную шину 16, осуществл етс при поступлении на шину

16сигнала высокого уровн U,.p конца преобразовани АЦП 14. После съема данных внешним устройством с системной шины 16 блок 10 управлени S мо

мент времени t формирует команду сброса в виде сигнала и,о-4(Фиг.За) . Так как выходное напр жение ЦАП 15 пропорционально величине входного тока смещени усилител 1 зар да.

выходное напр жение последнего остаетс близким к нулевому уровню. Начина с момента времени t ,т,е. после окончани импульса сброса, электро- , метрический преобразователь зар да переходит в режим измерени .

В момент времени t на вход преобразовател зар да поступает входной сигнал в виде электрического JQ зар да 0 (фиг.Зе). Выходное напр жеие и, усилител 1 зар да пропорциоально уровню выходного сигнала (фиг. Зг). Длительность цикл а измерени опре- ел етс длительностью рабочей стадии управл емого генератора 1 3 линейно измен ющегос напр жени ,в частности,ди- намическим диапазоном его выходных напр жений, а также стабильностью уровн входного тока смещени усили- 20 тел 1 зар да и составл ет 200-300 с то обеспечивает возможность квазистатической градуировки пьезоэлектрических датчиков давлени .

Контроль величины входного сопро- 25 тивлени утечки преобразовател зар да осуществл етс при поступлении п ти команд с системной шины 16. При поступлении первой команды в течение интервала времени t ,- t2(фиг.4a) ЗО производитс начальна установка электрометрического преобразовател зар да: сброс усилител 1 зар да, установка в нуль D-триггера 12 и генератора 13 линр-йно измен ющегос напр - , женин. Затем поступает перва команда управлени программируемым источником 9 напр жени (фиг. 4б). На, выходе источника 9 напр жени по вл етс эталонный уровень напр жени Q отрицательной пол рности (фиг.Ад). Выходное напр жение усилител 1 зар да , в момент поступлени на его инвертирующий вход эталонного напр жени - Е , скачкообразно уменьшаетс д до уровн - Ер эталонного напр жени , а затем продолжает уменьшатьс вследствие наличи сопротивлени утечки входной цепи.

Как видно из формулы, выходное „ напр жение усилител 1 зар да сначала скачкообразно увеличиваетс до уровн ЕО , а затем линейно нарастает по модулю, при этом емкость С,, практически не вли ет на изменение выходного напр жени усилител зар да .

В момент времени t (фиг.Аг) блок 10 управлени формирует команду уп55

равлени блоком 6 слежени -хранени , производитс выборка выходного напр жени дифференциатора 5. В момент времени t (фиг.4ж) с второго выхода блока 19 управлени поступает сигнал высокого уровн на второй вход управлени программируемого источника 9 напр жени и на третий вход управлени коммутатора 8 аналоговых сигналов . Пол рность выходного напр жени источника 9 напр жени мен етс на противоположную, выходное напр жение усилител 1 зар да также измен етс на противоположное по знаку (фиг.Ад, ж). Так как управл ющий сигнал поступает и на третий вход управлени коммутатора 8, то выходное напр жение усилител 7 посто нного тока поступает на информационный вход АЦП 14. Это напр жение равно разности ранее запомненного блоком 6 слежени -хранени выходного напр жени дифференциатора 5 и текущего выходного напр жени дифференциатора 5. В момент времени 1д(фиг.4е) с системной шины 16 поступает сигнал запуска АЦП 14; в момент времени tj АЦП 14 формирует сигнал конца преобразовани (см. 14з), который поступает на CHcteMHyio шину 16 и на тактовый вход D-триггера 12,

Выходной код АЦП 14 считываетс через системную шину 16 внешним (УСТРОЙСТВОМ и одновременно с по влением высокого уровн на пр мом выходе D-триггера 12 он заноситс в ЦАП 15. Это приводит к по влению управл ющего сигнала на входе управлени ГЛИН 13 и к протеканию тока через конденсатор 11, Однако протекание тока через конденсатор 11 и соответственно изменение выходного сигнала усилител 1 зар да не измен ет результата преобразовани АЩ11 т.е. не вли ет на точность определени входного сопротивлени утечки. Значение сопротивлени утечки R вычисл етс во внешнем специализированном устройстве, осуществл ющем управление электрометрическим преобразователем зар да через системную mfKy 16 по формуле 2Ео-ТА

где Кр - эталонное напр жение. В;

Тд - посто нна времени дифферей- цировани дифференциатора 5,

Cj - емкость интегрирующего конденсатора 3, Ф;

) выходное напр жение дифференциатора 5 при поступлении на неинвертирующий вход усилител 1 зар да эталонных напр жений отрицательной и положительной пол рности , В (фиг.4ж).

Claims

Формула изобретени

Электрометрический преобразователь зар да, содержащий усилитель зар да, инвертируюпшй вход которого соединен с входным зажимом преобразовател зар да, усилитель посто нного тока, блок слежени -хранени , генератор линейно измен ющегос напр жени и D-триггер, информационный вход которого соединен с источником напр жени логической единицы, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей за счет диагностики измерительной цепи, в него дополнительно Ьведены дифференциатор, програ№1ируе источник напр жени , коммутатор аналоговых сигналов, аналого- цифрово преобразователь, цифроаналоговый преобразователь , дифференцирующий конденсатор и блок управлени , информационные и тактовые входы которого соединены с соответствующими выходами системной шины, с выходньм зажимом преобразовател зар да соединены выход усилител зар да, вход дифференциатора и первьй вход коммутатора аналоговых сигналов, выход дифференциатора соединен с входом блока слежени -хранени , инвертирующим входом усилител посто нного тока и вторым входом коммутатора аналоговых сигналов, выход блока слежени -хранени соединен с неинвертирующим входом усилител посто нного тока , выход которого соединен с третьим

10

15

0

5

0

5

0

5

входом коммутатора аналоговых сигналов , первый выход блока управлени соединен с первым входом управлени программируемого источника напр же ни , второй выход блока управлени соединен с вторым входом управлени программируемого источника напр жени и третьим входом управлени коммутатора аналоговых сигналов, третий выход блока управлени соединен с входом управлени блока слежени -хранени , четвертый и п тый выходы блока управлени соединены соответственно с первым и вторым входами управлени коммутатора аналоговых сигналов, выход которого соединен с зажимом аналогового выхода контрол параметров электрометрического преобразовател зар да и с информационные входом аналого-цифрового преобразовател , выходы аналого-цифрового преобразовател поразр дно соединены с N входами системной шины и с соответствующими входами цифроанапогового преобразовател , выход которого соединен с входом управлени генератора линейно измен ющегос напр жени , выход которого через дифференцирующий конденсатор соединен с инвертирующим входом электрометрического преобразовател зар да, выход программируемого источника напр жени соединен с неинвертирующим входом усилител зар да, выход Конец преобразовани аналого-цифрового преобразовател соединен с тактовым входом D-триггера и входом системной шины, вход сброса усилител зар да и входы установки в О генератора линейно измен ющегос напр жени и D-триггера соединены с шестым выходом блока управлени , вход запуска аналого- циф- рового преобразовател соединен с седьмым выходом блока управлени , а вход стробировани цифроаналогового преобразовател соединен с пр мым выходом D-триггера.

фиг. I

Фиг.

is ts