SU481130A1 - Устройство дл преобразовани сигналов резистивных датчиков в цифровой код - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области импульсной техники.

Известно устройство дл  преобразовани  сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивным датчиком в одном из плечей , источник питани  мостовой измерительной цепи, источник опорного напр жени , нуль-орган, цифровой параллельный делитель , логический блок управлени , регистр пам ти и цепь перезаписи. Выход источника опорного напр жени  соединен со входами источника питани  мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делител ,. выходы которого соединены со входом полумоста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нуль-органа подключены к логическому блоку управлени , первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делител  и через регистр пам ти - с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управл ющими входами цепи перезаписи и регистра пам ти.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и точности.

Дл  этого в устройство дополнительно введены полумост, реле, ключ и регистр пам ти. Полумост подключен к диагонали питани 

МОСТОВОЙ измерительной цепи, второй вход пуль-органа через перекидной контакт реле соединен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, пли с точкой соединени  резисторов полумоста, если ток проход 1т по обмотке реле, один выход которого соединен с источппко.м питани , а второй через ключ- с общим проводом и непосредственно со входo блока управлени . Вход донолнительного регистра пам ти соединен со входами цифрового параллельного делител  и со входом регистра пам ти, а его управл ющий вход соедипен с четвертым выходом логического блока управлени .

На фигуре 1 показана структурна  схема предлагаемого устройства; на фигуре 2- врсмеппа  диа1-рам.ма его работы в режиме градуировки; на фигуре 3 - временна  диаграмма рабогы устройства в режиме записи.

Устройство содержит основную мостовую измерительную пень, образованную сопротивлением датчика 1 и резисторами 2-5, и дополнительный полумост из резисторов 6 и 7, сопротивлени  которых выбраны равными сопротивлени м соответственно резистора 2 и датчика 1.

Диагональ питани  измерительной цепи одпи .м концом подключена к общему проводу, а другим - к выходу источннка питани  измерительной цепи 8. Выход источника опорного

напр жени  9 соединен со входом опорного напр жени  источника нитани  измерительной цепи 8 и цифрового параллельного делители 10 напр жени , выход которого св зан с точкой соединени  резнсторов.4 и 5.

Таким оёразом, резистор 5 гнунтирует выход делител  напр жени  10. Выбор сопротивлени  этого резистора приближенно можно произвести но формуле:

и R

р Д.ВЫХ

г 7/7

оп - -ни

где/ 5 - сопротивление резистора 5,

Unu, - наир жение иа выходе измерительной цепи при ее максимальпом разбалансе, Uon - опорное напр женна делнтел ,

д. вых - выходное сопротивление делител .

Вследствие малости величины Rs (единнцы ом) существенно уменьшаетс  врем  переходного процесса нри установлении новой величины уравновешивающего напр жени  на выходе цифрового параллельного делител  10, что повышает быстродействие устройства.

Первый вход цуль-оргаиа 11 подап на точку соединени  резисторов 3 и 4. Второй вход нуль-органа 11, построенного на основе дифференциального уснлител  ноето нного тока, носредством перекидного контакта реле 12, подключаетс  к сигнальному зажиму датчика 1, если реле обесточено, н к точке сосдиненн  резисторов 6 н 7, если реле под током.

Первый вывод обмотки реле 12 подключен к напр жению питани  Е, а второй - к неподвижному контакту ключа 13 (подвижный контакт ключа соединен с обшим проводом).

Логический блок 14 управлени  устройства содержит реверсивный счетчик 15, иидикатор 16, генератор тактовых импульсов 17, делитель частоты 18, первую схему «П-ПЛР1 19, счетчик времеин 20, вторую схему «П-ИЛИ 21, триггер цуска 22, третью схему «И-ИЛП 23 и переключатель рода работы 24. Выход «Больше пуль-оргаиа 11 св зап со входом «Сложность реверсивного счетчика 15,  вл ющимс  первым входом блока 14 управлени , и первым входом индикатора 16, выход «Меньше нуль-органа соединен со входом «Вычесть реверсивного счетчика 15,  вл юш .имс  вторым входом блока 14 управлени , и вторым входом индикатора 16. Счетный вход реверсивного счетчика 15 нодключен к первому выходу 25 генератора тактовых импульсов 17, второй выход 26 которого подан на счетный вход делител  частоты 18 н на нервый вход цервой секции совпадеии  первой схемы «И-ИЛП 19. Первый выход 27 делител  частоты 18  вл етс  первым выходом управлеии  логического блока 14. Второй выход 28 делител  частоты 18 св зап с первым входом второй секции совпадени  первой схемы «И-ПЛИ 19 и счетным входом счетчика времени 20, первый выход которого 29 подключен

к первому входу первой секции совпадени  схемы «П-ИЛИ 21. Второй иыход 30 счетчика времени 20 соединен со входом «Установка нул  генератора тактовых импульсов 17, а вход «Установка пул  счетчика времени 20 св зан со входом « становка нул  делител  частоты 18, вторым входом второй секции еовпадеин  первой схемы «И- ПЛИ 19 и единичным выходом 31 триггера пуска 22, нулевой выход 32 которого нодан на второй вход нервой секции совпадени  первой схемы «PI-ПЛИ 19. Вход «Сброса триггера пуска 22  вл етс  входом «Сброса 33 логического блока 14 управлеин . Вход «Устацовка единицы триггера пуска 22 подключен на выход 34 третьей схемы «П-ИЛП 23, нервый вход 35 первой секции совнадений которой,  вл ющийс  третьим входом логического блока 14 управлени , св зан со вторым выводом обмотки реле 12. Второй вход первой секции совпадеии  третьей схемы «PI-1-1ЛИ 23 соединен е первым неподвижным контактом 36 нереключател  рода работы 24 и вторым входом первой секции совпадени  второй схемы «П-ИЛИ 21. Пер15ЫЙ вход второй секции совпадени  третьей схемы «PI-Р1ЛП 23  вл етс  входом «Запуск 37 логического блока управлепи  14, а второй вход второй секции совпадени  третьей схемы «PI-РШЙ 23 св зан со вторым неподвижным контактом 38 переключател  рода работы 24, третьим входом второй секции совпадепи  первой схемы 19 и первым входом второй секции совпадеци  второй схемы «PI-Р1ЛИ 21, второй вход которой  вл етс  входом логического б.юка 14 управлени  дл  специальиого сигиала 39, напрнмер , сигнала регистрации экстремума. Третий неподвижный контакт 40 переключател  рода работы 24 подключен ко входу установки исходного кода реверсивного счетчика 15, а подвижный контакт переключател  св зан с общим ироводом.

Кодовые входы нервого 41 и второго 42 регистров пам ти св заны с кодовым выходом ревереивиого счетчика 15,  вл ющимс  кодовым выходо М логического блока 14, и кодовым входом цифрового параллельного делител  10 напр жени . Кодовый выход первого регистра 41 пам ти подай на кодовый вход цени перезаписи 43, вход управлеии  которой подключеи к первому выходу 27 делител  частоты 18. Входы «Запись первого 41 и второго 42 регистров иам ти св заны, соответственно , с выходом 44 первой схемы «И-ИЛИ 19 и с выходом 45 второй схемы «И-ИЛП 21. Эти выходы  вл ютс , соответственно, вторым и третьим выходами уиравлени  логического блока 14.

С кодового выхода 46 цепи перезаписи 43 код измер емого еигнала подаетс  на регистрацию .

Преобразователь имеет три режима работы.

В режиме «Устаиовка иул  переключатель рода работы 24 устанавливаетс  в положение,

при котором его подвижный контакт замыкаетс  с третьим неподвижным контактом 40. При этом в реверсивном счетчике 15 принудительно устанавливаетс  некоторое небольшое исходное значение кода, а счет тактовых импульсов реверсивным счетчиком 15 становитс  невозможным.

Ключ 13 устанавливаетс  в разомкнутое положение , при этом второй вход нуль-органа 11 подключаетс  к сигнальному выводу датчика 1. Измен   величину любого из резисторов 2, 3 или 4, но индикатору 16 балансируют мост основной измерительной цепи. Затем, замыка  ключ 13, подключают вход нуль-органа 11 к дополнительному полумосту и изменением любого из резисторов 6 или 7 по индикатору 16 балансируют мост, образованный полумостом из резисторов 3, 4, 5 и дополнительным полумостом.

В результате выполнени  указанных выше операций на дополнительном полумосте «запоминаетс  начальное положение баланса основной измерительной цеии (с точностью не хуже погрешности квантовани  устройства). Учитыва , что резисторы 3-7 выполнены из материала высокой температурной и временной стабильностью электросопротивлени  (например , из манганина) и в процессе статической градуировки ие измен ютс , можно, подключа  периодически второй вход нуль-орган к дополнительному полумосту, определ ть и учитывать дрейф нул  устройства в целом.

После проведени  операций режима «Установка нул  устройство готового дл  использовани  в других режимах.

В режиме «Градуировка переключатель рода работы 24 устанавливаетс  в положение, при котором его подвижный контакт замыкаетс  со вторым неподвижным контактом 38. При этом иа третий вход второй секции совпадени  первой схемы «И-ИЛИ 19, первый вход второй секции совпадени  второй схемы «И-ИЛИ 21 и второй вход второй секции совпадени  третьей схемы «И-ИЛИ 23 подаетс  нулевое напр жение, что преп тствует прохождению сигналов по другим входам названных секций совпадени  на выход схем «И-Р1ЛИ.

Ключ 13 устанавливаетс  в замкнутое иоложеиие . Подачей на вход «Сброс 33 низкого уровн  напр жени  триггер пуска 22 устанавливаетс  в иулевое иоложение. Сигналом низкого уровн  с единичного выхода 31 триггера 22 делитель частоты 18 и счетчик времени 20 устанавливаютс  в нуль.

След щий аналого-цифровой преобразователь , образованный источником опорного напр жени  9, цифровым параллельным делителем 10 напр жени , нуль-органом 11, реверсивным счетчиком 15 и генератором тактовых импульсов 17 ведет обработку дрейфа нул  аналоговой части устройства, так как при замкнутом ключе 13 обмотка реле 12 находитс  иод током и второй вход нуль-органа 11 подключен к дополнительному полумосту с

помош,ью перекидного контакта реле 12. Поскольку резисторы 3-7 изготовлепы из материала с высокой температурной и временной стабильностью электросопротивлени , например из манганина, а -элементы источника опорного напр жени  9 и параллельного делител  10 также обладают высокой стабильностью, то отрабатываетс  практически дрейф нул  нульоргана 11, который вынолнен на основе дифференциального усилител  посто нного тока и

выходы которого соединены с соответствуюпи1ми схемами логического блока управлени 

по посто нному току.

Тактовые импульсы с выхода 26 генератора

тактовых импульсов 17. сдвинутые на половину периода тактовой частоты относительно импульсов иа выходе 25, через первую секцию совпадени  первой схемы «И-Р- ЛИ 19 проход т на ее выход 44 и, соответственно, на

вход «Запись первого регистра 41 пам ти, поэтому в последием регистрируетс  код реверсивиого счетчика 15, получаемый на каждом такте преобразовани . Дл  осуш,ествлени  сквозной статической

градуировки на датчик 1 воздействуют калиброванными ступен ми его естественной входной величины, нанример давлени . После установлени  нужной ступени на задатчике естественной входной велнчины (например, на

гидравлическом прессе, снабженном грузопоршневым манометром) ключ 13 размыкают. Обмотка реле 12 практически обесточиваетс , так как потреблепие тока третьей схемой «И-ИЛИ 23 по входу 27 ничтожно. Иа перво .м входе 27 первой секции совпадени  третьей схемы «И-ИЛИ 23 устанавливаетс  высокий уровень напр жени  от источника напр женн  Е, (см. временную диаграмму на фиг. 2), так как падепие напр жени  на обмотке реле 12 от тока по входу 27 мало. Вследствие этого па выходе 29 третьей схемы «И-ИЛИ 23 также устанавливаетс  высокий уровень напр жени , что приводит к опрокидыванию триггера пуска 22 в положение «Единица . Иа выходе «нул  31 триггера 22 устанавливаетс  низкий уровень напр жени  и прохождеиие тактовых импульсов с выхода 33 геператора 17 на выход 36 первой схемы «И-ИЛИ 19 прекраш,аетс , в первом регистре пам ти 43 запоминаетс  значение кода реверсивного счетчика (кода иул ), полученное в такте преобразовани , неиосредственно предшествовавше .м моменту размыкани  ключа 13.

Через врем  задержки на отпускание перекидной контакт реле 12 отсоединит второй вход нуль органа 1 от дополнительного полумоста , а через врем  перелета контакта, второй вход нуль органа 11 подключнтс  к сигнальиому выводу датчика. След щий аналого-цифровой преобразователь, образованный указанными выше элементами, ведет отработку нереходного процесса во врем  перелета контакта н затем отработку сигнала датчика

1, полученного под воздействием калиброванной ступени его естественной входнон величины .

После опрокидывани  триггера пуска 22 в ноложение «едипнца иа его выходе 30 устанавливаетс  высокий уровень напр жени , поэтому делитель чаетоты 18 начинает счет импульсов с выхода 33 генератора 17, а счстчнк времени 20 - с выхода 35 делител  частоты 18. После подсчета определенного количества и.мнульсов па выходе 38 счетчика времени 20 по вл етс  имнульс, который через нервую секнию совпаденп  второй схемы «И-ИЛ PI 21 проходит на выход 39 последней , благодар  чему во втором регистре пам ти 44 регистрируетс  код сигнала дагчика. Сигналом низкого урови  с выхода 37 счетчика 20 работа генератора 17 прекращаетс  и процесс кодировани  сигнала датчика 1, соответствующе1о одной ступени градуировки, на этом заканчиваетс .

Таким образом, в результате кодировани  одной стунени градуировки регистрируютс  два кода, которые отсчитываютс  по отсчетным устройствам регистров 43 и 44.

При последующей обработке измерительной информацнн «код нул , зафикеированный в первом регистре 43, необходимо вычесть из «кода датчика, содержаитсгос  в регистре 41. Врем  измерени , оп)е:ел емое счеччпком 20. вЫбраио больше, чем врем , необходимое дл  окончани  нереходных процессов, св занных с нереключеннем второго входа нуль-органа 11. Дл  кодировани  сле., стуиепи --p.-i дуировки ключ 13 сипта :г; -С :одг:- згчк тутое положение, а на вход 41 «сброс подают сигнал низкого уровн , что приводит к опрокидыванию триггера 22 снова в положетгге «Ноль. На датчик 1 воздействуют следуюихсй калиброванной ступепью eio величины и повтор ют измерительп :с cacnannr, описанные выше.

В режиме «Запись (см. времеииую диаграмму на фиг. 3) переключатель рода работы 24 устанавливают в гюложеипе, ири котором его подвижный контакт замыкаетс  с неподвижным контактом 25. При этом иа второй вход первой секнин совпадени  второй схемы «И-ИЛИ 21 и иа второй вход секции совпадени  третьей схемы «И-ИЛИ 23 подаетс  нулевое напр жение и ирохождение сигналов через указанные секцнн этих схем становитс  невозможным.

Предполагаетс , что перед пачалом работы в режиме «Запись была проведена перва  операци  «Установка нул , т. е. основна  измерительна  цель была сбалансирована .

Ключ 13 в режиме «Запись всегда иаходитс  в разомкнутом состо нии, и второй вход нуль-органа 11 подключен к сигиальному выходу датчика.

Перед проведением измерений триггер пуска 22 устанавливаетс  в нулевое положение, дл  этого на вход «сброс 33 подаетс  сигнал низкого уровн . Соответственно, сигналом с

выхода 31 триггера схемы делител  частоты 18 и счетчика времени 20 устанавливаютс  также в нулевое положение.

Все врем  ожидани  начала процесса в режиме «Запись след п ий аиалого-цифровой

преобразователь, образоваииый указанными

выше элементами, ведет кодирование дрейфа

иул  нуль-органа, причем код реверсивного

счетчика 15 иа каждом также иреобразовани 

заноситс  в первый региетр 41, так как имиульсы с в)Тхода 26 генератора тактовых импульсов 17 через схему «И-Р1ЛИ 19 поступают иа вход записи этого регистра.

В момент по влени  импульса полож}1тельпый пол рности иа входе «Запуск 37 по вл етс  сигнал па выходе 34 третьей схемы «И--Р1ЛИ 23, и триггер пуска опрокндываетс  в едииичиое соето иие. Измер емый параметр быстропротекаюшего процесса начииает

воздействовать иа датчик 1, измерительна  устройства разбалансирустс . Начинаетс  кодирова 1ие быстропротекающего процесса , восприпимаемого датчиком I. При этом прохождение тактовых импульсов с выхода 26

через первую схему «И-ИЛИ 19 прекращаетс , делитель частоты 18 вступает в работу и потенциальный сигнал с его выхода 27 в зи.:(,е полулерйодных имиульсов иостунает на Г)Ход управлени  цеии перезаписи 43, а импульспый сигнал с выхода 28 делнтел  частоты 18 через первую схему «И-ИЛИ 19 поступает на вход «Запись первого регистра 41 :a.i;;. импульсов на выходе делите .1Я частоты 18 равеп шагу квантовани  измер е .мого процесса во времени. Первый регистр выполн ет в режиме «Заиись роль буферного periicTj a д,т  вывода информации через цепь п- рсзаппси 43 от быстродействующего преобр .;:зовател  па регистратор, имеющий меиьшую

скорост: работы. Код реверсивиого счетчика ic). фгг. 3) заноситс  в регпстп 41 каждый ;аз в начале соответствующего ша1а ква гговаии , а регр1стрируетс  через цеиь перезаписи этот код, пачииа  с середины этого шага и

до его коина. Таким обпазом, ца первом шаie кваптовапи  регистрируетс  код нул  преобразовател , на втором шаге - первый код пгоцесса и т. д.

Второй рс:-1 стр 42 пам ти в режиме «Запись служит дл  фиксации значени  кода в -акой-либо характерной точке измер емого процесса, папример в точке экстремума. Дл  этого в пужпый момепт времени на вход специалыюго сигнала 39 подаетс  положительпый имиулье, который, проход  через вторую схему «И-ИЛИ 21 иа вход записи 45 регистра 42, фиксирует в нем зпачепие кода в этот ломеит.

После подсчета определенного количества шагов квантовани  измер емого процесса по времени, задаваемого количеством импульсов па выходе 28 делител  частоты, на выходе 30 счетчика времени 20 устанавливаетс  сигнал низкого уровн , нрекращающий работу генератора тактовых импульсов 17. Кодирование дискретных значений измер емого нроцесса на этом заканчиваетс .

Дл  приведени  устройства в исходное ноложение дл  следующего измерени  достаточно подать сигнал низкого уровн  на вход «Сброс 33.

При последующей обра ботке измерительной информации, например, на вычислительной мащине, код нул  устройства, зарегистрированный на первом щаге, вычитаетс  из кодов дискретных значений измер емого процесса. Так как дрейф нул  устройства за врем  измерени  значительно меньще одной единицы кода в устройстве, то благодар  этому устран етс  вли ние дрейфа нул  на результаты измерени .

Как видно из описани  работы устройства, и в режиме «Запись и в режиме «Градуировка используютс  одни и те же элементы логического блока 14 управлени .

При питании измерительной цепи стабильным напр жением предлагаемое устройство имеет структурную погрещность, вызываемую изменением тока в плечах измерительной цепи , т. е. зависимость между изменением сопротивлени  датчика 1 и выходным кодом устройства нелинейна. Однако соответствующим выбором величины сопротивлени  резисторов 2 и 3, а также напр жени  питани  измерительной цепи, можно свести погрещность от нелинейности к допустимой, например , меньщей щага квантовани  по уровню в устройстве.

При питании измерительной цепи стабильным током устройство не имеет структурной погрешности.

10

Предмет изобретени 

Устройство дл  преобразовани  сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивным датчиком в одном из плечей, источник питани  мостовой измерительной цепи, источник опорного на пр жени , цуль-орган, цифровой параллельный делитель, логический блок управлени , регистр иам ти и цепь перезаписи , причем выход источника опорного напр жени  соединен со входом источника питани  мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делител , выходы которого соединены со входом полумоста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нульоргана подключены к логическому блоку управлени , первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делител  и через регистр пам ти с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управл ющими входами цепи перезаписи и регистра пам ти, отличающеес  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и точности, в устройство дополнительно введены полумост, реле, ключ и регистр пам ти, причем полумост подключен к диагнонали питани  мостовой измерительной цепи, второй вход нуль-органа через перекидной контакт реле соединен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, или с точкой соединен 1  резисторов полумоста, если ток проходит по обмотке реле, один выход которого соединен с источником питани , а второй через ключ - с общим проводом и непосредственно со входом блока управлени , вход дополнительного регистра пам ти соединен со входами цифрового параллельного делител  и со входом регист)а пам ти, а его управл ющий вход соединен с четвертым выходом логического блока управлени .

6

J iiJlJliU nMllliiilili i llinii nili ii ili i|il illl i {l lii|IIIIL 2 tliUIl иЖи ШШШ ЖШ11Ш11111Ш1Ш1т Ш1Ш11ШШ1и29 45

Фиг..

-f

V

V

llllllllllillillliiilllliliiiiinili i; ii liiilliHlll in Jin

t

J I и I 11 11

LL

J-I-U LJ Ш

t

г -t

-