SU711680A1 - Аналого-цифровой преобразователь врем -импульсного типа - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может найти применение в информационно-измерительных системах, предназначенных дл  высокоточного измерени  различных электрических и неэлектрических параметров , в системах контрол  и технической ; диагностики, испытательных стендах.

Известны аналого-цифровые преобразователи врем -импульсного типа, предназначенные дл  измерени  и цифрового кодировани  измерительной информации, преобразованной предварительно в напр жение 1 ,

Недостаток этих устройств заключаетс  в их ограниченных функциональных возможност х .

Известен также аналого-цифровой преобразователь , содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управл емые ключи с источником опорного напр жени , а два других соединены через коммутатор со входом усилител , выход которого подключен к первому входу нульоргана , генератор пилообразного напр жени ,

выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и выходной емкости, подключенный ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последовательно соединенным счетчику импульсов , арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управлени , соединенный с триггером и арифметическим устройством 2.

Известный преобразователь не позвол ет измер ть непосредственно значени  емкости, индуктивности, сопротивлени , а также неэлектрические величины, представленные в виде этих .параметров.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей преобразовател .

Поставленна  цепь достигаетс  тем, что

аналого-цифровой преобразоваа ль, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых соединено через управл емые ключи с источником опорного напр жени .

а два других соединены через коммутатор со входом усилител , выход которого подключен к первому входу куль-органа, генератор пилообразного напр жеюш, выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлешюм и выходной емкости, подключешшш ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом под1слюченного к последовательно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации , а также блок управлени , соединенный с триггером и арифметическим устройством , донолш тепьно снабжен преобразовател ми сопротивлени , индуктивноста и емкости в напр жение, подключенными к блоку управлени  и выполнеш1ыми в виде последовательно-параллельно соединенных через управги; емые ключи измер емого и двух эталотшых сопротивлений, индуктивности и емкостей соответственно , а также преобразователем перемещени , содержащим конденсатор, имеющий три пары плоскопараллельных электродов, две из которых иде ггичны друг другу, а рассто ние между электродами . третьей пары изменено на известную велишну, все подвижные электроды кинематически св заны с рычагами, измер ющилш перемещение,- причем козффщдаенты передачи рычагов идентичных - пар электродов отличаютс  друг от друга; преобразователь сопротивлени  подключен ко входу генератора пилообразного напр жени , преобразователи индуктргености и емкости включены в частотно-зависимую цепь генератора заполн ющей частоты, а преобразователь перемеще ш  подключен к выходу генератора ш;лсобразко1о напр жени .

На чертеже изображена функциональна  электрическа  схема устройства.

Входное устройство 1, выполне1юое последовательно соединенных трех сопротивлений 2, 3 и 4, через управл емые клюш 5 и подключено к источнику опорного напр же1ШЯ 7. К выходу устройства 1 через коммутатор 8 подключен .усшштель 9, к выходу которого подюночен один из входов нуль-органа 10. К другому входу нуль-органа подключен генератор И пилообразного напр жени  (ГПН), собранный на транзисторах Tj и Т,. Ко входу ГПН подключен преобразователь сопротивлени  12, выполненный в виде последовательно-параллельно соединенных через управл емые ключи измер емого RX

ij п Rg,, сопротивлений. К выходу лонных Н„ и ГПН подключен преобразователь перемещени  16, выполнеш&ш в виде конденсатора, имеющего три пары 17, 18, 19 плоскопараллелькых электродов, причем подвижные .электроды пар св заны с рычагами 20, 21, 22, измер ющими перемещение. Подключение электродов производитс  ключами 23-26. Выход генератора 27 заполн ющей частоты (Г34) соединен с частотнозависимой цепью 28, в которую включешл преобразователь ивдуктивности 29, выполненный в ввде последовательнопараллельно coeдинeнньLч через управл емые ключи 30, 31, 32 измер емой индуктивности

4

эталонных индуктивностей L to L и преобразователь емкости 33 в виде

последовательно-паралелльно соединенных через управл емые ключи 34-37 измер емой емкости . и двух эталон1П11х емкостей С. и ЭТ2 который подключен к одному из входов

15 элемента И 38, ко вторрму входу которого подключен триггер 39. К выходу  чейки И 39 подключен счетгшк 40, к выходу которого включено арифметическое устройство 41, выход которого подключен ко входу устройства

20 42 цифровой индикации. Выходы блока 43 управлени  подключены к управл емым ключам 5, 6, 13-15, 23-26, 30-32, 34-37, к коммутатору 8, а также к триггеру 39 и к арифNKTH4ecKOMy устройству 41.

5Аналого-цифровой преобразователь работает

следующим образом.

В режиме измерени  напр жени  измерение провод тс  в три такта. Б первом такте блок управлени  43 открьшает 5 и 6,

0 в результате чего источипс опорного напр жени  7 подключаетс  к сопротивлению 2 входного устройства 1. Одновременно блок управлени  переключает коммутатор 8 в положешш , при котором на вход усилител  9 пода5 етс  напр.т ;сезше с сопротивлеш-{й 3 и 4 входного устройства. Таким образом, в первом такте на вход усилител  подаетс  сумма измёр еиого напр жени  U; и опорного напр жени  Во ВТОРОМ такте измерени  блок

0 управлени  43 закрывает ключи 5 и 6, отключа  тем самым источник опорного напр же1ШЯ 7. Коммутатор 8 остаетс  в положении, при котором на вход усилител  9 поступает напр жение U.. В третьем такте измерени 

5 ключи 5 и 6 остаютс  закрытыми, а блок управлени  43 переключает коммутатор 8 в положение, при котором на вход усилител  9 подаетс  напр жение К, U ; с сопротивлени  4 делител , имеющего коэффициент передачи К,.

0В каждом такте измерени  напр жение

с выхода усилител  9 поступает на один из входов нуль-органа 10. В начале каждого такта измерени  по сигналу с блока управлени  43 ра.змыкаетс  ключ 26 и на второй вход 5 нуль-органа 10 начинает поступать нарастающее напр жение с ГПН 11. Одновременно с блока управлени  43 поступает сигнал, открывающий триггер 39. С этого момента через элемент 38 в счетчик 40 начинают поступать

к импульсы высокочастотного напр жени  с генерзтора 27. В момент равенства напр жений на обоих входах нуль-органа 10 в каждом такте измерени  на его вькоце возникают сигналы, закрывающие триггер 39. Через элемент И 38 в счетчик 40 прекращаетс  поступление импульсов высокочастотного напр жени . Числа импульсов Nj,N, и W,, накоп ленные в счетчике в -первом, втором и третьем тактах измерени , пропорциональны напр жени м и. + и „ , и.. и К. U v соответствен/чOilАА

но.

Измерение сопротивлени  проводитс  в четыре такта. В первом такте блок управлени  43 размыкает ключи 13 и 14 и замыкает ключ 15, подключа  тем самым ко входу ГПН 11 сопротивление R.X , вход щее в состав преобразовател  сопротивлени  12. Во втором такте блок управлени  43 размыкает ключ 14. Ко входу ГПН И оказываютс  подключенными последовательно соединенные сопротивлени  R и R,. .

В третьем такте блок упралени  43 замыкает ключ 13, подключа  параллельно сопротивлени м R., и В -л- сопротивление R т- „ ,. X ЭТ,

Ключ 14 остаетс  замкнутым. 1аким образом

ко входу ГПН 11 оказываетс  подключенным сопротивление

о-г-( «- )

ЭГ2 ЛЭТ|

+ R.

R.. + R.

ЭТ, ЭГ2 В четвертом такте блок управле ш  43 вновь замыкает ключ 15, ключ 13 остаетс  замкнутым, ключ 14 размыкаетс . Ко входу ШН 11 оказываетс  подключенным сопротивление

(«э-г.,)

Х Э JTi

в начале каждого такта измерени  сопротивлени  Rj по сигналу с блока управлени  43 размыкаетс  ключ 26 и линейнонарастающее напр жение с выхода ГПН 11 начинает поступать на один из входов нуль-органа 10. Скорость нарастани  зтого нанр жени  в каждом такте определ етс  током i .,. и, следовательно , значением сопротивлени  преобразовател  12, а также значением емкости преобразовател  перемещени  16 ГПН, которое определ етс  произвольным состо нием ключей 23-25. Это состо ние ключей остаетс  неизменным в течение всего цикла измерени  сопротивлени .

. На второй вход нуль-органа 10 поступает посто нное напр жение с выхода усилител  9. Значение этого напр жени  определ етс  произвольным состо нием ключей 5, 6 и коммутатора 8, которые остаютс  неизменными в теюние всего цикла измерени  R., .

В начале каждого такта измерени  R с блока управлени  43 поступает сигнал, открьшающий триггер 39. С зтого момента через элемент И 38 в счетшк 40 начинают.поступать высокочастотные импульсы -с Г34 27. Частота импульсов зависит от значений индукгавности преобразовател  29 и емкости преобразовател  33 частотнозависимой цепи 28 Г34 27, которые определ ютс , в свою очередь , произвольным состо нием управл е №1х ключей 30-32 и 34-37 соответственно. Это состо ние остаетс  неизменным в течение всего цикла измерени  сопротивлени .

В момент равенства напр жений на обоих входах нуль-органа в каждом такте измерени  на его выходе воз шкают сигналы, закрьшающие триггер39. При этом поступление импульсов высокочастотного напр жени  в счетчик 40 прекращаетс . Числа импульсов fl, N2.. N,, Fvf,накопленные в счетчике в первом, втором, третьем ичетвертом тактах

измерени , пропорщюнальны величинам сопротивлений , подключенных в каждом такте ко входу ГПН 11.

Результат четырех тактов измерени  постуnaioT в арифметическое; устройство 41, где формируетс  цифровой эквивалент измер емого сопрот 1вле1а1  В, .

Измерение щздуктивности проводитс  в четыре такта. В первом такте блок управлени  43 размыкает ключи 30 и 31 и замыкает ключ 32. При этом в частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включаетс  индуктивность L , Во втором такте блок управлени  43 замыкает ключ 31 и размыкает ключи 30 и 32. В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включаетс  индуктивность LV + Lg-Y . В третьем такте замыкаютс  ключli 30 и 31, в частотнсзависимую цепь 28 Г34 27 включаетс  индуктивйость

ST.

в четвертом такте замыкаютс  ключи 30 и 32, ключ 31 размыкаетс . В частотнозависимую цепь 28 Г34 27 включаетс  индуктивность

-X Ч - -эт,

Ч ЧТ/ЧТ.

Claims (2)

1. в каждом из четырех тактов измерени  частота Г34 27 функционально св зана со значением индуктивности преобразовател  29, включенного в частотнозависимую цепь 28. ФормиpoBaHiie измер тельмого интервала происходи аналогично oroscaннo y. Результаты четырех тактов измерени  поступают в арифметическое устройство 41, где формируетс  1;,ифровой эквивалент измер емо индуктивности L , . HsMeperote емкбсти проводитс  в четыре такта. При этом осуществл етс  следующа  последовательность включени  ключей 35-37 коммутирующих элементьГ С , С и Сд. преобразовател  емкоети частотнозависимой цепи 28 Г34 27. В первом такте замыкаетс  ключ 37, ключи 34-36 разомкнуты. В частоткозависнмую цепь 28 Г34 27 включаетс  емкость Су . Во втором такте заш каютс  ключи 35 и |37, ключи 34, 36 размыкаютс . В частотнозависим ао цепь 28 Г34 27 включаетс  емкость С„ + С . В третьем такте замыкаютс  клюАJ11 чи 35 и 36, 1СЛЮЧИ 34, 37 размыкаютс . В частотно зависимую цепь 28 включена емкость ( С, -ь С,, ).С ЭП ЭГ2, р 4- г -t- г ХЭТ, ЭТ . в четвертом такте замыкаютс  ключи 34 и 36, кгаош 35   37 размыкаютс . В контур включена емкость .). . GX - Сэт, в результате операций, аналогичных описанным выше дл  измереш«1 индугспшности, получаетс  цифровой код, соответствующий измер емой величине С.. . Измерение перемещеюш X проводитс , такта. В первом такте блок управлени  43 замыкает ключ 23 24 н 25 разодмк утьь К выходу ГПБ оказываетс  подключе шок перва  пара 17 электродов конденс лора |: ргобразовате. перемеа .ени  16. Бо втором laKie замыкаетс  ключ 24, подключга к Бь; оду ГПН 11 пару электродов 18. В г)еть,м такте замыкаетс  ключ 25. к выходу. ГОН II подключаетс  па ра злектродов 19. Результаты трех, тактов измерени  ноступают в арифмет{иеское устройство 41, где формируетс  результат. Результаты измерешш. всех napafvseTpoB по лучаютс , в цифровой форме непосредственно в единицах измер емых параметров и индицируютс  зстройством индикации 42. Формула изобретени  Аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, выполненное в виде трех последовательно соединенных сопроТ1шле шй , одно из которых соединено через управл емые ключи с источником опорного напр жени , а два других через коммутатор соединены со входом усилител , выход которого подключен к первому входу нуль-органа, генератор шшообразного напр жени , выполненный в виде стабилизатора тока с задающим сопротивлением и ВЬЕХОДНОЙ емкости, подключенньн ко второму входу нуль-органа, выход которого через триггер соединен со входом элемента И, выходом подключенного к последоват« .пьно соединенным счетчику импульсов, арифметическому устройству и устройству цифровой индикации, а также блок управлени , соединенный с триггером и арифметическим устройством, отличающий с   тем, что, с. целью расширени  ф т-псциональных возможностей, он дополнительно снабжен преобразовател ми сопротивлени , индуктивности и емкости в напр жение, подключе1шыми к блоку упр;шлеш{  и выполненными в виде последовательно-параллельно соединенных через управл емые ключи измер емого и двух эталонных сопротивлений,, индуктнвиостей и емкостей соответственно, а также преобразователем перемещешг , содержапаим конденсатор, имеющий три пары шюскопаргшлельных электродов , две из которых ид.ентичны друг другу, а рассто ние между электродами третьей пары изменено на известную величину, все подвижные эл-схтроды кинематически св заны с рычагами, измер ющими перемещедае, причем коэффидг1е}гты передачи рычагов идентичных пар злектродов от.штчаютс  друг от друга; преобразователь сопротивлени  подключен ко входу генератора пилообразного напр жени , пре-, образователи индутстивности и емкости включены в частотнозависимую цепь генератора заполн ющей частоты, а преобразователь перемещени  подключен к выходу генератора пилообразного нацр же1ш . Источники информации, прин тые во BHHMaiffle при экспертизе 1. Хлистунов В. Н. Основы цифровой электроизмерите.пьной техники и цифровые преобразователи. М.-Л., Энерги , 1966.
2. 2. Авторское свидетельство СССР № 267748, кл. G 01 R 13/02, 4.11.68