SU818006A1 - Интегрирующий преобразователь на-пР жЕНи B иНТЕРВАл ВРЕМЕНи - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  напр жений малого уровн .

Известны преобразователи напр жени  с импульсной обратной св зью, в которых одновре менно интегрируетс  преобразуемое напр жение и импульс образцового напр жени , поступающий с выхода звена обратной св зи, причем в установившемс  режиме длительность  мпульса обратной св зи пропорциональна интегральному значению входного напр жени  за врем  цикла преобразовани  1 .

Недостатками преобразователей данного типа  вл ютс  .наличие коммутирующих элементов в цепи опорного напр жени  и низкое быстродействие, так как при включении или скачке входного напр жени  имеет место переходной процесс, дл щийс  несколько даклов преобразовани .

Известен интегрирующий преобразователь напр жени  малого уровн  в интервал времени , содержащий модул тор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напр жени , интегратор, блок сравнени  и первый ключ, выход которого подключен к выходной щине устройства и второму входу интегратора, и блок управлени , первый и второй входы которого подключены-соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнени , а первый, второй и третий выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющими входами первого 1слюча, модул тора и второго ключа 2.

0

Известный преобразователь обладает невысркой точностью вследствие того, что погрещиость модул тора и нестабильность параметров ключей вли ют на выходную точность, низким быстродействием и не обладает средствами

5 дл  определени  знака измер емого напр жени .

Цель изобретени  - повыщение точности, быстродействи  и расщирение функциональных возможностей преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в интегрирующий преобразователь напр жени  в интервал времени, содержащий модул тор, первый вход которого подключен к входной шине устройства , последовательно соединенные источник опорного напр жени , интегратор, блок сравнени  и первый ключ, выход которого подключен к выходной шине устройства и второму входу интегратора, а также блок управлени , первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнени , а первый, второй и третий выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющими вxoдa ли первого ключа, модул тора и второго ключа, введены второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединен со своим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модул тор, второй интегратор, переключатель, дифференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом источника опорного напр жени , а управл ющий вход переключател  подключен ко второму выходу блока управлени . На фиг. 1 изображена функциональна  электрическа  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие работу преобразовател . В состав преобразовател  вход т модул тор 1, интегратор 2, блок 3 сравнени , источник 4 опорного напр жени , ключи 5 и 6, генератор 7 тактовых импулбсов, блок 8 управлени , допол1штельный интегратор 9, переключатель 10, дифференциальный усилитель 11 и сумматор 12 на резисторах. Выход интегратора 2 соединен с входом блока 3 сравнени , входы блока 8 управлени с выходами блока 3 сравнени  и генератора 7 тактовых импульсов, управл ющие входы ключей 5, 6 и модул тора 1 - с соответствующими выходами блока 8 управлени ; выход сумматора 12 св зан с одним из своих входов через последовательно включенные модул тор 1, дополгштельный интегратор 9, переключатель 10, дифференциальный усилитель Ни ключ 5; выход источника 4 опорного напр жени  соеди ней со вторым входом сумматора 12 и одним из входов интегратора 2, второй вход которо го соединен с первым входом сумматора 12. В момент времени ti ключ 5 разомкнут, мо дул тор, 1 подключает на первый вход дополни тельного интегратора 9 измер емое напр жение Ux , а на второй вход - выходное напр жение сумматора 12, переключатель 10 подключает выход дополнительного интегратора 9 на инвер тирующий вход дифференциального усилител  11 Выходное напр жени  интегратора 9 в момент времени tj равно нулю. К моменту времени t напр жение на выходе интегратора 9 достигает эначеш  V Л M) , где Т - посто нна  времени интегратора 9; К( - коэффициент передачи модул тора 1; (-(- - напр жение на выходе сумматора 12; дрейф интегратора 9, приведенный ко входу. На интервале времени от ti до t2 напр жение на выходе сумматора 12 равно ,. ,, .. )-R-rR В момент времени t2 замыкаетс  ключ 5 и напр жение насыщени  (J усилител  11, имеющее пол рность, противоположную пол рности образцового напр жени  VQ поступает на второй вход сумматора 12, напр жение на выходе которого станет равным .)--. В момент времени i усилитель 11 выйдет из насыщени  и начинает действовать отрицательна  обратна  св зь, охватывающа  через замкнутый ключ 5 и сумматор 12 последовательно включенные модул тор 1, дополнительный интегратор 9, переключатель 10 и дифференциальный усилитель 11. При этом интегрирующее звено, охваченное жесткой отрицательной обратной св зью, образуетс  в апериодическое; звено первого пор дка с посто нной времени , равной - , где К - коэффициент усилени  дифференциального усилител  11. По окончании переходного процесса, дл щегос  весьма короткое врем  (так как посто нна  времени очень мала, вследствие того, что ), на выходе дифференциального усилител  11 устанавливаетс  напр жение обратной св зи UPQ, значение которого таково, что )- ;tfv -:()-0 Из выражений (1) и (2) обща  площадь сигнала на выходе ключа 5 равна vt.-%Hc()4- - Й . или, с учетом того, что t4 - t) т (длительность частного цикла преобразовани ), равна «„((r4) .,,

В следующем частном цикле процесс преобразовани  аналогичеи, происходит лишь переключение модул тора 1 и переключател  Ш, т.е. на вход 1 дополнительного интегратора 9 подаетс  выходное напр жение сумматора 12, а на второй вход - преобразуемое напр же-. 1ше, и выход дополнительного интегратора 9 содинен с неинвертирующим входом дифференциального усилител  11. Очевидно, что площадь сигнала на выходе ключа 5 по окончании второго частного цикла преобразовани  равна

VVt.) - tefla V- s )./,,, V «Л

Импульсы с выхода ключа 5 поступают на второй вход интегратора 2, на первый вход которого посто нно подключено образцовое напр жение UQ . В момент времени tj напр жение на выходе интегратора 2 было равно нулю. К моменту времени ts оно достигает значени 

UH(t3-ta}+Uoc(),

UO

-RiC

,a

. (5}

о

В момент времени t сработает блок 3 сравнени  и по сигналу с блока 8 управлени  замыкаетс  ключ 6 и интегратор 2 находитс  в нулевом состо нии UP, 2(t O,-te()J до поступлени  следующего импульса с выхода ключа 5, когда по сигналу с блока 8 управлени  ключ 6 разомкнетс , разреща  интегрирование интегратору 2.

Из выражени  (5) получаетс 

. UH С г-ЬаН осС-Ь4- в) 9-7 Т

tj : б

Подставл   выражени  (4) и (5) дл  площади сигналов с выхода ключа 5 в частных циклах преобразова1ш , получим

ЛТ Г- 51КЭп-г. (Сз ЙбШтт Г-1

1 0 () ЦАР ()-g7

0 ЛТ - Г- -Ж- (l5lRi)o -г. (. 1т

Vl I/O il.Rfe 7 ()

I/O иАр()Ят,Uo

V

Суммиру  результаты преобразовани  в примыкающих частных циклах, получим

лт-оГ T+liilMl T- l fUo i

Выбир  (),4z- 1. ,)R6

(V4

ЛТ -0 ( , т

получаем

т.е. при Uy U, T в зависимости от пол рности преобразуемого напр жеи1Я длительность импульса на выходе преобразовател  будет

увеличиватьс , или уменьшатьс  пропорционально значению преобразуемого напр жени . Ш точность преобразовани  не вли ет коэффициент передачи Kjyj модул тора 1 и дрейф интегратора 9, что особенно важно при преобразоваНИИ напр жени  милливольтового диапазона. Кроме того, в преобразователе отсутствуют переходные процессы при включении и изменении преобразуемого напр жени , так как он ггредставл ет собой разновидность развертьшающей системы, в которой, как известно, процессы в соседних циклах преобразовани  протекают автономно, независимо друг от друга.

4

25

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Интегрирующий преобразователь напр же1ш  в интервал времени, содержащий модул тор, первый вход которого подключен к входной шине устройства, последовательно соединенные источник опорного напр жени , интегратор, блок сравнени  и первый ключ, выход которого подключен к выходной щине устройства

   и второму входу интегратора, а также блок управлени , первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов и блока сравнени , а первый, второй и третий выходы блока управлени  соединены соответственно с управл ющими входами первого ключа, модул тора и второго ключа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , быстродействи  и расширени  функциональныхвозможностей , в него введень второй интегратор, переключатель и сумматор, причем выход сумматора соединеи со своим первым входом и третьим входом интегратора через последовательно соединенные модул тор , второй интегратор, переключатель, дафференциальный усилитель и второй ключ, второй вход сумматора соединен с выходом опорного напр жени , а управл ющий вход переключател  подключен ко второму выходу блока управлени .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Ев анов 10. Н., Харчешсо Р. Р. Линейные измерительные преобразователи посто нного 7 напр жени  в частоту и длительность импульсов с импульсной обратной св зью. - Автометр  , 1966, N 1. 8180068
2. 2. Март шин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров дл  систем коитрол  и измерений. М., Энерги , 1976, с. 6567 (прототип)-.