Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код
Изобретение позволяет повысить точность измерения деформации, давления, силы, температуры и других, неэлектрических величин за счет исключения из результата измерения аддитивной погрешности, обусловленной наличием на выходе тензомоста синфазного сигнала. Повышение точности достигается за счет того, что измерение дифференциального выходного сигнала тензомоста производится за два последовательных цикла, которые отличаются между собой полярностью напряжения питания тензомоста, причем в первом цикле измерения к шине "земля" через первый ключ подключается первая вершина диагонали питания тензомоста, во втором цикле первый ключ заперт и к шине "земля" через второй ключ подключается вторая вершина диагонали питания тензомоста. Смену полярности напряжения питания осуществляет переключатель полярности. Результат измерения, равный полуразности результатов двух циклов преобразования, формируется в арифметико-логическом устройстве при помощи дифференциального предусилителя, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти. Формирование пяти команд управления работой преобразователя производит блок управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
(51) 4 Н 03 М 1/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ф « .„
$!/ <. gô " д".-, - со««««<сти<ес«<«< <ф, - РЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ П<НТ СССР (21) 4107861/24-24 (22) 23.06.86 (46) 15.08.89. Бюл. Н 30 (7?) Ю.П.Мирюк и Ю.Л.Полунов (53) 681.325 (088.8) (56) Заявка ФРГ !! ?803639, кл. Г 01 R 19/26, 1978. Авторское свидетельство СССР N 639140, кл. Н 03 M 1/12, 1978. (54) IIPEObPA30ÂATÅËÜ НВЭЛЕКТРИЧВСКИХ ВЕЛИЧИН В Ц!!ФРОВО!1 КОД (57) Изобретение позволяет повысить точность измерения деформации, давления, силы, температуры и других неэлектрических величин эа счет исключения из результата измерения аддитивной погрешности, обусловленной наличием на выходе тейэомоста синфлзного сигнала, Повышение точности достигается зл счет того, что измерение дифферЕнцилльного выходИзобретение относится к измерительной технике, а именно к тензометрическжч цр<обр,<зовлтелям неэлектрических величин, и может быть использовано в лицлрлтуре широкого применения. Цель изобретения — повышение точности Нл фиг. 1 прин< д< нл блок-схема устройства, на фиг.2 — блок управления, нл фиг.3 — лилгрлмма работы блока упрлвления. Преобразователь лержит тензо- мост 1, источник ? < Tëøtÿ, разнопо„„80„„1501266 А 1 ного сигнала тензомогтл производится зл два последовательных цикла, которые отличаются между гобой полярностью напряжения питания тенэомосTR причем в первом цикле измерения к шине Земля через первый ключ подключается первая вершина диагонали питания тенэомоста, Вп втором цикле первый ключ заперт и к шине нЗемля через второй ключ подключается вторая вершина диагонали питания тенэомоста. Смену полярности напряжения питания осуществляет переключатель полярности. Результат измерения, равный полураэности результатов двух циклов преобрлзования, формируется в арифметико-логическом устройстве при помощи дифференциального предусилителя, аналого-цифрового преобразователя и блока памяти. Формирование пяти команд управления работой преобрлзовлтеля производит блок управления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. лярные выходы которого соединены с входами переключателя 3 полярности, t выходы которого соединены с разноименными вершинами диагонали питания тензомоста 1, к которым также подключены соответственно вход первого ключа 4 и вход второго ключа 5, выход тенэомостл 1 соединен через дифференциальный предусилитель 6 с выходом аналого-цифрового преобразователя 7, выход кот <рого подключен к входу блока 8 плмчтн и первому входу арифметик< -логнч<. ь го устройства 9, второй вх д ь т<рого сое45 ослабления синфазного сигнала дифференциального предусилителя 6 со- 55 ответственно. Суммарный выходной сигнал тензомоста 1 U = U >+ d,1 усиливается дифференциальным прсдз 15012 динен с выходом блока 8 памяти, блок 10 управления, имеющий выходы 12-16, элемент 11 НЕ. Блок управления содержит генератор 17 импульсов, счетчик 18, три триггера 19-21 Шмитта. с дифференцирующими цепями на входе, два инвертора 22-23, элемент 24 ИЛИ и элементы И 25-26. 1О Преобразователь работает следующим образом. Измерение сигнала тензомоста 1 производится за два последовательных цикла. В течение первого цикла 15 измерения переключатель 3 полярности, назначение которого состоит в переключении полярности питающего тензомост 1 напряжения, подключает диагональ питания тензомоста 1 к выходам источника 2 питания с полярностью питающего тензомост 1 напряжения соответствующей высокому уровню управляющего сигнала с выхода 13 блока 1О управления. Ключ 4 при наличии от блока 10 управления сигнала с выхода 12 подключает одну иэ вершин диагонали питания тенэомоста 1 к шине "Земля", а ключ 5, управляемый инверсным сигналом с выхода 30 12, будет заперт. Дифференциальный сигнал, снимаемый с выхода тензомоста 1, пропорционален измеряемому параметру и равен U +U„ Ê, где UA, К вЂ” напряжение питания и рабочий 35 3 коэффициент передачи тензомоста 1 соответственно, В этом случае дифференциальный и синфаэный выходные сигналы тензомоста 1 однополярны. Тогда для выходного синфазного сиг- 40 нала тензомоста 1 справедливо dR П =+0 5U (1-" — ) СР1 R о dR где — — — относительное изменение Ro сопротивления плеч тензомоста 1. Воздействие выходного синфазного сигнала тензомоста 1 равносильно появлению на входе дифференциального 5р предусилителя 6 аддитивной погрешности Ь,<р = ц4р, /Ко, где Ко коэффициент усиления и коэффициент 6Ь усилителем 6 и поступает на вход анацого-цифрового преобразователя 7, который преобразует усиленный сигнал в цифровой код N„, который поступает одновременно на входы блока 8 памяти и арифметико-логического устройства 9. cQ U 4 hU +Ь где KU — приведенная суммарная ве)! личин а др ейфа диффе р ен циального предусилителя 6 и аналого-цифрового преобразователя 7. Блок 10 управления сигналом с выхода 15 производит запись результата аналого-цифрового преобразования в блок 8 памяти для фиксации И, в течение последующего цикла преобразования. Таким образом, по окончании первого цикла измерения блок 8 памяти фиксирует результат аналого-цифрового преобразования в виде кода N<, соответствующего U + hUg +Ь ср, В течение второго цикла измерения переключатель 3 полярности при наличии низкого уровня управляюшего,сигнала на выходе 13 блока 10 управления осуществляет изменение полярности питающего тенэомост 1 напряжения. Управляющий сигнал низкого уровня, формируемый блоком 10 управления на выходе 12, запирает ключ 4 и соответственно открывает через элемент НЕ ключ 5, тем самым подключая к шине "Земля вторую из вершин диагонали питания тензомсста 1. Дифференциальный сигнал, снимаемый с выхода тензомоста 1, в этом случае будет равен П = -ПпК = -U>>, полярность синфазного сигнала вследствие переключения вершин диагонали питания тензомоста 1 к шине "Земля" остается 1 й, = 05П <1 ЬК > Суммарный выходной сигнал тензомосUg = Ug(y + d сiр усиливаеTcH дифференциальным предусилителем 6, преобразуется аналого-цифровым преобразователем 7 в цифровой код N u поступает на вход блока 8 памяти и первый вход арифметико-логического устройства 9 N c/) « р + ЬП + Таким оГ>разам ио окс нчлнии лнллаго-цифрового преог1рлз с1г1лния в конце второго цикла нл иергии1 вход лрифметико-логического устройства 9 поступает цифровой код N<, а на второй вход — с выхода бпокл 8 памяти зафиксированный по окончании первого цикла преобразования цифровой код N< . По управляющему сигналу 16 от блока 10 управления арифметика-логическое устройство 9 производит вычисление результата измерения по алгоритму Np=0,5(N, — N) N!n П, + P 5(У1, — gU ) + + 0,5(Ьс, — с, ) Вследствие того, что величина дрейфа дифференциального предусилителя 6 и аналого-цифрового преобразователя 7 не зависит от полярности напряжения питания тензомоста 1, а 58 при условии, что -- ((1, следует о Отсюда результат вычисления арифметика-логического устройства 9 N can>+ пропорционален измеряемому параметру, а величины b,04 и 6, характеризующие дрейф дифферен1р1лльного предусилителя 6 и аналого — цифрового преобразователя 7, а также аддитивную погрешность измерения, обусловленную воздействием на вход дифференциального предусилителя 6 синфазного вьгходного сигнала теизомоста 1, полностью исключаются из результата измерения. Запуск аналого-цифрового преобразователя 7 в начале каждого цикла измерения осуществляет блок 10 управления сигналом на выходе 14. Результат измерения Мр формируется на выходе арифметика-логического устройства 9 и сохраняется в течение последующих двух циклов измерения. Блок 10 управления формирует импульсы управления работой преобразовате:IR неэпектрических величин в цифровой код в соответствии с временной дилгрлммсй 1 фиг.3): 12 — управление к;1ючлми 4, 5; 13 — управление иерекпючлтеп .и полярности 3; 14 — запуск all;l I(гс — llliApoBoI преобразс1нлтепя 7; 15 — исрс запись R блок 01266 6 8 памяти; 16 — уирлвление арифметика-логического vc тр1йствл 9, Счетчик 8 ис1дклк ченн1,1й счетным 5 входом к выходу генераторл 17 импульсов, иредназнлчен для получения управляющих сигналов 12 и 13, длительность которых определяется временем преобраз звания аналогоцифрового преобразователя 7. Посредством триггеров 19 и 20 Имитта и элемента 21 !1!!И осуществляется формирование нл фронтах сигналов ! 2 и 13 коротких импульсов, из которых с помощью элементов 25, 26 И и инвертора 22 выделяются сигналы 15 и 16, л с помощью инвертора 23 и триггера 21 ймиттл осуществляется формирование сигнала 14. Формула изобретения 1. Преобразователь неэлектрических величин в цифровой код, содержащий источник питания, разнополярные выходь1 которого через переключатель полярности соединены с вершинами диагонали питания тензомоста, вершины измерительной дилгонали которого соединены с соответствующими входами дифференциального иредусилителя, выход которого подключен к информационному входу аналого-ц11фрового преобразователя, управ.11янщий вход которо35 га соединен с первым выходам блока управления, а выхсды подключены к первому информационному входу арифметического устройства, выходы которого являются вк1ходной шиной, а 40 управляющие входы исреключ лярности и арифметического устройства соединеHû соотHåTãтненно с вторым и третьим выхоплми блс1кл управления, о т л и ч а н1 ш и и г я тем, что, с 45 целью повышения точности в него ввеУ лены два ключ:1, блок илмяти и элемент НЕ, вход которого с Гьед1гнен с управляющим входом первого ключа и подключен к четвертому выходу блока управленияия, выход с аеди ll ен с управляющим входом второго Këíl÷à, информационные входь1 первого и вrnpir i ключей соединены соответстненнс с выходами переключателя полярности, вьгхады подключены к общей ии1не. л выходы аналого-цифравога преобразователя через блок памяти < аед11нены с вторым информационным вхсдс м лрифметическсго устройства, уг1рл 11ляк1щий вход 1 ) (11 2 () () 10 7f34i$AF 1б Составитель H. Êo лов Техред fl, 0<11«1«к<к Редактор Н, ор»ат Коррех тор М. Васич(ье ва Заказ 4890/5 > Тираж 88 < Подписное В!1ИИ101 Гi гy«;>i><"ãf)<. нного комитета lfo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11 103 >, Москва, k-.», Раушская «аб., д. 4/5 (1роиэ вол; т!:r «! 6J1()Kа памяти ffoJIK
2. ИреобраэоватvJII ио и.1, о т л и )I л ю <<(и <1 с я то>1 ° что 6!<ок управления ныло.<не>f на трех триггерах Шмитта, двух и«иерт<>рах, двух элементах И,:I 11!митта, первому входу первого )деме«та И и через первы<1 и«вертор к перному «холу вт<)рого эл< мента И и входу нт. рог<) три< гера Шмитта,выход которого r<)(jlfIllt r lIPpf3f IM входом элемента И.1!И, нт<)!)<)« Ях«д K<)T<)p(>1 Î иод<ключе« к вы х<>ду ff(1)ff()ãî триггера Шмитта, а выход rnrf! If«< «г. вторыми входами первого и нт< рого элементов И и через второй иннертор г входом третьего григггра 1)!митта> выход которого является первым выходом блока, выходы первого и второго элементов И являютrfI гоответ(твенно третьим и пятым выходами блока.
