Интегрирующий преобразователь постоянного напряжения в код

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в универсальных цифровых вольтметрах для преобразования постоянного напряжения в код. Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком диапазоне рабочих температур. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий интегратор, выполненный на усилителе 3, резисторе 1 и конденсаторе 2, блок 7 управления, блок 10 измерения и вычитания интервалов времени, компаратор 8, источник 9 опорного напряжения, ключи 13, 14, 4, 6, 11, введены усилитель 15, повторитель 16 напряжения и ключи 5, 12. Благодаря наличию усилителя 15, повторителя 16 напряжения, системы ключей 4 - 6, 11 - 14 и совокупности связей между всеми перечисленными блоками в преобразователе обеспечивается алгоритм работы, повышающий точность преобразования в широком диапазоне температур. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Г Dh>3 t,Of3(1 Г.KИX сО1!и Алис тиче ских

РЕСПУБЛИК (Я) Н 03 M 1!52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1Ри Гкнт сссР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г 2l go )5

) (, ь (21) 4488951 /24 (22) 03.10.88 (46) 23.08.91, бюл. N 31 (72) Ф,M.Màöêóë и В.А.Янкович (53) 681.325(088,8) (56) Прянишников В,А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока.—

Л.: Энергия, 1976, с. 46.

Авторское свидетельство СССР

¹ 764120, Кп. Н 03 М 1/52, 1980. (54) VII1TF1 РИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В

КОД (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в универсальных цифровых вольтметрах для преобразования постоянно1о напряжения в. Ж 1672565 А1 код. Изобретение позволит повысить точность преобразования в широком диапазоне рабочих температур. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий интегратор, выполненный на усилителе 3, резисторе 1 и конденсаторе 2. блок 7 управления, блок 10 измерения и вычитания интервалов времени. компаратор 8, источник

9 опорного напряжения, ключи 13, 14, 4, 6, 11, введены усилитель 15, повторитель 16 напряжения и ключи 5. 12. Благодаря наличию усилителя 15, повторителя 16 напряжения, системы ключей 4 — 6, 11 — 14 и совокупности связей между всеми перечисленными блоками в преобразователе обеспечивается алгоритм работы, повышающий точность преобразования в широком диапазоне температур. 2 э и. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1672 . !)5

Изобретение о(но(:и!ся к измерительtIi)l I i. IIL1t р L1 может быт ь исfIOльзовэнп и ри ()Ос) ро(>ltl)L1 цифровых Вольтметров для жеt:ii:их условий эксплуатации, 1(! ihI0 изобретения является повыше;(ив точности преобразования в широком диапазоне рабочих температур.

Нэ фи(. 1 приведена функциональная схема ус(ройства: на фиг. 2 — функциональная схема блока управления; на фиг, 3Времг нные диаграммы, поясняющие работу устройства и блока управления.

Угтроиство (фиг. 1) содержит интегратор, Выполненный на резисторе 1, конден(.Вторе 2 и усилителе 3. ключи 4-6, блок 7 управления, компаратор 8, источник 9 onopii0ro напряжения, блок 10 измерения и вы«1Т; (ия (!н гор()алов Bpi)мени, ключи 11--14, усилит(.fl!, 15, повfîp(1)åëh 16 напряжения, (()неpэ)01> 17 импульса, элемен(И 18 и реВ(ч (:иьч)ый ")етчик 19. Резисторы 20 и 21. !

«;.t.! fIt()«Bre3I 22 и операционныи усили; ..!lh 23 обр()зу)от усилитель 15, Ь()ок управления (фиг 2) содержит триг((зры 24 (125 эл(л)вн BI И 26 — 28 триггер 29 генератор 30 импульсов, триггер 31, элемент НЕ 32, Нэ Временной диаграмме (фиг. 3) обозна !Оно: à си; I!an нэ Входе преобразователя б сигнал нэ Выходе (енерэтора 30, В си(нэл на ВгОрОм выходе блока 7; г сигнал

ii;I TpеI how Выходе блока 7; д — сигнал на первом выходе блока 7: e - сигнал на седьмом B -tходе блока,, ж сигнал на чет Вертом ((, ()д» блока 7, з cLI(IIBn на пятом Выходе

i ()гк;1 7; и сигнал нэ шестом выходе блока к i I1(li lt3 ня выхОде комп )ратОрэ Я; л си IIB(I tlà Вых де интеipBTîpà: м - номt ро (актов пресбразовэнич.

И )тегрирующий преобразователь напр(I!) BIIL)tz код рэбп)эеT следующил1 обра

) \,"

t:,лпк 7 управления. инициируемый сигнэ.шми (енерэтора 30(фи!. Зб), полный цикл

ПРЕО(Р,))OB;)НИЯ РЭЗДЕЛЯЕт На ШЕСТЬ таКтов (<1 и! 3)лj Г() . IОяiièå ключей для полного цикла rip(.Об!)эзо()ан)!я B случае когда сразу

;)о ле с (!I:ч tI»II абра (но(о инте р(!ровэния начин,)е(ся следующий )акт прямого интег-!

)и!) >t)э!»я, пр(1!)Одt .Iic в таблице, В когорой

3!лак!)м 0((33 н -).It но состОяние О! KphlTO(О

|3,;)i- I) i:)r0) ),л)очэ 3tt:)i(0 " " Обозначено

-Ос)(, )!Itl, 3;Il ры! (О (рэзомкнутог(.) .;л!оча (>к1 ОЭ КЛК! !Вй ilr)l1(t(.Деl!hl В СООтВЕ>СтВИИ С ()01;,, р()Г1и, у), !3))(!iIь! 1и Ii;) фиг. 1. э r)ptzì(.н

tII.,! F"tL1;>, p;,!. !. (,i уf)();) f) lt .Нпл кл)0 IBt.ILI Ha BLI Ц:) л б t I t К ), у p.; В/ (- . I I L1 t) П р )И (), .. F I i Ы Н Э

Зв (1

8 rI cpi,(it! T;; i; It, 3 i !i!Oil III II! (и . IBFI U() с

lIb IO !0 ) . !.il(: ()! Н )f)PB! ((()Н(!Ч tt >03 I)0 втори!ель 16 напряжения и открытый ключ

5 подэетс.ч нэ резистор 1. При этом неинвер тирующий вход усилителя 3 через открытый ключ 12 соединен с общей шиной. а в тече5 ние ин)ервалов времени T происходит прямое интегрирование эталонного сигнала в соответствии с выражением

U0 1 Осм.!) + 1-)см.и

Т = С)), (1) п1 + RK5

10 где U«1) напряжение смещения повторителя 16 напряжения: (>см, — напряжение смещения усилителя 3 интегратора;

R I -- сопротивление резистора 1;

15 Рк5- сопротивление открытого ключа 5;

0) -- заряд, HBKoilflpííûé в первом такте на конденсаторе 2

Во втором такте входной сигнал U< (фиг. Зэ) через открытый ключ 13, усилитель

20 15 и открытый ключ 6 подается нэ резистор 1. Так кэк ключ 12 остается открытым, то в течение интервала времени Т происходит прямое интегрирование входного сигнала в соответствии с выражением

Ux + UcMI5 + Ucv u

Г =Qz, (2)

R) + г(кг) где г(кв — сопротивление открытого ключа 6;

Qz — заряд, накопленный во втором такте на конденсаторе 2; (1см)5 НаПряжЕНИЕ СМЕШЕНИЯ уСИЛИтЕля 15.

В третьем такте э)алонный сигнал с источника 9 опорного напряжения через открытый ключ 11 подается на неинвертирующий вход усилителя 3, которым передается на инвертирующии вход, и через резистор 1 и открытый ключ 4 происходит обра) ное ин гегрировэние (разряд конденсатора 2) эталонныл", сигналом в течение интервала времени (), которое фиксируется кол1паратором 8 (фиг. Зк), в соответствии с

ВЫ РЭ)КЕНИЕМ

Uct 1-)см и (3)

1 г(к) где Кк4 сопротивление открытого ключа 4; ((3 -- Cl) (,)3 — заряд, накопленный в перВоМ и втором так) ах на конденсаторе 2.

Б течение ингервала (1 времени одновременно с обрэтныл1 интегрированием

50 рэзрешае>ся про. 0)tд()ние импульсов с генепэтора 17 через элел)ент И 18 на вход реверсивного сче.чика 19 в котором в реЗу IhTBT t. Нэ КОИ ЛС I 1Я Числс3 И!1Г )уllbCOB ИНТррВап гремени преобразуется В код и запоминается со знэком - .

Р четвергом )B tте преобразователь оа6()f BPT энdëоги н3 пврВÎму та гу и за Время т, кта на конд(-.н(;!Topp 2 накапливается заряд

1672565

0a = Ql. (4)

В пятом такте напряжение смещения усилителя 15 через открытый ключ б подается на резистор 1. При этом ключ 12 открыт и происходит прямое интегрирование напряжения смещения усилителя 15 в течение интервала времени Т в соответствии с выражением

Uc .le + Ucì» . т 0 (5)

Rl + кб где Оь — заряд, накопленный на конденсаторе 2 в пятом такте.

В шестом такте преобразователь работает аналогично, как и в третьем такте, при этом происходит обратное интегрирование (разряд конденсатора 2) заряда Qe, накопленного в четвертом и пятом тактах, в течение интервала времени в соответствии с выражением

Uo + Ucv»

R1 + RK4 где

Qe = 0>+ 05. (7)

Одновременно с обратным интегрированием в шестом такте с шестого выхода блока 7 (фиг. Зи) на реверсивный счетчик 19 подается сигнал вычитания, и в течение интервала tz времени происходит обратный счет, В результате на выходах счетчика 19 образуется код разности интервалов времени tl u tz. Сигнал Об окон ании вычитания подается с третьего выхода (фиг, Зг) блока 7 через блок 10 на выход преобразователя.

Числовой код разности соответствует разности выражений (3) и(7): 0э — Съ --(0l + Qz)— (04 >- 0 = С учетом выражения (6) 0э — Qe=

= 0z — 05. После подстановки выражений (4). (8), (2) и (7) в последнее равенс1во и преобразования Относительно Ux для R>,g =- R>,e получим

Т Т

Из выражения (8) видно, что напряжение смещения усилителя 3 интегратора не входит в аддитивную погрешность нуля преобразователя, так как при уменьшении входного напряжения Ux уменьшается пропорционально разность (t) 12)> что пропор ционально уменьшает и влияние указанного напряжения смещения (при нулевом входном сигнале tl = tz и погрешность эа счет

>лспо.и равна нулю), а напряжения смещения усилителя 15 и повторителя 1б не входят в окончательное выражение (8) преобразования в результате ноеого алгоритма работы, что снижает погреш»ость преобразования.

При работе преобраэова.еля нагрузкой входному и эталонному сигналам являются входы усилителей. которые Обеспечивают

20 высокое входное сопротивление по цепям указанных сигналов, что повышает точность преобразования.

Следует отметить, что благодаря новому алгоритму работы, обеспеченному вновь введенными узлами и связями, компаратор работает всегда при одном и том же уровне срабатывания и при одних и тех же направлении и скорости изменения напряжения на его входе, Так как за цикл преобразования используется два аналогичных срабатывания с вычитанием информаций, полученных при первом и втором срабатывании, то к компаратору предъявляется требование лишь кратковременной (на цикл преобразования) стабильности уровня и задержки срабатывания, что упрощает устройство компаратора и обеспечивает увеличение точности преобразования в широком диапазоне температур. Таким образом, преобразователь обладает более высокой точностью в широком диапазоне температур, упрощены устройство и работа преобразователя.

25 Формула изобретения

1. Интегрирующий преобразователь постоянного напряжения в код, содержащий источник опорного напряжения и интегратор, первый вход которого соединен с выхо30 дами первого, второго и третьего ключей, информационный вход че; вертого ключа является входной шиной, пятый ключ, информационный вход которого является шиной нулевого потенциала. а выход объединен с

35 выходом четвертого ключа, управляющие входы ключей соединены соответственно с первым — пятым выходами блока управления, выход интегратора через компаратор соединен с входом блока управления, блок

40 измерения и вычитания интервалов времени, выходы которого являются выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования в широком диапазоне рабочих температур, в

45 него введены усилитель, повторитель напряжения, шестой и седьмой ключи, выход последнего объединен с выходом шестого ключа и соединен с вторым входом интегратора, управляющий вход шестого ключа объ50 единен с управляющим входом второго ключа и первым входом блока измерения и вычитания интервалов времени, второй вход которого объединен с управляющим входом третьего ключа, а третий вход соеди55 нен с шестым выходом блока управления, седьмой выход которого соединен с управляющим входом седьмого ключа, информационный вход которого является шиной нулевого потенциала, информационный вход третьего ключа через повторитель на1672565

Номер ключа

11 пряжения обьединен с информационным входом шестого ключа и соединен с выходом источника опорного напряжения, а информационный вход первого ключа через усилитель соединен с выходом четвертого 5 ключа, информационный вход второго ключа является шиной нулевого потенциала.

2. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления выполнен на четырех триггерах, трех элементах И, 10 элементе HE и генераторе импульсов, выход которого соединен с входом первого триггера, инверсный выход которого соединен с входом второго триггера и первым входом первого элемента И, прямой выход 15 первого триггера соединен с первым входом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов И и вход третьего триггера объединены и соединены с прямым выходом второго триггера, инверсный 20 выход которого соединен с тактовым входом четвертого триггера, вход установки которого является входом блока, инверсный и прямой выходы четвертого триггера являются соответственно седьмым и вторым выходами блока, инверсный выход третьего триггера соединен с первым входом третьего элемента И и является шестым выходом блока, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого элемента И, который является первым выходом блока, выход второго элемента И является третьим выходом блока, выход третьего элемента И соединен с входом элемента HE и является четвертым выходом блока, выход элемента НЕ является пятым выходом блока.

3. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок измерения и вычитания интервалов времени выполнен на генераторе импульсов, элементе И и реверсивном счетчике, выходы которого и второй вход блока являются соответствующими выходами блока, вход сложение-вычитание является третьим входом блока, тактовый вход соединен с выходом элемента И, первый вход которого является первым входом блока, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов.

1672565

Корректор Т.Малец

Редактор 8.Петраш

Заказ 2846 Тираж 443 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель А.1итов

Техред М.Моргентал