Функциональный преобразователь
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 G 7/26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!
I !
М
C (21) 4811456/24 (22) 09.04.90 (46) 23,09.92. Бюл. ¹ 35 (71) Киевский политехнический институт им.
50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) И, Ю. Сергеев, М. Ю, Парамонов, Ю.А,Двораковский и А,С.Юссеф (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 905878, кл, G 01 R 27/26, 1980, Авторское свидетельство СССР
N - 679997, кл. G 06 G 7/26,1977.
», Ы, 1764064 А1 (54) ФУНКЦИОНАЛЬН61Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении систем автоматизированного контроля. Функциональный преобразователь содержит источник опорного напряжения 1, запоминающие конденсаторы 4, 9, операционный усилитель 5, интегрирующий конденсатор 10, блок выборки-хранения 6, шесть ключей 2, 3, 7, 8, 12, 13, блок синхронизации 11. Изобретение обладает высокой точностью за счет устранения погрешности, обусловленной наличием напряжения смещения операционного усилителя, 2 ил.
1764064
Овых =
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при построении систем автоматизированного контроля.
Известны функциональные преобразователи, используемые в измерительной технике (например, авт,св, СССР N. 864185, кл.
G 01 R 27/26, 1981; N 894856, кл. Н 03 К
13/02, 1981; ¹ 679997, кл, G 06 G 7/26, 1979), Устройства по авт,св, № 864185, 894856 содержат источник опорного напряжения, ключи, интегратор. блок выборки-хранения, устройство управления.
Устройство по авт.св. ¹ 894856 преобразует разность электрических емкостей двух конденсаторов в код и в широтно-модулированный сигнал. В устройстве по авт,св, ¹ 864185 осуществляется допусковый контроль емкости конденсаторов за счет сравнения с образцовыми конденсаторами. Все указанные устройства в процессе преобразования входных величин в выходные реализуют интеративно-интегрирующий метод преобразования, благодаря чему при относительной простоте и невысоких требованиях к параметрам большинства входящих в их состав блоков они обладают довольно высокой точностью преобразования, Однако их общим недостатком является инструментальная погрешность, возникающая из-за напряжения смещения на входе операционного усилителя.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство по авт.св, № 679997, содержащее интегратор, ключи, блок выборки-хранения, источник эталонного напряжения, блок управления, накопительные конденсаторы.
Устройство представляет собой функциональный преобразователь, осуществляющий преобразование произведения отношения емкостей двух конденсаторов и отношения двух зависящих от параметров входных широтно-импульсно-модулированных сигналов экспоненциальных членов в напряжение постоянного тока, Данное устройство, как и описанные. выше, реализует интеративно-интегрирующий метод преобразования, что обеспечивает ему при сравнительной простоте аппаратурной реализации достаточно высокую точность преобразования. Однако напряжение смещения на входе оперативного усилителя вносит погрешность в функцию преобразования, Так, выходное напряжение преобразователя после первого цикла составляет
0вых С +UHH(1 — l, Кп С10
С1 С1 где Ео — напряжение источника опорного напряжения;
Uc — напряжение смещения на входе операционного усилителя;
Cg и С1 — емкости конденсаторов 9 и 1;
Кп — коэффициент передачи схемы выборки-хранения;
Ug — напряжение на выходе преобразователя до начала работы;
С10 — емкость конденсатора 10.
После окончания и-го цикла
Ь+UcM ЬКп y"
0выхп
С1
j=1
Кп С10у-1 + > 1 Кп С10р
С1 С1
В результате выходное напряжение преобразователя определяется выражением
С10
Таким образом, функция преобразования зависит от напряжения смещения на входе операционного усилителя, что является недостатком.
Цель изобретения — повышение точности преобразования за счет устранения погрешности, обусловленной наличием напряжения смещения операционного усилителя.
На фиг,1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— временная диаграмма работы блока синхронизации.
Функциональный преобразователь содержит включенные последовательно источник опорного напряжения 1, ключи 2 и 3, запоминающий конденсатор 4, подключенный первой обкладкой к ключам 2 и 3, включенные поСледовательно операционный усилитель 5, неинвертирующий вход которого подключен к общей шине устройства, блок выборки-хранения 6, выход которого подключен к выходу устройства, ключи 7 и
8, запоминающий конденсатор 9, подключенный первой обкладкой к ключам 7 и 8, интегрирующий конденсатор 10, подключенный первой обкладкой к инвертирующему входу операционного усилителя 5, и блок синхронизации 11, подключенный выходом
Ф1 к управляющим входам ключей 3 и 8, выходом Ф2 — к управляющему входу ключа
2, выходом Ф3 — к управляющему входу ключа 7, а выходом Ф4 — к входу управления блока выборки-хранения, ключ 12, подключенный к инвертирующему входу и выходу операционного усилителя 5, а также к второй обкладке конденсатора 9 и выходу Ф1 блока 11, и ключ 13, подключенный к выходу
1764064 операционного усилителя 5, второй обкладке конденсатора 10 и выходу Ф1 блока 11, причем вторые обкладки конденсаторов 4 и
9 подключены к инвертирующему входу операционного усилителя 5, а ключи 3 и 8 подключены к общей шине устройства.
Функциональный преобразователь работает циклично. B каждом цикле блок 11 в соответствии с фиг,2 формирует четыре управляющих сигнала Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4. По сигналу Ф1 ключи 3, 8 и 12 замыкаются, а ключ 13 размыкается, По сигналу Ф2 замыкается ключ 2, а по сигналу ФЗ замыкается ключ 7. По сигналу Ф4 замыкается ключ блока 6 выборки-хранения — осуществляется выборка и запоминание выходного напряжения операционного усилителя 5 блоком выборки-хранения 6, Таким образом, конденсатор 4 сначала заряжается до напряжения UoM, а затем перезаряжается до напряжения Ео — 0см. В результате перезаряд связан с изменением заряда, равного
ЕоС4, где С4 — емкость конденсатора 4, и не зависит от 0см. Этот заряд передается на конденсатор 10. Аналогично конденсатор 9 предварительно заряжается до напряжения
0см, а затем перезаряжается до напряжения UBblx — 0см. При этом на конденсатор 10 передается заряд, равный 0выхСв, не зависящий от 0см, Пусть перед началом первого из рассматриваемых циклов выходное напряжение блока выборки-хранения 6 равно UH, а управляющие сигналы Ф1, Ф2 и ФЗ имеют длительность, достаточную для полного заряда и разряда конденсаторов 4 и 9. B первом цикле работы после подачи управляющего сигнала Ф1 операционный усилитель 5 превращается в повторитель напряжения, а конденсаторы 4 и 9 заряжаются до уровня напряжения смещения операционного усилителя 5, ключ 13 размыкается и препятствует разряду конденсатора 10, По сигналу Ф2 перезаряжается конденсатор 4, в результате чего конденсатору 10 сообщается заряд С4Ео, По сигналу
ФЗ перезаряжается конденсатор 9, в результате чего конденсатору 10 сообщается заряд С90вых. По сигналу Ф4 осуществляется выборка выходного напряжения операционного усилителя 5 с последующей подачей этого напряжения на выход устройства. В результате после окончания цикла выходное напряжение блока выборки-хранения 6 станет равным
ЕоСх+0 0нСэ ЕоСх+0
+ 0н0
Сп Сп Сп где Сх и C> — емкость конденсаторов 4 и 9 соответственно;
Сп — емкость конденсатора 10;
Q=1 — —..
Сэ
Сп
После окончания второго цикла
Ео Сх +0 01 Сэ
02 = +01
Сп Сп
Ео Ñõ Сх (1+Q)+U.Q2, Сп
После окончания и-ro цикла
QI-1 U Q
Сп
Последнее выражение состоит из двух слагаемых, первое из которых является геомет15 рической прогрессией со знаменателем прогрессии, равным Q, сходящейся при выполнении условия IQI < 1. 0 убывает по модулю при выполнении этого же условия и при и — со члена 0п0". Используя формулу
2р для определения суммы бесконечного числа членов геометрической прогрессии, можно определить выходное напряжение блока выборки-хранения 6 в установившемся режиме в следующем виде:
25 Ео Сх 1 Е Сх
Сп 1 — Q Сэ
Блок синхронизации представляет собой включенные последовательно генератор. счетчик и дешифратор.
30 Следует обратить внимание, что функция преобразования данного устройства не зависит от напряжения смещения операционного усилителя 5, что позволяет осуществить преобразование с более высокой
35 точностью. Так, к примеру, если в устройстве употреблен операционный усилитель типа 544УД2А, имеющий дрейф напряжения смещения, равный ТК0см = 50 мкВ/ С, то при входном напряжении Ео = 0,1 В и при
40 изменении температуры на 10 С это привело бы к погрешности, равной (Ео + 0см) С4 = — (-0вых + 0см) СВ, С4 С4
0вых = Eo — + 2 0см —, Сэ Cs
45 1 абсолютная погрешность
У
20.мат 100,, 2 50.10 10
5р х100=1 4
Изобретение позволяет повысить точность преобразования. Благодаря повышению точности предлагаемый преобразователь может быть использован в высокоточных преобразователях емкости или отношения двух емкостей в напряжение.
Формула изобретения
Функциональный преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, 1764064
Составитель Л.Снимщикова
Редактор Г.Бельская Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий
Заказ 3458 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственйо-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
°
4 /
Ф четыре ключа, блок выборки-хранения, выход которого является выходом преобразователя, операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя, два запоминающих и интегрирующий конденсаторы, блок синхронизации, источник опорного напряжения соединен через первый ключ с первой обкладкой первого запоминающего конденсатора, которая подключена к первому выводу второго ключа, инвертирующий вход операционного усилителя соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход соединен с входом блока выборки-хранения, выход которого является выходом преобразователя и через третий ключ соединен с первой обкладкой второго запоминающего конденсатора и первым выводом четвертого ключа, управляющие входы первого, второго, третьего ключей и блока выборки-хранения соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, отличающийся
5 тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены пятый и шестой ключи, управляющие входы которых соединены соответственно с управляющими входами второго и четвертого ключей, 10 инвертирующий вход операционного усилителя соединен с вторыми обкладками первого и второго запоминающих конденсаторов и через пятый ключ — с выходом операционного усилителя, выход которого через шес15 той ключ соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора, вторые выводы второго и четвертого ключей соединены с общей шиной преобразователя.
