Устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код

 

!! 1! 48 I I30

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 30.08.73 (21) 1957237/26-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.75. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 26.12.75 (51) М. Кл. Н 03k 13/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР

<о делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088.8) (72) Автор изобретения

А. И. Петров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

РЕЗИСТИВНЪ|Х ДАТЧИКОВ В ЦИФРОВОЙ КОД

Изобретение относится к области импульсной техники.

Известно устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивным датчиком в одном из плечей, источник питания мостовой измерительной цепи, источник опорного напряжения, нуль-орган, цифровой параллельный делитель, логический блок управления, регистр памяти и цепь перезаписи. Выход источника опорного напряжения соединен со входами источника питания мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делителя, выходы которого соединены со входом полумоста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нуль-органа подключены к логическому блоку управления, первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делителя и через регистр памяти— с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управляющими входами цепи перезаписи и регистра памяти.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности.

Для этого в устройство дополнительно введены полумост, реле, ключ и регистр памяти.

Полумост подключен к диагонали питания мостовой измерительной цепи, второй вход нуль-органа через перекидной контакт реле соедг!пен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, или с точкой соединения ре5 3IIc1 opoB по 7умоста, если ток проходит по

-.oìîòêå реле, один выход которого соединен с источи!!ком питаьн1я, а второй через ключ— с оощим проводом и непосредственно со входом блока управления. Вход дополнительно-!

О го регистра памяти соединен со входами цифрового параллельного делителя и со входом регистра памяти, а его управляющий вход соединен с четвертым выходом логического олока управления.

15 11а ф1 уре 1 показана структурная схема

11ieq7a1ae»oго устройства; на фигуре 2— врет!енная диа: рамма его работы в режиме градуировкн; на фигуре 3 — временная диаграмма работы устройства в режиме записи.

20 Устройство содержит основную мостовую измерительную Il,cIIb, образованную сопротивлением датчика 1 и резисторами 2 — 5, и дополн;!тельный полумост из резисторов 6 и 7, со.1ротивлсння которых выбраны равными со25 противлениям соответственно резистора 2 и датчика 1.

Дпагона1I пнпгания нзмер1ггельной цепи од1111м ко11цом поди, Iючена к оощему проводу, а друг11м — к выходу источника питания измез0 рптельной цепи 8. Выход источника опорного

481130

3 напряжения 9 соединен со входом опорного напряжения источника питания измерительной цепи 8 и цифрового параллельного дел||геля

10 напри?кения, выход которого связан с точкой соединения резисторов 4 и 5.

Таким образом, резистор 5 шунтнрует выход делителя напряжения 10. Выбор сопротивления этого резистора приближеннО мо?кнО произвести по формуле: вв д.вых

U й.

>оп вч где R, — сопротивление резистора 5, U„„— напряжение на выходе измерительной цепи прн ее максимальном разбалансс, Увв — опорное напряжение делителя, R„. — выходное сопротивление делителя.

Вследствие малости величины |х; (ед||ницы о,и) существенно уменьшается время переходного процесса при установлении новой величины уравновешивающего напряжения на выходе цифрового параллельного делителя 10, что повышает быстродействие устройства.

Первый вход нуль-органа 11 подан на точку соединения резисторов 3 и 4. Второй вход пуль-органа 11, построенного на ociloi3p. дифференциального усилителя постоянного тока, посредством перекидного контакта реле 12, подключается к сигнальному зажиму датчика

1, если реле обссточено, и к точке сос"

Первый вывод обмотки реле 12 подключен к напряжению питания Е, а второй — к неподвижному контакту ключа 13 (подзи>кный Kollтакт ключа соединен с общим |роводом).

Логический блок 14 управления устройства содержит реверсивный счетчик 15, шднкатор

16, генератор тактовых импульсов 17, делит|.ль частоты 18, первую схему «И — ИЛИ» 19, счетчик времени 20, вторую схему «И — ИЛИ»

21, триггер пуска 22, третью схему «И — ИЛИ»

23 и переключатель рода работы 24. Выход

«Ьольше» нуль-органа 11 связан со входом

«CJIo?KIIocTb» реверсивного счетчика 15. явлл|ощимся первым входом блока 14 управления, и первым входом индикатора 16, выход

«,Меньше» нуль-органа соединен со входом

«Вычесть» реверсивного счетчика 15. являюшимся вторым входом блока 14 управления, и в-.орым входом индикатора 16. Счетный вход реверсивного счетчика 15 подключен к первому выходу 25 генератора тактовых импульсов 17, второй выход 26 которого подан на счетный вход делителя частоты 18 и на первый вход первой секции совпадения первой схемы

«1Л вЂ” ИЛИ» 19. Первьш выход 27 делителя частоты 18 является первым выходом управления логического блока 14. Второй выход 28 делителя частоты 18 связан с первым входом второй секции совпадения первой схемы

«И — ИЛИ» 19 и счетным входом счетчика времени 20, первый выход которого 29 подключен

65 к первому входу первой секции совпадения в-.оной схемы «И -ИЛИ» 21. Второй 33ь|ход

30 счс|ч||ка врcilcilн 20 соед ше3| со входом

«УстBíîâêÿ нуля» генсратора тактовых импульсов 17, а вход «Установка нуля» счетчика време;.|и 20 связан со входом «Установка нуля» делителя частоты 18, вторым входом второй секции совпадснил первой схемы «И—

ИЛИ» 19 и единичным выходом 31 триггера пуска 22, нулевой выход 32 которого подан на второй вход первой секции совпадения первой

cKcìû «И — ИЛИ» 19. Вход «Сброса» триггера пуска 22 является входом «Сброса» 33 логического блока 14 управления. Вход «Установка единицы» триггсра пуска 22 подключен на выход 34 третьеи схемы «И — ИЛИ»

23, первый вход 35 первой секции совпадений которой, являющийся третьим входом логического блока 14 управления, связан со вторым выводом обмотки реле 12.

Второй вход псрвой секции совпадения третьей схемы «И ИЛИ» 23 соединен с первым .|е36 да работы 24 и вторым входом первой секции совпадения второй схемы «И — ИЛИ» 21. Первый вход второй секции совпадения третьей схемы «И ИЛИ» 23 является входом «ЗаII jcK>> 3! логического 0 IDKB уllp2Bления 14, а в:орой вхо I в.горой секции со|3паден.|я третьей схемы «И — -ИЛИ» 23 свлзан со вторым неподви?кным контактом 38 переключателя рода работы 24, третым входом второй секции совпа 1ен||л ilcpBoi схемы «И — ИЛИ» 19 и первым входом второй секции совпадения второй схемы «И — ИЛИ» 21, второй вход которой является входом логичсско-о блока 14 управления для спе|13|ального сигнала 39, например, сигнала ре.истрации экстремума. Третий не одвижный контакт 40 псреключателя рода работы 24 подключен ко входу установки исходно: о ко:|а р«версивного счетчика 15, а подвижный контакт переключателя связан с общим проводом.

Кодовые входы первого 41 и второго 42 регистров памяти связаны с кодовым выходом рсвсрсивногo счетчика 15, являющимся кодовым выходом логического блока 14, и кодовым входом цифрового параллельного делителя 10 напрл?кения. Кодовый выход первого регистра 41 памяти подан на кодовый вход цен:| перезаписи 43, вход управления которой подключен к псрвому выходу 27 делителя частоты 18. Входы «Запись» первого 41 и второгO 42 1IPTKCT1IOB IIB3»l>ITII CB>I3BIIBI, COOTBPTCTBBHпо, с выходом 44 первой схемы «И — ИЛИ» 19 и с выходом 45 второй схемы «И — ИЛИ» 21.

Эти выходы являются, соответственно, вторым и третьим выходами управления логического блока 14.

С кодового выхода 46 цепи перезаписи 43 код измеряемого снгна;|а подается на регистр ацшо.

Прсооразователь имеет три режима работы.

В режиме «Установка нуля» переключатель рода работы 24 устанавливается в положение, 481130

55 б0

5 при котором его подвижный контакт замыкается с третьим неподвижным контактом 40.

При этом в реверсивном счетчике 15 принудительно устанавливается некоторое небольшое исходное значение кода, а счет тактовых импульсов реверсивным счетчиком 15 становится невозможным.

Ключ 13 устанавливается в разомкнутое поло>кение, при этом второй вход нуль-органа 11 подключается к сигнальному выводу датчика 1. Изменяя величину любого из резисторов 2, 3 или 4, по индикатору 16 балансируют мост основной измерительной цепи. Затем, замыкая к,цоч 13, подключают вход нуль-органа 11 к дополнительному полумосту и изменением любого из резисторов 6 или 7 по индикатору 16 балансируют мост, образованный полумостом из резисторов 3, 4, 5 и дополнительным полумостом.

В результате выполнения указанных выше операций на дополнительном полумосте «запоминается» начальное положение баланса основной измерительной цепи (с точностью не хуже погрешности квантования устройства).

Учитывая, что резисторы 3 — 7 выполнены из материала высокой температурной и временной стабильностью электросопротивления (например, пз манганина) и в процессе статической градуировки не изменяются, х!о>кно, подключая периодически второй вход нуль-орган к дололнитсльному полумосту, определять и учитывать дрейф нуля устройства в целом.

После проведения операций режима «Установка нуля» устройство готового для испо Ibзования в других режимах.

В режих!с «Градуировка» переключатель рода работы 24 устанавливается в положение, при котором его подвижный контакт замыкается со вторым неподвижным контактом 38.

При этом на третий вход второй секции совпаден !я первой схемы «И — ИЛИ» 19, первый вход второй секции совпадения второй схемы

«И — ИЛИ» 21 и второй вход второй секдии совнадсния третьей схемы «И — ИЛИ» 23 подается нулевое напряжение, что препятствует прохо>кдениГо сигналов по другим входам названных секций совпадения на выход схем

«И — ИЛИ».

Ключ 13 устанавливается в замкнутое положение. Подачей на вход «Сброс» 33 низкого уровня напряжения триггер пуска 22 устанав !ивается в нулевое положение. СипГалом низкого уровня с единичного выхода 31 триггера

22 делитель частоты 18 и счетчик времени 20 устанавливаются в нуль.

Следящий аналого-цифровой преобразователь, образованный источником опорного напря>кепия 9, цифровым параллельным делителем 0 напряжения, нуль-органом 11, реверсивным счетчиком 15 и генератором тактовых импульсов 17 ведет ооработку дрейфа нуля аналоговой части устройства, так как при замкнутом ключе 13 обмотка реле 12 находится под током и второй вход нуль-органа 11 подключен к дополнительному полумосту с

Зо

6 помощью перекидно.-о контакта реле 12. Поскольку резисторы 3 — 7 изготовлены из материала с высокой температурной и временной стабильностью электросо IpGTIIBëåíèÿ, например из манганина, а элементы источника опорного напряжения 9 и параллельного делителя

10 также обладают высокой стабильностью, то отрабатывается практически дрейф нуля нульоргана 11, который выполнен на основе дифференциального усилителя постоянного тока и выходы которого соединены с соответствующими схемами логического блока управления

Г!о лостоянному ток у .

Тактовые импульсы с выхода 26 генератора тактовых импульсов 17. сдвинутые на половину периода тактовой частоты относительно импульсов на выходе 25, через первую секцию совпадения первой схемы «И — ИЛИ» 19 проходят на ее выход 44 и, соответственно, на вход «Зались» первого регистра 41 памяти, лоэтому в последнем регистрируется код регерсивного счетчика 15, получаемый на каждом такте прсобразования.

Для осуществления сквозной статической градуировки на датчик 1 воздействуют калиброванными стуленямп его сстественной входной величш!ы. например давления. После установления нужной ступени на задатчике естественной входной величины (например, на гидравлическом прессе, снабженном грузопоршневым манометром) ключ 13 размыкают.

Обмотка реле 12 практически обесточивается, так как потребление тока третьей схемой

«И — ИЛИ» 23 по входу 27 ничтожно. На первом входе 27 первой секции совпадения третьей схемы «И — ИЛИ» 23 устанавливается высокий уровень напряжения от источника напряжения Е, (см. временную диаграмму на фиг. 2), так кa! падение напряжения на обмотке реле 12 от тока по вхо Гу 27 мало.

Вследствие этого на выходе 29 третьей схемы

«И — 1 1ЛИ» 23 также устанавливается высокий уровень напряжения, что приводит к опрокидыванию триггера пуска 22 в положение «Единица». На выходе «нуля» 31 триггера 22 устанавливается низкий уровень напряжения и прохождение тактовых импульсов с выхода 33 генератора 17 на выход 36 первой схемы

«И — ИЛИ» 19 прекращается, в первом регистре памяти 43 заломинается значение кода реверсивного счетчика (кода нуля), полученное в такте преобразования, непосредственно предшествовавшем моменту размыкания ключа 13.

Через время задержки на отпускание перекидной контакт реле 12 отсоединит второй вход нуль органа 11 от дополнительного полумоста, а через время перелета контакта, второй вход нуль органа 11 подключится к cliI нальному вь!Воду датчика. Следящий аналого-цифровой преобразователь, образованный указанными выше элементами, ведет отработку переходного процесса во время перелета контакта и затем отработку сигнала датчика

1, полученного под воздействием калиброван481130 ной cTy!!eHH el o естественной «хо !HОЙ чины.

После опрокидывания триггера .1ускя 22 в положение «сдиннца» на его выхол". 30 устанавливается высокий уроьснь папря "eння, поэтому делитель частоты 18;.чнн»ст счет импульсов с выход» 33 гснср»тора 17, » -LH!»1чик времени 20 — с выхода 35 Ie1.паля частоты 18. После подсчета онрсделс1шого количества импульсîB па выходс 38 счет-гик» времсни 20 гоявляется 11мг1ульс, который 1срез первую секцию совпадения HT»po.."I схемы

«И — ИЛИ» 21 проходит на выход 39 последней, благодаря чему во втором регнстрс ..:.; и.—

TH 44 регистрируется 1<03, cH. 11» lа дя г

Сигналом низкого уровня с гыхо,1» 37 счетчика 20 работа генератора 17 прея 1»п1»ется процссс кодирования сиги»1» датч1п<а 1, соответствующего o Illol! ступени: раду.1ровкн, на этом заканчивается.

Таким образом, в рсзульгятс ко;1иро«яння одной стун:1н градуиро«кн рсгнс гр,lpy!OTCII два кода, которые отсчитываются по отсчетным устройствам регистров 43 и 44.

При последующей обработке измерительной информации «код нуля», зафиксированньш в первом рсгистре 43, необходимо г«1 1ест!> .I«

«кода датчика», солср>кящсгося «рсгнстрс 41.

Время измерения, О. ре e:Iÿcìoe;ченч.o:.о.. О. выорано больше, чем «ремя, нсоо o, <гмос д, окон1ания псреходных процсссо«, с«яз»нных с переключеннем второго входа пуль-орган» 11.

Для кодирования слс; у.с1нсн с:у:10«1и дуировки ключ 13 с«01;l 1 с»о — 1 .-: 1к тое положение, а на «ход 41 «сб >ос» под»10-.. сигнал низкого уровня, что прнвод1п l< онп»кндыванию триггера 22 спо«я г, -:. оло"сн,:.

«Ноль». На датчик 1 во"-, Leécò«BIOò слсду10 l cI! калиброванной ступс11шо его в о .ной вслпч .— ны и повторяют измср пс, .«1:c с -;.«янп, о 1гсанные выше.

В режиме «Запись» (см. «рсмс«ну;о диаграмму на фиг. 3) переключатель ро,» р".боты 24 устанавливают в поло>кен!c, прп кото ром его подвижный контакт замык»CTCH с «еподви>кным контактом 25. При этом .!» «TG рой вход псрвой секции совпяде гия второй схемы «И — ИЛИ» 21 ..1 на второй вход нсрвсй секции совпадения третьей схемы «И — ИЛИ»

23 подается нулевое напряжel!He и прок»>кдсние сигналов через указа1п1ыс сскцнн этгь< схем становится невозмо>кным.

Предполагается, что перед началом работы в режиме «Запись» бы.чя проведен» псовая операция режима «Установка нуля», T. c. оснэвная измерительная цель была сбалансирована.

К,люч 13 в режиме «Зяп::сь» вссгда находится в разомкнутом состоянии, H второй вход нуль-органа 11 подключсн к сигнальному выходу датчика.

Перед проведением измерений триггер пуска 22 устанавливается в нулевое положение, для этого на вход «сорос» 33 подается сигнал низкого уровня. Соответственно, сигналом с выхода 31 три-гера схемы делителя частоты

18 и сче-.чика времени 20 устанавливаются также в пулсгос положение.

Все время ожидания начала процесса в ре киче «Запись» с Ic;Ia!!Iнй аналого-цифровой

;lpсобрязовятель, образованный указанными вышс элемент»ми, веде" кодирование дрейфа и,;I« П" 1I>-00»l!» IРИЧЕМ К01 РС«СРСИВНОГО счет п» 5 на к»ждом также преобразования заносится «первый регистр 41, так как импульсы с выхода 26 генератора тактовых импульсов 17 через схему «И — ИЛИ» 19 поступ»1от на в:<од записи этого регистра.

Б,ëoìeH Г:10яв,1епня импульса поло>кнтельи;l! полярности на входе «Запуск» 37 появля Tc>! с1ггнал па выходе 34 третьей схемы

«И ИЛИ» 23, и триггер пуска опрокидывастс;I в единичное состояние. Измеряемый ларамстр оыстро:Ip»TCH»I»LIIeãо процесса начинает

«оздсйствовать на дат гик 1, измерительная пень устройства разбалансируется. НачинаетсН кодиров»11пс бь1строчротекающего процесса, воc ïðèíIè ìàåìoãî датчиком 1. При этом прохождение тактовых импульсов с выхода 26 через первую схему «И — ИЛИ» 19 прекра1цастся, делитель частоты 18 вступает в работу н потснниальный сигнал с его выхода 27 в

«ll. le полу:гср11одных импульсов поступает HB

«хл1 у 111»«.1»ННН цепи псрезяписи 43, я импу,-.. :с;1«111 сигнал с выхода 28 делителя частоты 18 через первую схему «И — ИЛИ» 19 нос":, паст Н» «хо1 «Запись» первого регистра 41 .::;,". i L. II»1 n,, . !!yл1=<.ов на выходе делителя I»cTOTû 1<1 равен ша;у квантования измеnHемого процесса во врсмсни. Первый регистр

«ы:10,1!;I!åT «рсжнме «Зя.тнсь» роль буферного с;1стря 1ля вывода информации через цепь

:гор»записи 43 от быстродсйствующего пэеобр;,зозатс,.l» l!а регист11»тор, имею цнй меньшую .-Ч»пос.- ° работы. 1<од реверсивного счетчика

1: :,. ф.. -. 3) oa осится в реп1стп 4! àждый ряз «начале соотве-.ствующего ш»га к«анго«япня, я рсl истр руется через цепь псрсзапис;1 э;от .".од, начинал с ссрсдины этого шага и

45 .!о сго копна. Таким обэазом, на первом шаге квяпго«а ия регистрируется код нуля преобразователя, на втором шаге — первый код

Hроцесса и т. д.

50 Вто ой рс нс1г, 42 памяти в режиме «Запись» служ1п для фиксации значения кода в

"яко11-либо хя<.я.<терной точке измеряемого процесса, например в точке экстремума. Для этого в нужный момент времени на вход спе55 циалшього сигнала 39 подается положительный импульс, который, проходя через вторую схему «И — ИЛИ» 21 На вход записи 45 регистра 42, фиксирует в нем значение кода в этот ..;омепт. бо После подсчета определенного количества нагов ква;-пования измеряемого процесса по времени, задаваемого количеством импульсов на выходе 28 делителя частоты, на выходе 30 счетчика времени 20 устанавливается сигнал низкого уровня, прекращающий работу гене481130

10 ратора тактовых импульсов 17. Кодирование дискретных значений измеряемого процесса на этом заканчивается.

Для приведения устройства в исходное положение для следующего измерения достаточно подать сигнал низкого уровня на вход

«Сброс» ЗЗ.

При последующей обработке измерительной информации, например, на вычислительной машине, код нуля устройства, зарегистрированный на первом шаге, вычитается из кодов дискретных значений измеряемого процесса.

Так как дрсйф пуля устройства за время измерения значительно меньше одной единицы кода в устройстве, то благодаря этому устраняется влияние дрейфа нуля на результаты измерения.

Как видно из описания работы устройства, и в режиме «Запись» и в режиме «Градуировка» используются одни и те же элементы логического блока 14 управления.

При питании измерительной цепи стабильным напряжением предлагаемое устройство имеет структурную погрешность, вызываемую изменением тока в плечах измерительной цепи, т. е. зависимость между изменением сопротивления датчика 1 и выходным кодом устройства н елин ейна. Однако соответствующим выбором величины сопротивления резисторов 2 и 3, а также напряжения питания измерительной цепи, можно свести погрешность от нелинейности к допустимой, например, меньшей шага квантования по уровню в устройстве.

При питании измерительной цепи стабильным током устройство не имеет структурной погрешности.

Зо

Предмет изобретения

Устройство для преобразования сигналов резистивных датчиков в цифровой код, содержащее мостовую измерительную цепь с резистивпым датчиком в одном из плечей, источник питания мостовой измерительной цепи, источник опорного напряжения, .нуль-орган, LI,èôðoâîé параллельный делитель, логический блок управления, регистр памяти и цепь перезаписи, причем выход источника опорного напряжения соединен со входом источника питания мостовой измерительной цепи и цифрового параллельного делителя, вы#оды которо;о соединены со входом полумоста измерительной цепи, выход последнего присоединен к первому входу нуль-органа, а выходы нульоргана подключены к логическому блоку управления, первый выход которого соединен со входом цифрового параллельного делителя и через регистр памяти с цепью перезаписи, а второй и третий его выходы соединены соответственно с управляющими входами цепи перезаписи и регистра памяти, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в устройство дополнительно введены полумост, реле, ключ и регистр памяти, причем полумост подключен к диагнонали питания мостовой измерительной цепи, второй вход нуль-органа через перекидной контакт реле соединен с сигнальным выходом датчика, если реле обесточено, или с точкой соединения резисторов полумоста, если ток проходит по обмотке реле, один выход которого соединен с источником питания, а второй через ключ — с общим проводом и непосредственно со входом блока управления, вход дополнительного регистра памяти соединен со входами цифрового параллельного делителя и со входом регистра памяти, а ег0 управляющий вход соединен с четвертым выходом логического блока управления.

481130

Я вЂ” -46

Д

|! ! 59

1

1 !

I

I а

Г

/ г — ——

I 25

1 !

f у

5О

à — — -

И Щ,! / !! i 1 ЩИЩЦЩДДЦЩ I, ДДЩ i ig ц Щ Щ Щ,, 2Й / . Г . Г1,, 1Г1 Г Г 1

28l I ) / ! (фиг. 7

481130

S2

2б

28

2У

Составитель И. Разинова

Техред Т. Миронова

Редактор Е. Семанова

Корректор Л. Котова

Заказ 3117/1 Изд. № 1869 Тираня 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений п открытий

Москва, К-35, Раугвская иаб., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2