Аналоговый интегратор

»»891зЩф

Союз Соаетсник

Социалистических

Республик

ОП И(. :АНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 23 04.80 (21) 291б974/18-24 (5t)M. Кд.

G 06 G 7/186 с присоединением заявки М йеудврствекнь4 квинтет

СССР . но девам нзабретенкк н вткритнй (23) Приоритет

Опубликовано 07.01.82. Бюллетень М 1 (53) УДК 68! ЗЗ5 (088.8) Дата опубликования описания 07.01.82 (72) Авторы изобретения

А. Н. Могилевский, В. А. Славный н М. 3. Ташщн

Ордена Ленина интитут геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР (71) Заявитель (54) АНАЛОГОВЫЙ ИНТЕГРАТОР

Изобретение относится к электронной измерительной технике, в частности к электронным аналоговым интеграторам длительных процессов, и может быть использовано, например, в кулонометрии с контролируемым потенциа5 лом.

Известны электронныс аналоговые интеграторы, работа которых основана на использовании решающих усилителей с емкостной обратной связью .(11. В этих усилителях сначала интегрируют измеряемый (входной) сигнал, 39 а затем компенсационный сигнал нли сумму входного и компенсационного сигналов.

Недостатки таких интеграторов — перерывц в интегрировании входного сигнала и (или)

3$ недостаточно высокая точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результа- ту является аналоговый интегратор, содержащий интегрирующий усилнтсиь,, источник ком26 пенсирующего (эталонного) напряжения, гистерезисное переключающее устройство и суммирукиаий хронометр 121. При работе известно.го интегратора измеряемое (входное) напряжение поступает на решающий усилитель через переключающее устройство. При этом напряжение на выходе усилителя начинает увеличиваться. Когда оно достигнет уровня срабатывания переключающего устройства, зто устройство включает источник компенсирующе.-..

l î напряжения последовательно с источником входного напряжения, а также включает суммирукнций хронометр. Далее напряженке на выходе решающего усилителя начинает уменьшаться и, когда оно достигнет уровня отпускания переключающего устройства, последнее отключает источник компенсирующего напряжения и останавливает хронометр. Величина интеграла оценивается по суммарной продолжительности включения источника компенсирующего напряжения.

Недостаток известного интегратора — воз- растание погрешности интегрирования при уменьшении величины входного напряжения.

Цель изобретения — повышение точности интегрирования в широком диапазоне входных налряжеинй.

896б34

Поставленная цель достигается тем, что в известный аналоговый йнтегратор, содержаи;ий интегрирующий усилитель, вход когорого соединен с подвижным контактом переключателя, неподвижкые контакты которого подключены соответственно к одному выводу источника компенсирующего напряжения и общему выводу источников, входного и компенсирующего напряжений, другой вывод источника входного напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, и суммирующий хронометр, введены два блока формирования модуля знакоперемекного напряжения,. безгистереэисный компаратор и -триггер, выход которого подключен к управляющим входам переключателя и суммирующего хронометра, входы блоков формирования модуля знакопеременного напряжения подключены соответственно к sbnoду интегрирующего усилителя и общему выводу источников входного и компенсирующего напряжений, а выходы соединены со входами безгкстерезисного компаратора, вы- . ход которого подключен ко входу триггера.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема аналогового интегратора; на фиг. 2 — временные диаграммы, иллюстрирующие работу интегратора.

Аналоговый интегратор содержит интегрирующий усилитель 1, вход которого через переключатель 2 соединен с источйиком 3 входного и источником 4 компенсирующего напряжений. Источники 3 и 4 вкзночены встречно..С выходом усюителя 1 соединен вход блока 5 формирования модуля экакопеременного напряжпия. Вход зторого блока

6 формирования модуля соединен с источником 3 входного сигнала. Выходы блоков 5 и 6 соединены соответственно с входами безгистерезиского компаратора 7. Выход компа.ратора 7 через счетный триггер 8 соединен с. управляющими входами переключателя и суммирующего хронометра 9.

На фиг. 2 изображены следующие диаграммы: u — входное (измеряемое) t напряжение источника 3; б — выходное напряжение решающего уситппеля 1 (проинтегрированный сигнал); e — модуль входного напряжения; г модуль выходного напряжения усилителя, д— выходное напряжение компаратора 7; г — вы.ход триггера 8. Кроме того, обозначены. мо менты включения t>, t» tq и т.д., a также моменты выключения источника компенсирую1 щего напряжений tr, » tj и тд.

При практическом осуществлении интегра тора переключатель 2 может быль выполнен, напРимеР, в виде злектРомагнитного Реле, об мотка включена на выход триггера 8. Блоки

5 и б.формирования модуля знакопеременного напряже ия могут быль выполнены, напри4 мер, по схеме выпрямителей среднего значения на основе операционных усилителей. В качестве безгистерезисного компаратора 7 можно испольэовать любой дифференциальный усилитель, например операционный усилитель.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение (фиг. 2, а) от источника 3 поступает на вход интегрирующего . усилителя 1 через переключатель 2. Вследствке этого выходное напряжение {фиг. 2, б) усилителя 1 начинает увеличиваться. Это напряжение поступает на вход блока 5 формирования модуля знакопеременного сигнала, напряжение на выходе которого (фиг. 2, г)

15 по абсолютной величине равно напряжению на выходе усилителя 1, но всегда положительно. Напряжение источника 3 поступает также на вход блока б, который работает аналогично блоку 5. Напряжение на выходе блока

20 6 (фиг. 2, в) по абсолютной величине равно напряжению источника 3 входного напряжения, но всегда положительно, напряжение с выходов блока 5 н б (фкг. 2, в и фиг. 2, г) сравнивается компаратором 7. В момент

2g tq равенства укаэанных напряжений компаратор 7 вырабатывает импульс (фиг. 2, Д), который поступает на счетный вход триггера

8, опрокццывая последний {фиг..2, с). Тркггор 8, воздействуя на управляющий вход переключателя 2, переводит его в верхнее положение. В этом случае источники 3 и 4 входкого .и компенсирующего напряжений, включенные встречно, подсоединяются ко входу интегрирующего усилителя 1. Одновременно перепадом напряжения с выхода триггера

8 включается суммирующий хронометр 9.

Вследствие интегрирования суммы напряжений источников 3 и 4 выходное напряжение усилителя 1 начинает уменьшаться. (фиг. 2, б), а затем и меняет свою полярность. В момент

40 .t>, соответствующий следующему после мо-. менты t, равенству модулей напряжения источника 3 входного сигнала и выходного напряжения усилителя 1, т.е; равенству напря.жений на выходах блоков 5 и б (фиг. 2, е), компаратор .7 вырабатывает импульс,. который возвращает триггер 8 в исходное положение.

Вследствие этого переключатель 2 отключает источник 4 компенсирующего напряжения и останавливает суммирующий хронометр 9. На вход интегрирующего. усилителя 1 поступает напряжение источника 3, выходное напряжение усилителя 1 начинает увеличиваться. Далее все процессы с твпслическим включением (моменты tg, . t3 и т.д.) и выключением (моменты t» t3 и т.д.) источника 4 компенсирую щего напряжения и хронометра 9 в моменты равенства модулей напряжения источника 3 входного напряжения и напряжения на выходе усилителя 1 (нроинтегрированный сигнал) повторяются в течение всего времени интегрирования. Величина интеграла оценивается по .суммарной продолжительности включения источника компенсирующего напряжения, измеряемой суммирующим хронометром.

Преимуществом предлагаемого аналогового интегратора является существенно меньшая погрешность при интегрировании входных напряжений, изменяющихся в широком диапазоне величин. Это преимущество основано на том, что в отличие от известного интегритора, в котором уровни проннтегрированного сигнала, соответствующие моментам включения и выключения источника компенсирующего напряжения, постоянны и не зависят от величины входного напряжения. В предлагаемом интеграторе эти уровни равны (по абсолютной величине) входному напряжению.

Вследствие этого длителнпость отдельного цикла интегрирования не увеличивается при уменьшении величины входного напряжения и поэтому погрешность интегрирования, определяемая конечной величиной эквивалентной постоянной времени решающего усилителя, в частности утечкой в интегрирующем конденсаторе, остается практически неизменной при уменьшении входного напряжения.

Следует также отметить, что в предлагаемом интеграторе имеет место дополнительное снижение, погрешности интегрирования. Это обусловлено тем, что проннтегрированный сигнал изменяется приблизительно симметрично относительно нулевого уровня. Поэтому среднее значение проннтегрированного сигнала (выходного напряжения решающего усилителя), от которого наряду с утечкой в конденсаторе зависит погрешность интегрирования, мало, что

896634 и ведет к дополнительному снижению погрешности.

Формула изобретения

Аналоговый интегратор, содержащий интегриРующнй усилитель, вход которого соединен с подвижным контактом переключателя, неподвижные контакты которого подключены соот р ветственно к одному выводу источника компенсирующего напряжения н общему выводу источников компенсирующего н входного напряжений, другой вывод источника входного напряжения соединен с шиной нулевого потеки циапа, и суммирующий хрономету, о т л нч а ю шийся тем, что, с целью вовы.шения точности интегрирования в широком диапазоне входных напряжений, в него введены два блока формирования модуля знаэп коле ременного напряжения, безгистерезнсный компаратор и триггер, выход которого подключен к управляющим входам переключателя н суммирующего хронометра, входы блока формирования модуля энакомеременэ5 ного напряжения подключены соответственно к выходу интегрирующего усилителя и общему выводу источников входного и компенсирующего нанряженнй, а выходы соединены со входами безгнстерезисного компаратора, выход

5п которого подключен ка входу триггера.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Махнанов В. Д. и Милохин М. Т. Устройство частотного н время-импульсного пре.образования. М., "Энергия", .1970, с. 107-.112, 35 115 119

2. Авторское свидетельство СССР N4 374618, кл. G 08 6 7/18, 1971 (прототип).