Устройство для преобразования физической величины в код

 

Изобретение позволяет повысить точность преобразования физической величины, например скорости течений, в код за счет исключения влияния на результат постоянных времени интегрирующих преобразователей физической величины в интервал времени, входящих в состав уа. На интеграторах с нуль-органами осуществляется двухтактное преобразование входного и питающего напряжений в интервалы времени. Опорное напряжение для обратного хода интеграторов берется с выхода интегратора, запоминающего напряжение второго интегратора в конце такта интегрирования. Влияние постоянной времени второго интегратора устраняется автоподстройкой частоты управляемого генератора, чтобы за время обратного хода второго интегратора, равное постоянной времени этого интегратора, управляемый генератор вырабатывал одно и то же заданное счетчиком количество импульсов. В конце обратного хода первого интегратора результат со счетчика передается в регистр. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1481691 А1 (5И 4 С 01 R 19/252

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ держит источник 1 переменного с порного напряжения, датчик 2 физической величины, первый ключ 3, первый интегратор 4, первый нуль-орган 5, блск

6 управления, второй 7 н третий 8 ключи, второй интегратор 9, второй нуль-орган 10, четвертый 11 и пятый

12 ключи, третий интегратор 13, третий нуль-орган 14, управляемый генератор 15, фаэочувствнтельный детектор

16., счетчик 17, регистр 18 и шину 19 информационных сигналов.

Фа>зочувствителып,>й детектор (ФЧД)

16 (фиг. 2) содержит два ипвер-.ора 20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4295642/24-24 (22) 04.08.87 (46) 23.05.89. Бюл. К- 19 (71 ) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола и Львовский лесотехнический институт (72) В.Г. Брандорф, В.Л. Котляров и А.И. Холоша (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1101748, кл. G 01 R 19/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

11> 1247767, кл. С 01 R 19/252, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В КОД (57) Изобретение позволяет повысить точность преобразования физической величины, например скорости течений, в код за счет исключения влияния на результат постоянных времени интегрирующих преобразователей физической Изобретение относится к электроиз" мерительной технике и может быть использовано, например, для измерения скорости течения жидкостей.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

На-фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 — схеиа фазочувствительного детектора; на фиг. 3— схеиа блока управления; на фиг. 4 временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для преобразования физической величины в код (фиг. 1) совеличины в интерваг времени, входящих в состав устройства. На интеграторах с нуль-органами осуществляется двухтактное преобразование входного и питающего напряжений в интервалы времени. Опорное напряжение для об ратного хода интеграторов берется с выхода интегратора, запоминающего напряжение второго интегратора в конце такта интегрирования. Влияние постоянной времени второго интегратора устраняется автоподстройкой частоты управляемого генератора так, чтобы за время обратного хода второго интегратора; равное постоянной времени этого интегратора, управляемый генератор вырабатывал однс> и то же заданное счетчиком количество импульсов. В конце обратного хода первого интегратора результат со счетчика передается в регистр. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1481691 и 2I, два двухвходовых элемепта И 22 и 23, два ключа 24 и 25, конденсатор

26 и резистор 27. Первыи и второй входы фазочувствительного детектора являются входами инверторов 20 и 21 и первыми входами элементов И 23 и

22 соответственно. Ключи 24 и 25 включены только при разном состоянии сигналов на входах. При состоянии

"01" включен ключ 24, при состоянии

"10" ключ 25. Если частота генератора

15 мала, то нуль-орган 10 сработает раньше, чем установится в "1" старший разряд счетчика 17 и на входах ФЧД 16 1 окажется число "01"<, что приведет к включению ключа ?4 и увеличению час— тоты генератора 15, и, наоборот, если ,частота генератора 15 слишком велика, то включается ключ 25 и частота генератора уменьшается.

Блок 6 управления (фиг. 3) содержит формирователь 28 импульсов, дифференцирующую цепь ?9, триггеры 3032. Вход формирователя является пер- 25 вым входом блока управления. Вторым входом блока управления является Rвход триггера 31, третьим входом

R-вход триггера 32, четвертым входом импульсный вход установки в "0< триг-30 гера 30, Выход формирователя 28 подключен к входу дифференцирующей цепочки 29 и является первым выходом блока управления. Выход дифференцирующей цепочки 29 является шестым выходом блока управления. Выход триггера 30 является четвертым выходом блока управления, а выход триггера

31 — вторым выходом блока управления ° Прямой и обратный выходы триггера 32 являются третьим и пятым выходами блока управления.

Блок 6 управления формирует переменное напряжение, поступающее на его первый вход, в прямоугольные положительные импульсь<. Задний фронт каждого импульса преобразуется в отрицательный импульс дифференцирующей цепочкой 29, который поступает на шестой выход блока и устанавливает в

"1" триггер 30. Этот триггер устанавливается в "0" отрицательным перепадом на импульсном входе установки в "0" триггера 30. Отрицательный перепад на выходе триггера 30 устанавливает в "1" триггеры 31 и 32. >

Отрицательные импульсы на их R-входах возвращают эти триггеры в нулевое состояние.

Устройство для преобразования физической величины и код работает следующим образом.

Источник 1 вырабатывает опорное напряжение

На выходе датчика 2 в результате воздействия на него входной физической величины Р, напряжение в общем случае имеет вид

Н () = U„sin@ t+ Н < os t, (2) где U u U — соответственно синфаз<< ная и квадратурная составляющие определяемая относительно опорного напряжения U от источо« ника 1.

Преобразование производится в два такта. В первом такте появляется "1" на первом выходе блока 6 и открываются ключи 3 и 8. Остальные ключи закрыты. Напряжение с выхода датчика 2 поступает на вход интегратора 4, на выходе которого к окончанию первого такта за время t — t (фиг. 4) накапливается напряжение тп.

1 < 2 ф Уь о где <, — постоянная времени интегра4 тора 4;

2»

T= — — период сигнала источника 1.

И

На выходе интегратора 9 к моменту получают т(Н (t<) = ) U,„sin t dt =, (4)

1 (2U ««

« е 1 о где — постоянная времени инте9 гратора 9.

В начале (момент t, на фиг. 4) второго такта появляется "0" на первом выходе блока 6, ключи 3 и 8 закрыва— ются, появляется в момент t отрицательный импульс на шестом выходе блока 6 и переносит в счетчик 17 состояние шины 19. При этом старший разряд счетчика 17 обязательно устанавливается в "1"., Нулем на первом выходе блока 6 вначале второго такта включается генератор 15, управляемый напряжением на выходе фазочувствительного детектора 16. Триггер 30 блока 6 управления в начале второго такта становится в "1" и на четвертом выходе

5 1481691 блока 6 появляется "1", которая вызывает замыкание ключа 12. Через ключ

12 на вход интегратора 13 поступает усиленное разностное напряжечие между

1 напряжениями на выходах интеграторрв

9 и 13. Это приводит к быстрому установлению на выходе интегратора 13 на пряжения, равного напряжению на выходе интегратора 9. jIo установления этого равенства напряжение на выходе нуль-органа 14 будет вызывать изменение напряжения на выходе интегратора

13 в нужную сторону.

Таким образом, к моменту размыкания ключа 12 напряжение на выходе ин2о оп тегратора 13 равно — напряжению

"9 на выходе интегратора 9.

Число, заносимое в счетчик 17 с шины 19, расчитано таким образом, чтобы за время, существенно меньшее длительности одного такта (например, 5 †1 от длительности такта), счетчик

17, подсчитывающий импульсы генератора 15, переполнился. При переполнении счетчика 17 отрицательный перепад на выходе старшего разряда счетчика вызывает установку в "0" триггера 30, при этом на четвертом выходе блока 6 появляется "0",а триггеры 31 и 32 блока 6 ставятся в "1", в результате чего на втором и третьем выходах блока 6 управления появляется "1", а на пятом — "0".

Включаются ключи 7 и 11, а на обоих входах детектора 16 оказываются нули (в момент времени t на временной диаграмме). Начинается линейный разряд (обратный ход) интеграторов 4 и 9. Интегратор 4 разряжается до нулевого уровня в течение времени

Т„, а интегратор 9 — в течение времени Т . B моменты окончания времени

Т „ и Т срабатывают соответственно нуль-органы 5 и 10 и устанавливают триггеры 31 и 32 блока 6 в нулевые состояния. При этом ключи 7 и 11

2 Поп

9 откуда

1 И, (9) й< 2

Число И„ равно

И„ = Т„

Ы Ux Ул

Поп

Т " "л

Uoï

Пх

2 1пп (12) (6) размыкаются.

Интервал времени определяется из условия х (2 Поп 2Бх (s) л

""4 9 о откуда

Интервал времени Т определяется из условия

5 (8)

Момент окончания обратного хода интегратора 9, фиксируемый нуль-органом 10 и триггером 32, сравнивается с моментом установки в "1" старшего разряда счетчика 17 детектором 16.

Если момент окончания обратного хода наступает раньше, то вначале появляется "1" на втором входе детектора 16 и на входе" элемента И 22 детектора 16 появляются две "1" одно— временно, что вызывает включение ключа 24 и дозаряд конденсатора 26. И, наоборот, если установка в "1" старшего разряда счетчика 17 .происходит раньше, чем окончание хода интегратора 9, то включается ключ 25 и происходит частичный разряд конденсатора 26. Когда триггер 32 устанавлива25 ется в "0" и старший разряд счетчика

17 находится в "1" ни один из клю— чей детектора 16 не включен и конденсатор 26 сохраняет свое напряжение неизменным.

B установившемся режиме установка старшего разряда счетчика 17 в "1" производится одновременно с окончанием обратного хода интегратора 9 и напряжение на конденсаторе 26 неизменно и обеспечивает путем воздейстЗ5 вия на генератор 15 условие

40 где, — частота генератора 15;

N — емкость счетчика 17, отсюда (1О)

45 В момент окончания обратного хода интегратора 4 число из счетчика 17 переносится в регистр 18, откуда оно поступает на выход устройства.

Подставляя из (6) и (1О), получают значение которое зависит от постоянноп времени второго интегратора 9.

1481 б91

10

30

В момент появления "1" на первом выходе блока 6 управления генератор

15 прекращает работу, при этом старший разряд счетчика 17 остается в

"1". 1 лючи 3 и 8 открываются и начинается новый цпкп преобразования (новый момент t,, фиг. 4).

Таким образом, в отличие от известного, предлагаемое устройство не имеет погрешности за-за изменения постоянной времени второго интегратора

9 и поэтому обладает более высокой точностью.

Это достигается системой автоподстройки частоты генератора 15, которая обеспечивает компенсацию измене-. ния постоянной времени второго интегратора. Благодаря линейному изменению напряжения па втором интеграторе во время обратного хода под воздействием напряжения, от уровня которого и начинается обратный код, его длительность не зависит от величины этого напряжения, а лишь от величины постоянной времени второго интегратора.

Применение третьего интегратора в следящем режиме в качестве аналогового запоминяющего устройства напряжения, от уровня которого и под воздействием которого происходит обратный ход второго интегратора, одновременно можно осуществлять обратный ход первого и второго интеграторов и тем самым сократить время преобразования и еще более повысить точность за счет одновременности процесса преобразования физиЧеской величины в код и автоподстройки частоты генератора.

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования физической величины в код, содержащее датчик, вход которого является входом устройства, источник опорного переменного напряжения, выход которого подключен к входу питания датчика, первый интегратор и первый ключ, через который вход первого интегратора соединен с выходом датчика, второй интегратор и второй ключ через который вход второго интегратора соединен с выходом источника опорного переменного напряжения, первый нульорган, первый вход которого подключен к выходу первого интегратора, а второй вход соединен с нулевой шиной; третий ключ, выход которого подключен к входу первого интегратора, и блок управления, к первому и второму входам которого подключены соответственно выход источника опорного переменного напряжения и выход первого нупьоргана, первый выход блока управления подключен к управляющим входам первого и второго ключей, а второй— к управляющему входу третьего ключа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены третий интегратор., четвертый и пятый ключи, второй и третий нуль-органы, управляемый генератор, фазочувствительный детектор, счетчик, регистр, причем выход третьего интегратора подключен к первому входу третьего нуль-органа и информационному входу третьего ключа, а через четвертый ключ — к входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу второго нульоргана, второй вход которого соединен с нулевой шиной, выход второго интегратора подключен к второму входу третьего нуль-органа, выход котороro через пятый ключ подключен к входу третьего интегратора, выход фазочувствительного детектора подключен к информационному входу управляемого генератора, выход которого подключен к счетному входу счетчика, входы начальной установки которого являются шинами информационных сигналов, выходы разрядов счетчика, за исключением старшего, подключены к информационным входам регистра, к входу разрешения переноса которого подключен второй

40 выход блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу управляемого генератора, к тре° тьему входу блока управления подключен выход второго нуль-органа, четвертый вход блока управления объеди45 йен с первым входом фазочувствительного детектора и подключен к выходу старшего разряда счетчика, третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока управления подключены

50 соответственно к управляющим входам

:-четвертого и пятого ключей, второму входу фазочувствительного детектора и входу разрешения переноса счетчика.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что фазочувствительный детектор выполнен на двух инверторах, первом и втором элемен1481691 тах И, двух ключах, гнтегрирующем элементе, выполненном на конденсаторе, и токоограничивающем элементе, выполненном на резисторе, причем

I вход первого ипвертора является первым входом фазочувствительного детектора и соединен с первым входом второго элемента И, вторым входом фазочувствительного детектора является вход второго инвертора, который объединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, выход второго инвертора соединен с вторым входом второго элемента И,выходы первого и второго элементов И соединены с управляющими входами первого и второго ключей соответственно, первая обкладка конденсатора соединена с выходом фазочастотного цетектора и через первый и второй ключи с шиной питания и нулевой шиной, вторая обкладка конденсатора через резистор соединена с нулевой шиной.

3. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на формирователе импуль5 сов, дифференцирующей цепи, первом, втором и третьем триггерах, причем выход формирователя импульсов через дифференцирующую цепь соецинен с Sвходом первого триггера, выход которого соединен с входами установки в

"1" второго и третьего триггеров, первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления являются соответственно вход формирователя им1,-вход второго триггepa

R-вход третьего триггера и вход установки в О первого триггера, а первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходамн блока управления являются соответственно выходы формирователя импульсов, выход вто— рого триггера, прямой выход третьего триггера, выход первого триггера,ин— версный выход третьего триггера и вы2 ход дифференцирующей цепи.

1481691 ва ы

Кл,3

Кл.1

Редактор А. Козориз

Заказ 2683/46 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Р

Фиг.4

Составитель Н. Козлов

Техред M,Äèäûê Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ