Автокомпенсационное измерительное устройство

 

ь j I

f:.

О П И С А Н И Е 408137

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 21.V1.1971 (№ 1671687/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.XII 1973. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 12.IV.1974

М. Кл. G 01Ь 7/00

Государственный квинтет

Саввта Министрав СССР

ОО делам изобретений и ОткРытиЙ

УДК 62-50(088 8) Авторы изобретения

Г. В. Сотов, P. А. Губанов и Е. Л. Полин

Заявитель

АВТОКОМПЕНСАЦИОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники, а именно к устройствам для автоматического контроля, управления и регулирования технологическими процессами.

Известны автокомпенсационные измерительные устройства, содержащие генератор прямоугольных импульсов, блок задержки, цифроаналоговый преобразователь, нуль-орган, состоящий из схемы сравнения, выход которой соединен со входом первого усилителя, аналогового запоминающего устройства и двух ключей, и датчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом генератора прямоугольных импульсов, выход датчика присоединен к первому входу схемы сравнения нульоргана, второй вход которой подключен к выходу цифро-аналогового преобразователя, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, третий выход которого присоединен к управляющему входу первого ключа нуль-органа и к первому входу блока задержки, четвертый выход генератора прямоугольных импульсов подключен ко второму входу блока задержки, первый выход которого соединен с управляющим входом второго ключа нуль-органа.

Целью изобретения является повышение точности устройства и быстродействия к помехоустойчивости.

Для этого в нуль-орган предложенного устройства установлены вентиль и второй усилитель, вход которого через аналоговое запоминающее устройство и первый ключ соединен с выходом первого усилителя, а через второй ключ — со своим выходом, который через вентиль подключен ко второму выходу цифроаналогового преобразователя, а управляющий вход вентиля подключен ко второму выходу

10 блока задержки.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его устройства.

На схеме изображены индуктивный и ем15 костный датчик 1, нуль-огран 2, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, блок задержки 4 и генератор прямоугольных импульсов 5.

Датчик 1, включенный по мостовой схеме, 20 питается прямоугольным напряжением от одной из вторичных обмоток трансформатора 6, генератора прямоугольных импульсов 5, состоящего из несимметричного мультивибратора 7, триггера 8 со счетным входом и усилите25 лей мощности 9 и 10. Генератор 5 питает также линейный декодирующий преобразователь (ЛДП) 11 цифро-аналового преобразователя

3, кроме того, вместе со схемой совпадения 12 блока задержки 4 генератор управляет клю3О чами 13 и 14 нуль-органа 2, а через задержку

408137

15 блока задержки 4 управляет вентилем 16 нуль-органа 2.

Схема сравнения 17, усилитель постоянного тока (УПТ) 18, ключ 13, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ) 19, усилитель 20 с ключом 14 в цепи отрицательной обратной связи образуют нуль-орган измерительной системы 2, который предназначен для определения фазы разностного сигнала.

Схема сравнения 17 предназначена для получения разности сигналов датчика У„и напряжения U< ЛДП 11, поступающего на вход

УПТ 18. Ключ 13, АЗУ 19 и усилитель 20 с ключом 14 служат для запоминания амплитуды разностного сигнала на первой полуволне и для выделения импульса, пропорционального удвоенной амплитуде разностного сигнала на второй полуволне. Вентиль 16 позволяет исключить из импульса, получаемого на выходе усилителя 20, помехи, определяемые переходными процессами в ключах 13 и 14 при их коммутации.

Регистр 21 управляет линейным декодирующим преобразователем таким образом, чтобы

ЛУ= U„— U было равно нулю. Регистр 21 совместно с ЛДП 11 образуют ЦАП 3, который представляет собой преобразователь типа код-напряжение. Последовательность импульсов с выхода вентиля 16 управляет ЦАП

3, выходное напряжение которого компенсирует напряжение разбаланса, поступающее с датчика.

При воздействии на датчик 1 измеряемого параметра на выходе измерительной мостовой схемы появляется напряжение U, Нуль-орган 2 сравнивает напряжения У„и U за один период. Временная диаграмма поясняет работу схемы нуль-органа при прямоугольйой форме напряжения питания (фиг. 2а) датчика и описываемого устройства.

При питании прямоугольным напряжением датчика, который совместно с дополнительными активными сопротивлениями образует мостовую измерительную схему, выходное напряжение, поступающее к нуль-органу, содержит выброс переходной составляющей вблизи фронта питающего напряжения, что обусловлено реактивностями датчика и канала связи.

На фиг. 2б показана форма напряжения, поступающего к нуль-органу от индуктивного датчика, а на фиг. 2в — от емкостного датчика в режимах перекомпенсации и недокомпенсации.

Преходная составляющая выходного сигнала затухает, и в конце полупериода сигнал разбаланса определяется установившимся значением.

Сигнал разбаланса У„поступает на схему сравнения 17, к которой одновременно подводится компенсирующее напряжение прямоугольной формы от ЦАП 3.

Полученный разностный сигнал усиливается УПТ 18 и поступает на ключ 13.

Усиленный разностный сигнал на выходе усилителя показан на фиг. 2г при работе уст5

35 40

4 ройства с индуктивным датчиком и на фиг, 2д при работе с емкостным датчиком, Ключ 13, управляемый генератором 5, замыкается дважды за период. Отрицательные импульсы с несимметричного мультивибратора

7 (фиг. 2е) поступают на счетный вход триггера 8, который формирует прямоугольное напряжение (фиг. 2ж), поступающее на вход усилителей 9 и 10, работающих в режиме ключей. Со вторичных обмоток трансформатора 6 снимается прямоугольное напряжение (фиг. 2а), поступающее на диагональ питания датчика и ЛДП11.

Выходное напряжение несимметричного мультивибратора (фиг. 2е) дважды за период (фиг. 2з) замыкает ключ 13 в конце каждого полупериода, когда разностное напряжение определяется установившимся значением разбаланса и переходные процессы закончены.

Ключ 14 замыкается за период один раз (фиг. 2и). В моменты t> и t>, когда переходной процесс в измерительной цепи завершится, а на выходе УПТ 18 действует установившееся напряжение разности U или U<, замы1 каются ключи 13 и 14. АЗУ 19 запоминает сумму напряжений на выходе УПТ 18 остаточного напряжения ключа 13 и ключа 14, а напряжение на выходе усилителя 20 устанавливается в этот момент близким к нулю.

В моменты времени t2 и,4, когда замкнут только ключ 13, на вход УПТ 20 поступает импульс напряжения с амплитудой, равной разности напряжений на АЗУ 19 и на выходе

УПТ 18. На фиг. 2к и 2л показана форма напряжения на входе усилителя 20, а на фиг.

2м и 2н форма напряжения на его выходе, соответственно, при работе устройства с индуктивными и емкостными датчиками. 3а период напряжения составляющая дрейфа обоих УПТ, остаточные напряжения ключей и напряжение на АЗУ существенно не изменяются.

Дрейф усилителя 18 и остаточные напряжения ключа 13 не влияют на результат сравнения, а дрейф усилителя 20 и остаточные напряжения ключа 14 ослаблены в 4к раз, где к — коэффициент усиления УПТ 18 и

УПТ 20. Напряжение с УПТ 20 подается на вентиль 16, управляемый стробим пульсам и, поступающими с блока задержки 4.

От переднего фронта импульса с вентиля 12

1 в моменты времени 1д и 4 (фиг. 2о) - срабатывает схема задержки 15, с выхода которой снимается стробирующий импульс (фиг. 2п) на вентиль 16.

При не 1окомпенсации моста, в момент действия стробирующего импульса, на вход регистра 21 ЦАП 3 поступает сигнал «1» (фиг. 2р), в случае перекомпенсации поступает сигнал, соответствующий «О». При разомкнутых кЛючах 13 и 14 выходное напряжение усилителя 20 определяется составляющей дрейфа и помехами, но на результат сравнения оно не влияет.

408137

Предмет изобретения

Автокомпенсационное измерительное устройство, содержащее нуль-орган, состоящий из схемы сравнения, выход которой соединен со входом первого усилителя, аналогового запоминающего устройства и двух ключей, и датчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом генератора прямоугольных импульсов, выход датчика присоединен к первому входу схемы сравнения нуль-органа, второй вход которой подключен к выходу цифроаналового преобразователя, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора прямоугольпых импульсов, третий выход которого присоединен к управляющему входу первого ключа нуль-органа и к первому входу блока задержки, четвертый выход генератора прямоугольных импульсов подключен ко второму входу блока задержки, первый выход которого соединен с управляющим входом второго ключа нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности и быстродействия к помехоустойчивости, в нульорган дополнительно установлены вентиль и второй усилитель, вход которого через анало10 говое запоминающее устройство и первый ключ соединен с выходом первого усилителя, а через второй ключ — со своим выходом, который через вентиль подключен ко второму входу цифро-аналового преобразователя, 15 а управляющий вход вентиля подключен ко второму выходу блока задержки.

408137 Pea Z

Составитель Ю, Семушкин

Техред Л. Богданова

Корректоры; T. Хворова и Л. Новожилова

Редактор Е. Кравцова

Типография, пр. Сапунова, д. 2

Заказ 835/1 Изд № 290 Тираж 755 Подписное

ЦНИ11ПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5