МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ

МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ


RU (11) 2097777 (13) C1

(51) 6 G01R27/00, H03M1/50 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1997.11.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 94011405/09 
(22) Дата подачи заявки: 1994.04.01 
(45) Опубликовано: 1997.11.27 
(56) Аналоги изобретения: Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. - М.: Высшая школа, 1973, с. 179. RU, патент, 2002365, кл. G 01 R 27/00, 1993. 
(71) Имя заявителя: Кубанский государственный технологический университет 
(72) Имя изобретателя: Пугачев Е.В.; Хазнаферов В.А.; Выскубов Е.В. 
(73) Имя патентообладателя: Кубанский государственный технологический университет 

(54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ 

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - снижение зависимости результатов измерений от периодической составляющей помех, постоянной времени интегрирования и изменения сопротивления соединительных линий. Преобразователь содержит n датчиков, интегратор, выполненный на операционном усилителе, развязывающий элемент, выполненный на оптроне, три аналоговых коммутатора, два электронных ключа, повторитель напряжения и эталонный резистор. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для применения в программируемых контроллерах (ПК) и управляющих ЭВМ (УВМ) в качестве многоканального преобразователя, входной сигнал которого изменение сопротивлений резистивных датчиков (термометров сопротивления, тензодатчиков), а выходной интервал времени между началом и импульсом окончания преобразования.

Известен аналог заявляемого устройства преобразователь величины сопротивления во временной интервал (Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М. Высшая школа, 1973, с. 179), содержащий образцовый резистор, сравнивающее устройство, генератор пилообразного напряжения, триггер и ключ.

Недостатком данного преобразователя являются нелинейная зависимость величины интервала от значения сопротивления, а также низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа мостовой преобразователь измеряемой величины во временной интервал (патент РФ N 2002365), работающий по принципу уравновешенного моста. Схема прототипа представлена на фиг. 1.

Указанный преобразователь содержит измерительный мост, образованный постоянным полумостом с вершиной A и одним из подключаемых полумостов с вершинами B1, B2, BN. Одно из плеч постоянного полумоста - резистор R1, другое делитель напряжения R2, R3. Подключаемые полумосты R11-Rt1, R12-Rt2.R1N-RtN содержат постоянные сопротивления R11, R12.R1N. Rt1, Rt2.RtN - резистивные датчики, преобразующие измеряемую величину в изменение сопротивления. Датчики установлены в плечо, смежное с делителем R2, R3 постоянного полумоста. Вершины подключаемых полумостов B1, B2.BN соединены с входами аналогового коммутатора 1, выход которого связан с инвертирующим входом компаратора 2, являющегося индикатором равновесия моста. Таким образом, вершины B1, B2.BN могут быть поочередно подключены к измерительной диагонали моста. Для уравновешивания моста в схеме предусмотрен интегратор 3. Резистор R и конденсатор C задают постоянную времени интегрирования. Неинвертирующий вход интегратора 3 связан с вершиной A подключаемого полумоста, инвертирующий с выходом делителя R2, R3. Выход интегратора 3 подключен к неинвертирующему входу компаратора 2. Для начальной установки и запуска интегратора 3 предусмотрен электронный ключ 4 с гальванической развязкой. К выводам входной цепи ключа 4 подведен управляющий сигнал Uвх. Выходная цепь ключа 4 включена параллельно конденсатору C для замыкания его выводов по сигналу Uвх. Для гальванического отделения преобразователя от работающей с ним УВМ (ПК) выход компаратора 2 соединен с входом оптрона 5. Выводы выходной цепи оптрона 5 подключены к соответствующему входу УВМ или ПК.

Недостатком этого устройства является двухпроводное подключение датчиков, в следствие чего на результатах измерений сказывается изменение сопротивления соединительных линий. Кроме того, прямое интегрирование в процессе уравновешивания измерительного моста делает преобразователь чувствительным к действию периодической составляющей помех и приводит к зависимости результатов измерений от постоянной времени интегрирования, что снижает точность преобразования.

Цель изобретения снижение зависимости результатов измерений от периодической составляющей помех, постоянной времени интегрирования и изменения сопротивления соединительных линий.

Указанная цель достигается тем, что в многоканальный преобразователь сигналов резистивных датчиков во временной интервал, содержащий n датчиков, интегратор, выполненный на резисторе, конденсаторе и операционном усилителе, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом резистора, выход компаратора соединен с первым выводом развязывающего элемента, выполненного на оптроне, второй вывод которого соединен с общей шиной, а третий и четвертый выводы являются выходной шиной преобразователя, и первый аналоговый коммутатор, информационные входы которого соединены с первыми выводами резистивных датчиков, а адресный вход является адресной шиной преобразователя, введены второй и третий аналоговые коммутаторы, первый и второй электронные ключи, повторитель напряжения и эталонный резистор, при этом резистивные датчики первыми выводами подключены к шине опорного напряжения, а вторыми выводами к соответствующим информационным входам второго и третьего аналоговых коммутаторов, адресные входы которых соединены с адресной шиной преобразователя, выход первого аналогового коммутатора соединен с первым выводом первого электронного ключа, второй вывод которого соединен с общей шиной, а третий вывод соединен с входом повторителя напряжения, выход которого подключен к второму выводу резистора интегратора, выход второго аналогового коммутатора соединен с первым выводом второго электронного ключа, второй вывод которого соединен с выходом третьего коммутатора и одним из выводов эталонного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной, а третий вывод второго электронного ключа соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя интегратора и инвертирующим входом компаратора.

Технический результат достигается тем, что резистивные датчики подключены к преобразователю таким образом, что каждый датчик соединен с источником опорного напряжения и соответствующими входами трех аналоговых коммутаторов. Такое подключение датчиков позволяет избежать влияния сопротивления соединительных линий на результаты измерений. Два электронных ключа обеспечивают двухтактное интегрирование входного сигнала с заданной длительностью первого такта. В первом такте выходы первого и второго аналоговых коммутаторов соединяются соответственно с входом повторителя и с соединенными между собой неинвертирующим входом операционного усилителя интегратора и инвертирующим входом компаратора. Во втором такте вход повторителя соединяется с общей шиной, неинвертирующий вход операционного усилителя интегратора и инвертирующий вход компаратора соединяются с выходом третьего аналогового коммутатора и одним из выводов эталонного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной. Применение двухтактного интегрирования с заданной длительностью первого такта позволяет снизить влияние периодической составляющей помех на результаты измерений и делает их независимыми от постоянной времени интегрирования и колебаний опорного напряжения, что повышает точность преобразования.

Таким образом, использование совокупности отличительных признаков, указанных в формуле изобретения, позволяет достичь технический результат: повысить помехоустойчивость преобразователя, снизить зависимость результатов измерений от постоянной времени интегрирования и изменения сопротивления соединительных линий.

На фиг. 2 представлена схема многоканального преобразователя сигналов резистивных датчиков во временной интервал. Предлагаемое устройство включает три аналоговых коммутатора 1-3 для подключения резистивных датчиков 4. Каждый датчик подключен к источнику опорного напряжения и соответствующим входам коммутатора 1-3. Выход коммутатора 1 соединен с замыкающимся контактом электронного ключа 5, размыкающийся контакт которого соединен с общей шиной, а выходной контакт подключен к входу повторителя напряжения 6. Выход коммутатора 2 соединен с замыкающимся контактом электронного ключа 7, размыкающийся контакт которого соединен с выходом коммутатора 3 и одним из выводов эталонного резистора 8, другой вывод которого соединен с общей шиной, а выходной контакт подключен к неинвертирующему входу интегратора 9 и инвертирующему входу компаратора 10. Выход повторителя 6 соединен с резистором 11, который вместе с конденсатором 12 задает постоянную интегрирования. Выход интегратора 9 соединен с неинвертирующим входом компаратора 10, служащего индикатором окончания процесса преобразования. Для гальванического отделения преобразователя от работающей с ним УВМ (ПК) выход компаратора 10 подключен к входу оптрона 13, выходные выводы которого связаны с соответствующими входами УВМ или ПК.

Многоканальный преобразователь сигналов резистивных датчиков во временной интервал работает следующим образом.

В начальном состоянии ключи 5 и 7 находятся в нижнем по схеме положении, при этом вход повторителя 6 соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход интегратора 9 и инвертирующий вход компаратора 10 соединены с выходом коммутатора 3 и резистором 8. На инвертирующем входе интегратора 9 и соответственно на неинвертирующем входе компаратора 10 напряжение равно нулю, на выходе компаратора 10 установлен логический 0.

Пусть на адресной шине аналоговых коммутаторов 1-3 задан код первого канала. При переводе ключей 5 и 7 в верхнее по схеме положение на вход интегратора 9 подается напряжение



где URt1 падение напряжения на резистивном датчике;

USWi падение напряжения на i-ом коммутаторе;

UR12, UR13 падение напряжения на проводниках, соединяющих датчик соответственно с первым и вторым аналоговыми коммутаторами,

при этом на выходе компаратора 10 устанавливается логическая 1.

Ввиду малых входных токов повторителя 6, интегратора 9 и компаратора 10 составляющими USW1, USW2, UR12, UR13 можно пренебречь, тогда



где Uоп опорное напряжение;

R11 сопротивление проводника, соединяющего датчик с источником опорного напряжения;

R14 сопротивление проводника, соединяющего датчик с третьим коммутатором;

RSW3 сопротивление третьего аналогового коммутатора;

Ro сопротивление эталонного резистора.

По истечении времени To (длительность первого такта) на выходе интегратора 9 будет напряжение



где R сопротивление резистора 11;

C емкость конденсатора 12,

после чего ключи 5 и 7 переводятся в нижнее по схеме положение и на вход интегратора 9 подается напряжение, равное падению напряжения на эталонном резисторе Ro:



при этом происходит разряд конденсатора в течение времени Tx момента переключения компаратора 10



Поскольку суммарное приращение интеграла за цикл преобразования равно нулю, то



Сокращая последнее равенство на множитель



получаем

TxRo ToRt1,

откуда



Интерес представляет изменение сопротивления датчика, несущее информацию об измеряемой величине, поэтому положим, что

Rt1= R0+R,

где R приращение сопротивления датчика.

Тогда



Из последнего выражения видно, что на результатах измерений не отражается изменение сопротивления соединительных линий. Кроме того, результат измерений не зависит от колебаний опорного напряжения Uоп и параметров резистора R и конденсатора C, задающих постоянную времени интегрирования. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Многоканальный преобразователь сигналов резистивных датчиков во временной интервал, содержащий n датчиков, интегратор, выполненный на резисторе, конденсаторе и операционном усилителе, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора и первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и первым выводом резистора, выход компаратора соединен с первым выводом развязывающего элемента, выполненного на оптроне, второй вывод которого соединен с общей шиной, а третий и четвертый выводы являются выходной шиной преобразователя, и первый аналоговый коммутатор, информационные входы которого соединены с первыми выводами резистивных датчиков, а адресный вход является адресной шиной преобразователя, отличающийся тем, что в него введены второй и третий аналоговые коммутаторы, первый и второй электронные ключи, повторитель напряжения и эталонный резистор, при этом резистивные датчики первыми выводами подключены к шине опорного напряжения, а вторыми выводами к соответствующим информационным входам второго и третьего аналоговых коммутаторов, адресные входы которых соединены с адресной шиной преобразователя, выход первого аналогового коммутатора соединен с первым выводом первого электронного ключа, второй вывод которого соединен с общей шиной, а третий вывод соединен с входом повторителя напряжение, выход которого подключен к второму выводу резистора интегратора, выход второго аналового коммутатора соединен с первым выводом второго электронного ключа, второй вывод которого соединен с выходом третьего коммутатора и одним из выводов эталонного резистора, другой вывод которого соединен с общей шиной, а третий вывод второго электронного ключа соединен с неинвентирующим входом операционного усилителя интегратора и инвертирующим входом компаратора.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru