RU1837397C - Способ функционального аналого-цифрового преобразовани и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительна  технике и конструкции устройств дл  функционального преобразовани  аналоговых сигналов (сигналов термопар и термо- сэпротивлений).

Цель изобретени  состоит в повышении тэчности и расширении области применени  за счет преобразовани  сигналов с большой нелинейностью.

На фиг. 1 представлена блок-схема функционального преобразовател ; на фиг. 2 - характеристика преобразовател .

Функциональный преобразователь содержит нормализатор 1, устройство 2 изменени  опорного напр жени , источник 3 опорного напр жени , переменный резистор 4, первый сумматор 5, второй сумматор 6, аналого-цифровой преобразователь 7/ цифровой индикатор 8. Вход устройства соединен со входом нормализатора 1, выход которого соединен с входом первого сумматора 5 и входом аналого-цифрового преобразовател  7. Источник 3 опорного напр жени  соединен со вторым входом второго сумматора 6 и через переменный

со со VI со ю VI

резистор 4 соединен со вторым входом первого сумматора 5, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 6. Выход второго сумматора 6 соединен с входом опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател  7, выход которого соединен с цифровым индикатором 8.

Устройство работает следующим образом . Сигнал от датчика (например, от термо- пары) поступает в нормализатор 1, нормализуетс  до определенного уровн  и поступает на второй вход аналого-цифрового преобразовател  7. На выходе аналого- цифрового преобразовател  7 и на индикаторе 8 по витс  число

N 1000-У -(1),

Don

где UBX - напр жение на входе аналого-цифрового преобразовател  7;

- напр жение на входе опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател  7

Сигнал с нормализатора 1, пройд  через схему 2 изменени  опорного напр жени , на выходе устройства 2 реализует уравнение

ивь,х Don + K(UBX - UBxmax),(2)

где U0n - опорное напр жение источника опорного напр жени  3;

ивхтах - величина, равна  максимальному значению напр жени  на входе устройства 2 изменени  опорного напр жени , соответствующему максимальному значению измер емого параметра (температуры);

К - коэффициент усилени  первого сумматора 5.

Причем первый сумматор 5 реализует зависимость K(UBx - UBxmax).

Напр жение 1)вхтзх получаетс  путем изменени  значени  переменного сопротивлени  4, и тогда при входном сигнале устройства, соответствующем максимальному значению измер емой величины (температуры ) на выходе первого сумматора 5 напр жение должно быть равно нулю. Второй сумматор б реализует зависимость

Uon + K(Uex-UBxm8X)U on.

т.е. U on - опорное напр жение на входе напр жени  аналого-цифрового преобразовател  7, завис щее от входного сигнала устройства.

На фиг. 2 показан механизм образовани  напр жени  U on.

На выходе аналого-цифрового преобразовател  по вл етс  сигнал, соответствующий

Don

1000

Uon + К ( Uex - Uex3 )

(3)

где К

1000 - r-Uon

1Мх

I ,|max Uex UBX

Способ аналого-цифрового функционального преобразовани  осуществл етс 

следующим образом.

На вход нормализатора 1 подают сигнал от источника сигнала (например, термопары ). В нормализаторе 1 входной сигнал нормируетс  (усиливаетс  и смещаетс ) до

определенного уровн  1)вхтах, определ емого диапазоном измерени  измер емого параметра. С выхода нормализатора 1 сигнал подаетс  на аналоговый вход аналого- цифрового преоборазовател  7.

Одновременно сигнал UBX с выхода нормализатора 1 подаетс  на вход устройства 2 изменени  опорного напр жени , на первый вход первого сумматора 5 На второй вход первого сумматора 5 подаетс  сигнал,

равный по величине (-UBxmax), формирующийс  с помощью источника 3 опорного напр жени  и определ емый величиной переменного резистора.

При коэффициенте усилени  первого сумматора 1, равном К. на выходе его получаетс  сигнал, определ емый формулой K(UBx - ивхтах). Этот сигнал подаетс  на первый вход второго сумматора 6, на второй

вход которого подаетс  сигнал Uon с источника 3 опорного напр жени . При коэффициенте усилени  второго сумматора 6, равном 1, на выходе второго сумматора имеем сигнал

U on Uon + K(U8x - UBXmax).

Этот сигнал подаетс  на вход опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател  7, в котором осуществл етс  преобразование в код дл  управлени  блоком индикации 8 в соответствии с формулой ивх

Nx 1000

U c

0

1000

и

вх

Uon + к (ивх - )

где NX - код, соответствующий величине измер емого параметра.

Очевидно, что величина Nx имеет нелинейную зависимость от входного сигнала

5 UBXВыбором соответствующего значени  К

достигаетс  линейность зависимости Nx от величины измер емого параметра.

Возьмем в соответствии с ГОСТ 3044-84 Преобразователи термоэлектрические. Номинэльные статические характеристики првобоазовани  характеристику ТХК, XKIL), диапазон измерени  температуры от ОфЮО°С,

Напр жение на выходе датчика (Уд) измер етс  от 0 до 6,86 мВ.

В нормализаторе 1 сигнал датчика нор- ма||изуетс  до уровн  0-1000 мВ, при этом ффициент усилени  нормализатора (Кус) жен быть равным 145,77. При Don e 1000

ко до мВ ма И О му р  эт

5.°.

и Uex, 1000 мВ (см. формулу 3) при симальном входном сигнале имеем Nx ,0. Дл  расчета коэффициента К по фор- е (4) определ ем значение UBX при изме- мой температуре 50°С (очевидно, что дл  и температуры Nx должно быть равно 0). При ид 50°с 3,306 мВ и Кус 145,77,,

4/ЛО4ГЮ. П

по не

-78

5

чал дат изм 19,

10 U8x Кус сиг ме

15

им|еем Vex.50 481.92 мВ. По формуле 4:

100,0

481.92 50.0

-1000

481,92 -1000

0,069781.

Результаты функционального преобра- приведены в табл. 1.

Максимальна  погрешность не превы- 1ш|етО,1°С.

По предлагаемому техническому решению разработан и испытан макет, в котором блок 1 нормализатор выполнен на микро- сх }ме КР 140 УД12 08, блоки-сумматоры 5 и 61 а микросхеме КР140УД12 08 -блок знало- го цифрового преобразовател  7 на микро- сх эме КР 5 72 ПВ 2, блок индикации 8 - на MI кросхемах АЛ С 333.

Выпуск прибора, выполненного по за вл емой схеме намечен на 1992 г. Существующий способ и устройство позвол ет осуществл ть преобразование сигналов от источников, обладающих незначительной ( ),2%) нелинейностью (например, платино- вь е термосопротивлени ). При увеличении нелинейности погрешность преобразова- HV   будет расти ввиду того, что аппроксима- цп  нелинейной характеристики осуществл етс  с помощью всего двух ли- ж иных участков с точкой перегиба в т. О.

Предлагаемые способ и устройство ПОЗЕ ол ют без потери точности преобразовы- ть сигналы от источников со значительно бфльшей нелинейностью (например, термо- ры).

В прототипе при измерении температу- pii с помощью термосопротивлени  ТСП 1(10П в диапазоне температур -50...+50°С

П1

грешность составл ет 0,4% 2.

6 предлагаемом устройстве дл  ТСП 1ЙЮП в диапазоне температур -50...+50°С

,,

погрешность преобразовани  составл ет не более 0,02% (см. расчет).

ТСП 100П Тиэм - -50...+50°С Идвтч - -78,98-119,71 Ом.

Если в нормализаторе 1 подавить начальное сопротивление 100 Ом и эапитать датчик током 1 мА. то можно говорить об изменении входного сигнала от -20,02 до 19,71 мВ.

Дл  диапазона индикации -50...50,0 U8xmax должно быть равно 500 мВ. Отсюда Кус 25.368 и ивхт|п г-507,86 (значение сигнала на выходе нормализатора 1 при измер емой температуре -50,0°С)

100.0 5оо6 100° - 507,86 -500

-0.0155974.

Результаты функционального преобразовани  приведены в табл. 2.

Максимальна  погрешность преобразовани  не превышает 0,02°С.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Способ функционального аналого- цифрового преобразовани , включающий нормирование входного сигнала, формирование опорного напр жени , аналого-цифровое преобразование пронормированного сигна- ла в код с последующей индикацией результата преобразовани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  области применени  за счет преобразовани  сигналов с большой нелинейностью, формирование опорного напр жени  осуществл ют сигналом непрерывно по формуле

   Uon + K(UBx-UBxMaKC), где U on - сформированное опорное напр - жение;

   Uon - напр жение источника опорного напр жени ;

   К- масштабный коэффициент; UBX - напр жение прономированного сигнала;

   UsxMaKC максимальное значение напр жени  пронормированного сигнала.
2. 2. Устройство функционального аналого-цифрового преобразовани , содержащее последовательно соединенные нормализатор , вход которого  вл етс  входной шиной, аналого-цифровой преобразователь и циф- ровой индикатор, а также включенный между выходом нормализатора и входом опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател  блок изменени  опорного напр жени , отличающеес  тем, что, с целью повышени ,точности и расширени  области применени  за счет преобразований сигналов с большой нелинейностью, блок изменени  опорного напр жени  выполнен на переменном резисторе, источнике опорного йапр жени  и двух сумматорах, причем первый вход первого сумматора  вл етс  входом блока измерени  опорного напр жени , второй вход через переменный резистор соединен с выходом источника опорного напр жени , которой соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход второго сумматора  вл етс  выходом блока изменени  опорного напр жени .

   Таблица1

   Таблица2

   ОЭ

   фЈ/&1

   Vto ffff+ttox-V™)

   0.

   1837397

   (r)

   max

   rf

   Т