SU1305855A1 - Converter of resistive bridge disbalance to time interval - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано в объектах промыптенной автоматики и в роботизированных комплексах. Цель изобретени  - повышение точности преобразовани . Преобразователь содержит источник 1 эталонного напр жени , : , ключ 2, врем задающий элемент, выполненный на конденсаторе 3 и резисторе 4, усилитель 5, первый и второй ре- зистивные мосты 6, 7, первый и второй дифференциальные усилители 8, 9, компаратор 10, источник 11 опорного напр жени , шину 12 начала преобразовани , выходную шину 13. Повышение точности достигаетс  за счет устранени  мультипликативных компонент погрешности преобразовани , поскольку результат преобразовани  пропорционален отношению коэффи1щентов разбаланса первого и второго резистивных мостов. 2 ил. (Л Стоп 13 Старт 72 оо о ел 00 ел ел Фиг.1The invention relates to measuring and analog computing and can be used in industrial automation objects and in robotic complexes. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the conversion. The converter contains the source 1 of the reference voltage,:, switch 2, the time setting element made on the capacitor 3 and the resistor 4, the amplifier 5, the first and second resistance bridges 6, 7, the first and second differential amplifiers 8, 9, the comparator 10 , the reference voltage source 11, the conversion start bus 12, the output bus 13. The accuracy is improved by eliminating the multiplicative components of the conversion error, since the conversion result is proportional to the ratio of the first and second unbalance coefficients wow resistive bridges. 2 Il. (L Stop 13 Start 72 oo o ate ate ate figure 1

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике.This invention relates to automation and computing.

Цель изобретени  - повьпиение точности .преобразовани .The purpose of the invention is to show the accuracy of conversion.

На фиг. 1 приведена функциональна  схема преобразовател  разбаланса ре- зистивного моста в интервал времени; на фиг. 2 - эквивалентна  электрическа  схема преобразовател .FIG. 1 shows a functional diagram of a converter for unbalanceing a resistive bridge into a time interval; in fig. 2 - equivalent electrical converter circuit.

Преобразователь разбаланса резис- тивн-ого моста в интервал времени содержит источник 1 эталонного напр жени , ключ 2, конденсатор 3 и резисторThe converter of the unbalance of the resistive bridge into the time interval contains a source of 1 reference voltage, a switch 2, a capacitor 3 and a resistor

4врем задающего элемента, усилитель4 time driving element amplifier

5напр жени , первый 6 и второй 7 ре- зистивные мосты,  вл юп иес  датчиками преобразуемой информации, первый 85 over voltage, first 6 and second 7 resistive bridges, is transduced information sensors, first 8

и второй 9 дифференциальные усилители , компаратор 10, источник 11 опорного напр жени , шину 12 начала пре- образовани , сигнал которой  вл етс  сигналом Старт формируемого временного интервала, выходную шину 13, сигнал которой  вл етс  сигналом Стоп формируемого временного интервала.and the second 9 differential amplifiers, the comparator 10, the reference voltage source 11, the conversion start bus 12, the signal of which is the Start signal of the time interval being formed, the output bus 13 whose signal is the Stop signal of the time interval being formed.

На эквивалентной схеме (фиг. 2) первый дифференциальный усилитель 8 представлен управл емым источником 14 напр жени , а второй дифференциальный усилитель 9 - управл емым источ- НИКОМ 15 напр жени .In the equivalent circuit (FIG. 2), the first differential amplifier 8 is represented by a controllable voltage source 14, and the second differential amplifier 9 is a controllable voltage source 15.

Преобразователь разбаланса резис- тивного моста в интервал времени работает следующим образом.Converter unbalance of the resistive bridge in the time interval works as follows.

Б исходном состо нии ключ 2 замк- нут, конденсатор 3 зар жен разностью напр жений источников 1 и 14. На выходах дифференциальных усилителей 8 и 9 имеютс  некоторые начальные уровни напр жений. Сигналом Старт с входа 12 ключ 2 размыкаетс  на врем  протекани  переходных процессов в схеме . Конденсатор 3 разр жаетс  током i(t), величина которого определ етс  сопротивлением R резистора 4, коэффи- циентами разбаланса мостов б и 7, коэффициентами усилени  усилителей 5 8 и 9 и собственной емкостью С конденсатора 3. Коэффициент j разбаланса резистивного моста равен отношению вы ходного напр жени  к напр жению питани  моста, значение его никогда не превосходит единицы. Дл  тензомоста коэффициент разбаланса пропорционален деформирую щему усилению, дл  об- щего случа  резистивного моста - входному воздействию.В схеме можно выделить два контура усилени : усилитель 5 (коэффициентIn the initial state, the key 2 is closed, the capacitor 3 is charged by the difference of the voltages of sources 1 and 14. At the outputs of the differential amplifiers 8 and 9 there are some initial levels of voltages. By the Start signal from input 12, key 2 is opened for the duration of transient processes in the circuit. The capacitor 3 is discharged by the current i (t), the value of which is determined by the resistance R of the resistor 4, the unbalance coefficients of b and 7, the amplification factors of amplifiers 5 8 and 9, and the own capacitance C of the capacitor 3. The unbalance j of the resistive bridge equals the ratio you voltage to the supply voltage of the bridge, its value never exceeds unity. For a strain gauge, the unbalance factor is proportional to the deforming gain, for the general case of a resistive bridge — to the input effect. In the circuit there are two amplification circuits: amplifier 5

усилени  k) - ре зистивный мост 6 (коэффициент разбаланса у) - дифференциальный усилитель 8 (коэффициент усилени  icj) с общим коэффициентом передачи и усилитель 5 - резистивный мост 7 (коэффициент разбаланса ) - дифференциальный усилитель 9 (коэффициент усилени  k,) с общим коэффициентом передачи К . Эти контуры изображены на эквивалентной схеме штриховыми лини ми управл ющих воздействий дл  управл емых источников 14 и 15 напр жени . Напр жени  этих источников соответственно равныgains k) - resistive bridge 6 (unbalance factor y) - differential amplifier 8 (gain factor icj) with a common transmission coefficient and amplifier 5 - resistive bridge 7 (unbalance factor) - differential amplifier 9 (gain factor k,) with a common factor transfer to. These circuits are depicted on the equivalent circuit by dashed lines of control actions for controlled voltage sources 14 and 15. The voltages of these sources are respectively equal

U,(t) (t) у, , U(t); Ui(t) K,,U(t) ),U, (t) (t) y, U (t); Ui (t) K ,, U (t)),

где U(t) - напр жение на верхней обкладке конденсатора 3. Зависимость напр жени  от параметров схемы может быть найдена решением дифференциального уравнени , описывающего переходной процесс разр да КС-цепи. Уравнение дл  цепи, представленной на фиг. 2, имеет видwhere U (t) is the voltage on the top plate of the capacitor 3. The dependence of the voltage on the circuit parameters can be found by solving a differential equation describing the transient discharge of the KS circuit. The equation for the circuit shown in FIG. 2, has the form

Ri(t)+U2(t)-U, (t)-Uc(0)+ ji(t)dt,Ri (t) + U2 (t) -U, (t) -Uc (0) + ji (t) dt,

оabout

где U(-(0) - напр жение на конденсаторе в начальный момент времени,where U (- (0) is the voltage across the capacitor at the initial moment of time,

Uc(0) Е - и(0) (1-К,)Е. (2); где i(t) - контурный ток,Uc (0) Е - and (0) (1-К,) Е. (2); where i (t) is the loop current,

.,. u(t)-U2(t) (1-Кг)у(О , . lu; - р- - ,,- -и;.,. u (t) -U2 (t) (1-Kr) y (O,. lu; - p- -, - - and;

Решив уравнение (1) получаем и(0 Е.ехр(-Ь| |сHaving solved equation (1), we obtain and (0 E.exp (-b | | with

(4)(four)

Уравнение (4) описывает переходной процесс в схеме, изображенной на фиг,2,Equation (4) describes the transition process in the scheme shown in FIG. 2,

Компаратор 10 сравнивает напр же- . ние (t) с выхода усилител  5 (на фиг. 1 изображен в виде повторител  напр жени , т.е. k, 1).с опорным напр жением U , Е момент их равенства выдает сигнал Стоп на выход 13. Величину временного интервала Т между сигналами Старт и Стоп узнаем из уравнени  (4), подставл   в него k,,U(t) и t ТComparator 10 compares eg. (t) from the output of amplifier 5 (in Fig. 1 is depicted as a voltage follower, i.e. k, 1). with reference voltage U, Е the moment of their equality produces a Stop signal at output 13. The magnitude of the time interval T between the Start and Stop signals, we learn from equation (4) by substituting k ,, U (t) and t T into it

ехрexp

С ) J Pf i 1-К RC k,E C) J Pf i 1-K RC k, E

откудаfrom where

Rc, in ЬЕ . , ,  Rc, in ЬЕ. ,,

1-K2Uon l-Tjk kj1-K2Uon l-Tjk kj

.RC In 15 ..RC In 15.

UoriWari

(5)(five)

Уравнение (5)  вл етс  полным уравнением преобразовани  коэффициентов Ti 2 разбаланса резистивных мостов 6 и 7 в интервал времени Т. В foEquation (5) is the complete equation for converting the coefficients Ti 2 of the unbalance of resistive bridges 6 and 7 into a time interval T. In fo

этом уравнении произведение RC Inthis equation is the RC In product

представл ет собой константу, поэтому зависимость Т f-,()  вл етс  линейной, а зависимость Т f ,i(-r) - гиперболической. Функци  Т f(,y) моделирует операцию вычислени  част 1 него - со сдвигом на единицу каждоТг го аргумента вдоль своей оси коорди- is a constant, so the T f -, () relationship is linear, and the T f, i (-r) relationship is hyperbolic. The function T f (, y) models the operation of calculating part of it — with a shift by one of each Tg argument along its coordinate axis.

нат и умножением их соответственно на константы и k,kj.nat and multiplying them by constants and k, kj, respectively.

Получение результата преобразовани  в виде частного обеспечивает то, что мультипликативные компоненты пог- решности преобразовани  в числителе и знаменателе дроби компенсируют друг друга, вызыва  увеличение точности и стабильности преобр азовани  в широком диапазоне дестабилизирующих воз- действий.Obtaining the result of the transformation in the form of a quotient ensures that the multiplicative components of the transform error in the numerator and denominator of the fraction compensate each other, causing an increase in the accuracy and stability of the transformation in a wide range of destabilizing effects.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Преобразователь разбаланса резне- тинного моста в интервал времени, содержащий первый резистивный мост, перва  вершина дагонали питани  которого подключена к шине нулевого поThe converter of the unbalance of the rezintinny bridge in the time interval containing the first resistive bridge, the first vertex of the power supply of which is connected to the zero bus by fofo .. ( 5 20 (5 20 5 305 30 j тенциала , вершины измерительной диагонали подключены к соответствующим входам дифференциального усилител , компаратор, выход которого- вл етс  выходной шиной, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , введены второй резистивный мост, второй дифференциальный усилитель, усилитель напр жени , источник опорного напр жени , источник эталонного напр жени , вре- м задающий элемент, выполненный на последовательно соединенных резисторе и конденсаторе, второй вывод резистора подключен к выходу второго дифференциального усилител , второй вывод конденсатора подключен к выходу первого дифференциального усилител , первые выводы резистора и конденсатора объединены с выходом ключа и входом усилител  напр жени , выход которого подключен к первому входу компаратора, к второй верщине диагонали питани  первого резистивного моста и первой вершине диагонали питани  второго резистивного моста,втора  вершина диагонали питани  которого подключена к шине нулевого потенциала , вершины измерительной диагонали подключены к соответствующим входам второго дифференциального усилител , при этом выход источника опорного напр жени  подключен к второму входу компаратора, а выход источника эталонного напр жени  подключен к информационному входу ключа, управл ющий вход которого  вл етс  шиной начала преобразовани .The j junction, the tops of the measuring diagonal are connected to the corresponding inputs of the differential amplifier, the comparator, the output of which is the output bus, is different, in order to increase the accuracy of the conversion, a second resistive bridge, a second differential amplifier, a voltage amplifier, a source are introduced a reference voltage, a reference voltage source, a timing element made on a series-connected resistor and a capacitor, the second output of the resistor is connected to the output of the second differential The primary amplifier, the second terminal of the capacitor is connected to the output of the first differential amplifier, the first terminals of the resistor and the capacitor are combined with the output of the switch and the input of the voltage amplifier, the output of which is connected to the first input of the comparator, to the second power supply diagonal of the second resistive bridge a resistive bridge, the second vertex of the power diagonal of which is connected to the zero potential bus, the vertices of the measuring diagonal are connected to the corresponding inputs of the second of the differential amplifier, the output of the reference voltage source is connected to the second input of the comparator, and a reference source output voltage is connected to the data input of the key whose control input is a bus start conversion. Фиг. 2FIG. 2