Пристрій корекції нульового рівня сигналу постійного струму

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различного рода измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрическо "it* го сопротивления и т.д. В устройстве решается задача компенсации дрейфа нуля. При этом входной сигнал устройства суммируется с выходным сигналом первого источника опорного напряжения, а суммарный сигнал поступает на первый.вход суммирующего усилителя„ Выходной сигнал последнего поступает на вход индикатора и' на первый вход компаратора, в котором сравнивается с выходным сигналом второго источника опорного сигнала. Выходной сигнал компаратора поступает на вход "Запрет счета" реверсивного счетчики, на счетный вход которого поступает выходной сигнал гене-г ратора импульсов, а на вход "Установка " 0 " - выходной сигнал блока запуска. Выходной сигнал реверсивного лпяма счетчика анализируется в декодирующей «ими» резистивной матрице, а результат сравнения поступает на второй вход суммирующего усилителя, 1 ил» 122640 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различного рода электронных измерительных приборах, преимущественно для измерения параметров, не имеющих отрицательного значения, например концентрации веществ, электрического сопротивления и т.д. Цель изобретения - повышение точности устройства. На чертеже представлена принципиальная схема устройства. Устройство содержит источник 1 сигнала, переменный резистор 2, суммирующий усилитель 3, генератор 4 импульсов, счетчик 5 импульсов, декодирующую резистивную матрицу 6, компаратор 7, переменный резистор 8, индикатор 9 выходного сигнала, блок 10 запуска, первый и второй источники 1 1 и 12 постоянного напряжения, первый и второй источники 13 и 14 опорного напряжения, общие шины 15-17, резисторы 18-21, операционный усилитель 22. На чертеже U K o p обозначает выходной сигнал декодирующей резистивной матрицы 6, и 6 ы к - выходной сигнал суммирующего усилителя 3, D c - выходной сигнал источника 1 сигнала, U p выходной сигнал второго источника опорного напряжения. В качестве источника 1 сигнала может быть применен источник сигнала постоянного тока. Последовательное соединение счетчика 5 импульсов и декодирующей резистивной матрицы 6 представляет собой цифроаналоговыи преобразователь. В состав первого источника 13 опорного напряжения входят источник 11 постоянного напряжения, переменный резистор 2 и общая шина 15. В состав второго источника 14 опорного напряжения входят источник 12 постоянного напряжения, переменный резистор 8 и общая шина 16. . В состав суммирующего усилителя 3 входят резисторы 18-21, операционный усилитель 22 и общая шина 17. В варианте устройства, изображенном на чертеже, индикатор 9 выходного сигнала подключен непосредственно к выходу суммирующего усилителя 3, который должен для этого обладать необходимым коэффициентом усиления К у , поскольку при усилении 5 10 15 20 25 сигнала после суммирующего усилителя 3 может также возникну-* отклонение сигнала, которое невозможно скомпенсировать данным устройством. Если необходимо получить более высокий уровень сигнала, после суммирующего усилителя 3 можно включить масштабный усилитель и его выход соединить с входом компаратора 7, В этом случае коэффициент усиления Ку соответствует суммарному коэффициенту усиления суммирующего 3 и масштабного усилителей. На входах суммирующего усилителя 3 одновременно присутствуют три входных напряжения. Б предлагаемом варианте на его инвертирующий вход подают напряжение коррекции U K o p , а на его неинвертирующий вход - напряжения Ц. от источника 1 сигнала и напряжение U с выхода второго источника 13 опорного напряжения, В результате этого на ввыходе суммирующего усилителя 3 образуется напряжение U 6 b i x t регистрируемое индикатором 9 выходного сигнала и определенное выражением: V 30 С Р КОР ' і (1) где и с - выходные сигналы и с точника 1 с и г н а л а , источника 13 опорного напряжения и декодирую35 щей р е з и с т и в н о й м а т р и цы 6 . Обычно д л я измерительных приборов при Uc = О, 1)ВЫХ должно быть также р а в н о нулю или к а к о й - л и б о з а р а н е е 40 з а д а н н о й постоянной величине Us . При UBbix = 0 и з ( 1 ) с л е д у е т : -U =-(1 (2) Поскольку регулируемое напряжение 45 Uр подается на неинвертирующий вход суммирующего усилителя 3, то знак "-" сохранен в формуле (2) для получения на выходе суммирующего усилителя 3 нулевого напряжения. 50 При UQ =11. из О ) получают: к и (3) Практически U 3 на выходе сумми55 рующего усилителя 3 получают изменением UB на величину с помощью резистора 2„ при этом I ' 1226401 выражение (3) принимает вид, аналогичный (2), Если установить U p = 0,4-0,бивдрМ№. т.е. около середины диапазона изменения корректирующего напряжения, то такое включение обеспечивает корректировку уровня сигнала как в сторону его повышения, так и в сторону понижения. LI При напряжении Bbix равном нулю или заданному U 3 , которое подключено к первому входу "компаратора 7, на другом его входе устанавливают с помощью переменного резистора 8 напряжение срабатывания так,что на выходе компаратора 7 образуется запрещающее напряжение. Это напряжение поступает, например, на вход "Запрет счета" счетчика импульсов 5, прекращая поступление импульсов от генератора 4 импульсов на счетчик 5 импульсов. При этом триггеры счетчика 5 импульсов стоят в положении, обеспечивающем на выходе декодирующей резистивной матрицы 6 напряжение U K o P = 0,40 » 6 U K O P мЛкй = При выполнении равенства (2) на выходе суммирующего усилителя 3 образуется напряжение Un,.. = - 0. Если в это время на выходе источника 1 сигнала появляется сигнал U c > 0, то после усиления суммирующим усилителем 3 его регистрирует индикатор 9 выходного сигнала, проградуированный в единицах измеряемого параметра. Устройство коррекции во время измерения не включается. Аналогично индикатор 9 выходного сигнала показывает сигнал при самопроизвольном дрейфе напряжения Uc в сторону положительных значений. Если измерение в это время не производится, то для восстановления нулевых показаний включают блок 10 запуска, например, одновибратор, который подает положительный импульс на вход "Установка "О" счетчика 5 импульсов. При этом на выходах счетчика 5 импульсов образуется напряжение, равное логическому нулю, и напряжение на выходе декодирующей резистивной матрицы 6 возрастает до максимального U K 0 P M a K C , Если (4), то исходя из равенства (1) получают U B M X с о. и U При U 6 b 4 с 0 срабатывает компаратор 7 и снимает сигнал запрета счета со счетчика 5 импульсов. Импульсы от генератора 4 импульсов начи 10 15 20 25 35 45 нают поступать на счетчик 5 импульсов, на выходах которого образуется с каждым поступающим импульсом новый логический код, поступающий на декодирующую резистивную матрицу 6, преобразующую код в ступенчато-изменяющееся напряжение, В данном случае необходимо ступенчато-уменьшающееся напряжение, получаемое соответствующим соединением выходов счетчика 5 импульсов и декодирующей резистивной матрицы 6. Напряжение И на выходе декодирующей резистинной матрицы о уменьшается, а напряжение ивь,„ на выходе суммирующего усилителя 3 возрастает, следовательно, до тех пор, пока U&biy не становится равным заданному значению. При этом срабатывает компаратор 7, что прекращает счет. Код на выходе счетчика 5 импульсов, а следовательно, и U K o P , сохраняются до следующей корректировки. Из (1) видно, что приращение напряжений коррекции ди^,р равно приращению напряжения сигнала Д11С . Из (4) следует, что, поскольку Up,у 0, * U & р , то 0,5 UHOpИ а к с >UC , т.е. 5 устройство срабатывает, если -уход сигнала U е не превышает 0,5UKoP ИФТ.с^ Диапазон изменения корректирующего напряжения выбирают исходя из реально возможного отклонения уровня сигн-ала. В случае измененияU c в сторону отрицателышх значений, У ш сразу же становится меньЪе заданного, что приводит к срабатыванию компаратора 7. Первый же импульс на выходе генератора 4 импульсов изменяет состояние триггеров счетчика 5 импульсов так, что двоичное число кода на его выходе возрастает на единицу. Декодирующая резистивная матрица 6 соответственно уменьшает своє выходное напряжение на величину, соответствующую уровню квантования напряжения U K o p 9 который равен 50 - число триггеров счетчика. 5 импульсов. Выходной сигнал суммирующего усилителя 3 увеличится на величину К ч * 55 « йи . Импульсы поступают на счетчик 5 импульсов до тех пор, пока UB, не достигает заданного значения. Тогда компаратор 7 останавливает счет на где 1226401 новом значении кода, которое хранится, пока не производится очередная коррекция то ли с помощью блока 10 запуска, то ли автоматически, при уменьшении уровня сигнала. Обычно в качестве цифроаналогового преобразователя применяют декоди-> ругошие резистивиые матрицы типа К - 2R, Иод воздействием напряжения с 10 выходов счетчика 5 импульсов включаются те или иные звенья декодирующей резистивиой матрицы 6, вследствие чего меняется ее сопротивление. При подключении источника 1 сигна15 ла и декодирующей резистивной матрицы 6 на один вход суммирующего усилителя 3, указанная матрица оказывается включенной параллельно нагрузке источника 1 сигнала, в результа20 те чего последний перегружается, В то же время включение нагрузки параллельно декодирующей резистивной матрице С нарушает линейность преобразования „ 25 Поэтому желательно для развязки данных цепей подключать источник 1 сигнала и декодирующую резистивную матрицу 6 к разным входам операционного усипителя. 30 Поскольку корректирующее'напряжение U K o p является ступенчато-изменяющимся, то вследствие этого возникает погрешность установки уровня сигнала ^БЫ* . Эта погрешность опреде- • ляется уровнем квантования выходного сигнала U K O P декодирующей резистивной матрицы 6 и линейностью ее преобразования. Линейность преобразования в свою очередь зависит от точности подбора резисторов декодирующей резистивной матрицы 6. •Применение интегральных декодирующих резистивньсї матриц позволяет пренебречь погрешностью подбора резисторов . Погрешность устройства вследствие, квантования корректирующего напряжения определяется соотношением: большинство измерительных приборов. Для повышения точности установки можно применить счетчики в десять и более разрядов. Указанные отличительные особенности позволили повысить примерно в шесть раз точность предлагаемого устройства коррекции. Испытания макета устройства для применения его для коррекции нулевых показаний инфракрасного газоанализатора показывают, что при проведении периодической коррекции (1 раз в 6 ч) возрастает стабильность нулевых показаний, причем ухода нулевого сигнала э область отрицательных значений не наблюдается, Применение изобретения в газоанализаторе дает возможность повысить класс точности газоанализатора. Применение изобретения в других измерительных приборах позволит существенно повысить точность измерений, их оперативность, поскольку отпадает необходимость проверки и установки нулевых показаний измерительного _ прибора. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Устройство коррекции нулевого уровня сигнала постоянного тока, содержащее суммирующий усилитель, соединенный выходом с входом индикатора выходного сигнала и первым входом компаратора, первым входом - с выходом источника сигнала, а вторым входом - с выходом декодирующей резкетивной матрицы, подключенной входами к соответствующим выходам счетчика импульсов, соединенного счетным входом с выходом генератора импульсов, а входом "Запрет счета" с выходом компаратора, подключенного вторым вводом к выходу первого источника опорного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, 50 в нем дополнительно установлены вто100 рой источник опорного напряжения и блок запуска, соединенный выходом с где £ - относительная погрешность; входом "Установка "О11 счетчика ими ~ число разрядов счетчика 5 пульсов, а выход второго источника импульсов. 55 опорного напряжения соединен с перОтсюда для восьмиразрядного счетвым входом суммирующего усилителя. чика £= 0^195%, что удовлетворяет 1226401 Редактор Е.Папп Заказ 2131/46 Составитель Ю.Гладков Техред И.Попович Корректор М.Максимишгаец Тираж 836 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород» ул. Проектная, t\