ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ Российский патент 1995 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для преобразования изменений сопротивлений резистивного первичного преобразователя в напряжение.

Известны преобразователи сопротивления в напряжение, построенные на основе линейной зависимости падения напряжения от сопротивления на постоянном токе. Построенные таким образом преобразователи при качественном стабилизаторе тока обладают высокими техническими характеристиками [1].

Однако при преобразовании приращения сопротивления в напряжение, пропорциональное приращению сопротивления относительно его начального значения, эти устройства обладают небольшим выходным диапазоном и вследствие этого низкими метрологическими характеристиками.

Известен преобразователь сопротивления в напряжение компенсацией начального значения преобразуемого сопротивления, cодержащий источник опорного напряжения, подсоединенный через резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, в отрицательной обратной связи которого находится резистор с изменяемым сопротивлением, на второй - неинвертирующий вход операционного усилителя подсоединено своей общей точкой два последовательно соединенных резистора, один из которых своим вторым выводом соединено с источником опорного напряжения, а другой - с земляной шиной. Этот делитель опорного напряжения компенсирует напряжение на выходе операционного усилителя, соответствующее начальному значению изменяемого сопротивления [2].

Недостатком этого устройства является малый уровень и небольшой диапазон выходного сигнала. Это связано с тем, что изменение сопротивления составляет десятки, единицы и доли ома, а входное сопротивление имеет размерность килоомов (ток в милиамперах), вследствие чего коэффициент передачи операционного усилителя меньше единицы. Малый коэффициент передачи операционного усилителя и определяет малый диапазон выходного сигнала, имеющего уровень порядка единиц миливольт, что для устойчивой работы последующих устройств, например логики, явно недостаточно. Дополнительное усиление выходного сигнала с преобразователя отдельным усилителем увеличивает погрешность преобразования.

Целью изобретения является увеличение диапазона выходного сигнала с преобразователя без ухудшения его метрологических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, подключенный через первый резистор к инвертирующему, а через второй - к неинвертирующему входу операционного усилителя, соединенного через третий резистор с земляной шиной, резистор с изменяемым сопротивлением, подключенный своим первым выводом к инвертирующему входу операционного усилителя, введено дополнительно два последовательно соединенных резистора, включенных между выходом операционного усилителя и земляной шиной и соединенных своей общей точкой с вторым выводом резистора с изменяемым сопротивлением.

На чертеже представлена схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь изменения сопротивления в напряжение с компенсацией начального значения преобразуемого сопротивления содержит источник 1 опорного напряжения, первый резистор 2, второй резистор 3, третий резистор 4, операционный усилитель 5, четвертый изменяемый резистор 6, пятый резистор 7, шестой резистор 8. Выход операционного устройства является выходом преобразователя.

Работает данный преобразователь следующим образом.

Напряжение с источника 1 опорного напряжения поступает на делитель напряжения, состоящий из второго резистора 3 и третьего резистора 4, напряжение с которого фоpмирует на неинвертирующем входе операционного усилителя 5 смещение, равное падению напряжения на четвертом изменяемом резисторе 6
U_см= = I₁·R₄
В предлагаемом преобразователе приведенное равенство фиксируется по отношению к крайнему значению сопротивления R₄, например максимальному. Ток J₁, необходимый для этого, формируется с помощью первого резистора 2
I₁=
на основе соотношения
· R₄=
выполняемого при
=
Это определяет в точке в схемы потенциал, равный "0". Весь ток J₁ в этом случае идет по сопротивлению R₅. При токе в милиамперах, сопротивлении R₅ в килиомах падение напряжения на нем будет в вольтах. Таким образом, максимальному значению сопротивления R₄ соответствует выходной сигнал в вольтах. Вторую точку диапазона, соответствующую нулевому значению напряжения на выходе, получаем выбором сопротивления шестого резистора 8 из соотношения
=
по выражению
R₆= R₅· где U₂ - напряжение в точке г схемы преобразователя, соответствующее максимальному значению сопротивления резистора R₄;
U_b - напряжение в точке в схемы преобразователя, соответствующее номинальному или специальным образом выбранному значению сопротивления резистора R₄.

Это позволяет мультипликативную составляющую погрешности в выходном сигнале компенсировать выбором сопротивления резистора R₆, а аддитивную - выбором сопротивления резистора R₅.

Учет сопротивлений соединяющих проводников (r₁,r₂) для изменяемого резистора R₄ в данной схеме преобразователя может быть осуществлено вводом петли (r_n) между земляной шиной и третьим резистором 4, повторяющей параметры соединительной линии и проходящей вместе с ней (r_n=r₁+r₂).

Использование в предлагаемом преобразователе двух новых резисторов, введенных в цепь обратной связи, позволяет по сравнению с прототипом получить следующие преимущества: уменьшить в выходном сигнале величину аддитивной и мультипликативной погрешности; расширить диапазон представления выходного сигнала; добиться раздельной независимой регулировки верхней и нижней границ диапазона представления выходного сигнала; уменьшить нагрев первичного резистивного датчика проходящим через него током за счет преобразования выходного диапазона представления сигнала.

Использование: относится к информационно-измерительной технике и предназначено для преобразования измерений сопротивлений резистивного первичного преобразователя в напряжение. Сущность изобретения: новизна изобретения определяется введением в преобразователь двух резисторов с новыми связями, за счет чего увеличивается диапазон представления выходного сигнала без ухудшения его метрологических характеристик. Использование предлагаемого преобразователя по сравнению с известным дает следующие преимущества: уменьшает в выходном сигнале погрешности; существенно увеличивает диапазон представления с преобразователя выходного сигнала; обеспечивает независимую регулировку верхней и нижней границ диапазона представления выходного сигнала; уменьшает нагрев первичного резистивного датчика проходящим через него током за счет преобразователя выходного диапазона представления сигнала. 1 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ, содержащий источник опорного напряжения, подключенный через первый резистор к инвертирующему, а через второй - к неинвертирующему входам операционного усилителя, соединенного через третий резистор с общей шиной, резистор с изменяемым сопротивлением, подключенный своим первым выводом к инвертирующему входу операционного усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения выходного сигнала с преобразователя без ухудшения его метрологических характеристик, в него дополнительно введено два последовательно соединенных резистора, включенных между выходом операционного усилителя и общей шиной и соединенных своими общими выводами с вторым выводом резистора с изменяемым сопротивлением.