СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТОРНОГО ДАТЧИКА В НАПРЯЖЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК G01K7/16 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, а именно к преобразователям сопротивления резистора в информационный сигнал, и может использоваться в системах дистанционного контроля температуры и других физических величин.

Известны способы дистанционного контроля сопротивления термометра сопротивления или терморезистора, при котором пропускают постоянный ток заданного значения через измеряемый и образцовый резисторы, измеряют падение напряжения на измерительной цепи и по результатам измерений вычисляют значение сопротивления терморезистора. Способы и устройства для их осуществления описаны в [1] и [2].

Недостатками способов и устройств являются сложность настройки процесса дистанционного контроля сопротивления и усложнение устройств, приводящее к снижению точности и надежности функционирования.

Наиболее близким по технической сущности является способ, реализованный в устройстве, описанном в [2]. Этот способ и устройство приняты за прототип. В способе, описанном в прототипе, ток, пропускаемый через образцовый и измеряемый резисторы необходимо изменять по величине и направлению в процессе преобразования, запоминать и хранить четыре значения напряжений, что усложняет процесс определения сопротивления терморезистора.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, состоит в упрощении процедуры преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока и повышении точности преобразования за счет увеличения чувствительности процесса преобразования.

Это достигается тем, что в способе дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока, при котором с помощью соединительной линии пропускают постоянный ток заданной величины через резисторный датчик, измеряют падение напряжения на сопротивлениях электрической цепи и по результатам измерений вычисляют нужные параметры, резисторный датчик отключают от соединительной линии на ее конце, на место датчика временно подключают резистор, сопротивление которого равно сопротивлению заданной нижней границы диапазона изменения сопротивления резисторного датчика, измеряют падение напряжения на сопротивлениях последовательно соединенных проводников линии и временно подключенного резистора, запоминают измеренное значение падения напряжения, формируют дополнительное напряжение, равное по модулю, но противоположное по знаку измеренному падению напряжения, запоминают дополнительное напряжение, заменяют временно установленный резистор на резисторный датчик, измеряют падение напряжения на суммарном сопротивлении проводников линии и резисторного датчика, а результат преобразования получают суммированием измеренного падения напряжения на суммарном сопротивлении проводников линии и резисторного датчика и сформированного дополнительного напряжения.

Устройство для дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока, содержащее источник тока, двухпроводную соединительную линию с входными и выходными зажимами, резисторный датчик, первый усилительный элемент, при этом источник тока, первый провод соединительной линии, резисторный датчик и второй провод соединительной линии образуют токовую входную цепь устройства, вход первого усилительного элемента соединен с выходом источника тока и входным зажимом первого провода соединительной линии, отличающееся тем, что в него дополнительно введены сумматор напряжений с первым и вторым входами, дополнительный регулируемый источник напряжения, нуль-индикатор и второй усилительный элемент, выход первого усилительного элемента соединен с первым входом сумматора напряжений, выход дополнительного регулируемого источника напряжения подключен к второму входу сумматора напряжений, к выходу сумматора подключены нуль-индикатор и вход второго усилительного элемента, выход второго усилительного элемента является выходом устройства.

Заявленный способ дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока отличается от известного, принятого за прототип, тем, что резисторный датчик отключают от соединительной линии на ее конце, на место датчика временно подключают резистор, сопротивление которого равно сопротивлению заданной нижней границы диапазона изменения сопротивления резисторного датчика, измеряют падение напряжения на сопротивлениях последовательно соединенных проводников линии и временно подключенного резистора, запоминают измеренное значение падения напряжения, формируют дополнительное напряжение, равное по модулю, но противоположное по знаку измеренному падению напряжения, запоминают дополнительное напряжение, заменяют временно установленный резистор на резисторный датчик, измеряют падение напряжения на суммарном сопротивлении проводников линии и резисторного датчика, а результат преобразования получают суммированием измеренного падения напряжения на суммарном сопротивлении проводников линии и резисторного датчика и сформированного дополнительного напряжения.

Устройство для реализации способа отличается от известного, принятого за прототип, тем, что в него дополнительно введены сумматор напряжений с первым и вторым входами, дополнительный регулируемый источник напряжения, нуль-индикатор и второй усилительный элемент, выход первого усилительного элемента соединен с первым входом сумматора напряжений, выход дополнительного регулируемого источника напряжения подключен к второму входу сумматора напряжений, к выходу сумматора подключены нуль-индикатор и вход второго усилительного элемента, выход второго усилительного элемента является выходом устройства.

Способ и устройство для его осуществления позволяют исключить из результата преобразования сопротивление проводников соединительной линии, что повышает чувствительность и точность преобразования при наличии длинной соединительной линии.

Сравнительный анализ заявленного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения «новизна». Из патентной и научно-технической литературы не известны вышеуказанные отличительные признаки способа и устройства в их совокупности. Следовательно, заявленные способ и устройство удовлетворяют критерию изобретения «изобретательский уровень». Предлагаемые способ и устройство для его осуществления могут быть использованы в системах сбора и обработки информации, в частности, в системах дистанционного контроля температуры с помощью резисторных датчиков и позволяют повысить точность и чувствительность контроля при наличии протяженных соединительных линий. Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления удовлетворяют критерию изобретения «промышленная применимость».

Способ и устройство поясняются чертежом, где изображена структурная схема устройства (фиг. 1). На чертеже обозначены:

1 - источник постоянного тока заданной величины;

2 - точка соединения выхода источника тока, входного зажима первого проводника соединительной линии и входа первого усилительного элемента;

3 - двухпроводная соединительная линия (сопротивления проводников условно показаны резисторами);

4 - зажимы проводников линии на ее конце;

5 - резисторный датчик;

6 - первый усилительный элемент;

7, 8 - соответственно первый и второй входы сумматора напряжений;

9 - дополнительный регулируемый источник постоянного напряжения;

10 - сумматор напряжений;

11 - точка соединения выхода сумматора, входа второго усилительного элемента и неподвижного контакта переключателя 12;

12 - переключатель, предназначенный для подключения нуль-индикатора к выходу сумматора 10, или к выходу второго усилительного элемента;

13 - нуль-индикатор (вольтметр постоянного напряжения с нулевой отметкой посредине шкалы), используется при наладке схемы;

14 - второй усилительный элемент;

15 - выход устройства (выход второго усилительного элемента).

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для примера используем резисторный датчик температуры с диапазоном изменения сопротивления от минимального значения R_n до максимального значения R_v, соединительную линию с суммарным сопротивлением двух проводников R_p, источник постоянного тока с заданным значением тока I₀.

Согласно заявленному способу от зажимов 4 соединительной линии 3 отключают резисторный датчик 5 и на его место подключают резистор (на схеме не показан) с сопротивлением равным R_n. От источника тока 1 с помощью линии 3 пропускают ток I₀ через установленный резистор R_n, при этом на выходе 7 первого усилительного элемента появится напряжение U₁,

где К - коэффициент усиления первого усилительного элемента 6. На вход 8 сумматора 10 от дополнительного регулируемого источника напряжения 9 подают напряжение U₂=-U₁, при этом достижение равенства модулей напряжений U₁ и U₂ фиксируют с помощью нуль-индикатора 13, подключенного на выход 11 сумматора 10. На этом заканчивается предварительная настройка устройства. Для ввода устройства в режим преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока от линии 3 отключают установленный ранее резистор, устанавливают на свое место резисторный датчик 5, нуль-индикатор 13 можно отключить или переключить на контроль выхода 15 (при необходимости). Теперь, при подаче тока I₀ в соединительную линию 3 с подключенным к зажимам 4 резисторным датчиком 5, на выходе 11 сумматора 10 будет образовано напряжение

где U₁₁ - напряжение на входе второго усилительного элемента 14;

U₇ - напряжение на выходе первого усилительного элемента 6 при подключенном к концу соединительной линии 3 резисторном датчике 5;

где R_d - сопротивление резисторного датчика 5.

С учетом условия U₂=-U₁, подставляя в выражение (2) выражения (1) и (3), получим:

Для нормализации уровня выходного напряжения устройства напряжение U₁₁ усиливают во втором усилительном элементе 14 с коэффициентом усиления К₁, при этом выражение для выходного напряжения на выходе 15 будет иметь вид:

В выражении (5) выходное напряжение U₁₅ однозначно определяется значением сопротивления R_d резисторного датчика 5, так как значения остальных переменных известны. В выражении (5) отсутствует сопротивление R_p проводников соединительной линии 3, а присутствуют только параметры резисторного датчика: R_d - действительное сопротивление, зависимое от состояния контролируемой физической величины и известное значение сопротивления R_n, соответствующего заданной нижней границе диапазона изменения сопротивления резисторного датчика.

Технический результат, создаваемый изобретением, состоит в повышении точности и чувствительности преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока за счет исключения влияния на результат преобразования сопротивлений проводников соединительной линии. Чувствительность процесса преобразования повышается также за счет уменьшения расчетной величины преобразуемого сопротивления.

Источники информации

1. Авт. св. №1138667, М.кл. G01K 7/16, опубл. БИ №5, 07.02.85 г.

2. Патент RU 2234065 С1, МПК G01K 7/16, опубл. 10.08.2004, Бюл. №22.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля сопротивления резисторного датчика. Техническим результатом является повышение точности и чувствительности процесса преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока. Группа изобретений представляет собой устройство для дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока, содержащее источник постоянного тока, длинную двухпроводную соединительную линию, резисторный датчик, первый и второй усилительные элементы, сумматор с двумя входами, регулируемый источник дополнительного напряжения постоянного тока, нуль-индикатор и способ его использования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока, при котором с помощью двухпроводной линии пропускают постоянный ток заданной величины через резисторный датчик, измеряют падение напряжения на сопротивлениях электрической цепи и по результатам измерений вычисляют нужные параметры, отличающийся тем, что резисторный датчик отключают от соединительной линии на ее конце, на место датчика временно подключают резистор, сопротивление которого равно сопротивлению заданной нижней границы диапазона изменения сопротивления резисторного датчика, измеряют падение напряжения на сопротивлениях последовательно соединенных проводников линии и временно подключенного резистора, запоминают измеренное значение падения напряжения, формируют дополнительное напряжение, равное по модулю, но противоположное по знаку измеренному падению напряжения, запоминают дополнительное напряжение, заменяют временно установленный резистор на резисторный датчик, измеряют падение напряжения на последовательно соединенных сопротивлениях проводников линии и резисторного датчика, а результат преобразования получают суммированием измеренного падения напряжения на суммарном сопротивлении проводников линии и резисторного датчика и сформированного дополнительного напряжения.

2. Устройство для дистанционного преобразования сопротивления резисторного датчика в напряжение постоянного тока, содержащее источник тока, двухпроводную соединительную линию с входными и выходными зажимами, резисторный датчик, первый усилительный элемент, при этом источник тока, первый провод соединительной линии, резисторный датчик и второй провод соединительной линии образуют токовую входную цепь устройства, вход первого усилительного элемента соединен с выходом источника тока и входным зажимом первого провода соединительной линии, отличающееся тем, что в него дополнительно введены сумматор напряжений с первым и вторым входами, дополнительный регулируемый источник напряжения, нуль-индикатор и второй усилительный элемент, выход первого усилительного элемента соединен с первым входом сумматора напряжений, выход дополнительного регулируемого источника напряжения подключен к второму входу сумматора напряжений, к выходу сумматора подключены нуль-индикатор и вход второго усилительного элемента, выход второго усилительного элемента является выходом устройства.