Устройство для измерения изменений сопротивления Советский патент 1983 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерительной Технике и может быть исполь зовано в устройствах для измерения относительного изменения сопротивле ния тензорезисторов, терморезисторов и пр, Для измерения изменения сопротив ления, в частности, тензорезисторов известна мостовая измерительная цеп одна ветвь которой составлена из испытуемого резистора и меры, а дру гая ветвь - из резисторов отношёйи .имеющих равные сопротивления fl . Недостаток его состоит в том что при компенсационном методе измерения когда выходное напряжение мостовой измерительной цепи уравновешивается напряжением делителя, возникает мето дическая погрешность вследствие того что при одном рабочем плече выходное напряжение мостовой измерительной цели нелинейно зависит от изменения относительного изменения сопротивления, а выходное напряжение делителя линейно зависит от .введенного коэффициента передачи. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее мостовую измерительную цепь, подключенную к первому источнику напряжения, мостовую цепь, составленную из прецизионных резисторов, образующих ветвь плеч отношения, и изменяемой меры, составленной из магазинов сопротивления, включенных дифференциально, и образукнцих последовательный делитель, являющийся второй ветвью моста, который подключен к второму источнику напряжения, одна вершина измерительной диагонали первой мостовой цепи подключена к общей точке плеч отношения второй мостовой цепи, другая, вершина измерительной диагонали первой мостовой цепи подключена к первому входу дифференциал ного усилителя, второй вход которого подключен к общей точке второй ветви второй мостовой цепи, а выход дифференциальногоусилителя подключен к компаратору напряжений f2 j. Недостатком его является то, что при уравновешивании выходного напряжения первой мостовой цепи напряжением, снимаемым с второй мостовой цепи, возникает методическая погрешность, вследствие нелинейной зависимости выходного напряжения первой мостовой цепи от изменения относительного изменения сопротивления одного рабочего плеча и линейной зависимости компенсирующего напряжения, снимаемого с второй мостовой цепи, в которой переменными являются два плеча одной ветви, которая тем больше, чем больше относительное изменение сопротивления плеча второй мостовой цепи, что ограничивает верх НИИ пре;с1ел измерения относительноro изменения сопротивления допустимой погрешностью. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширения диапазона измерения относительного изменения сопротивления, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения изменений сопротивления, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой делитель напряжения,один нерегулируемый вывод которого соединен с одной из вершин измерительной диагонали мостоврй измерительной цепи и с первой клеммой второго блока питания, а регулируемый вывод - с одним вхо.дом компаратора напряжений, другой вход которого сеединен с одной из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход компаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемым выводом Цифрового делителя напряжения, введены блок памяти, блок деления на два, блок перемножения, генератор единицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторым нерегулируемым выводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блока питания, вход блока памяти подключен к второму выходу блока управления, а выход его соединен с входами блока деления на два и блока перемножения, выход блока деления на два соединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соединен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вторым входом блока перемножения, выход ко.торого соединен с блоком индикации. Указанные отличительные признаки позволяют уменьшить погрешность от нелинейности за счет коррекций ре.зультата измерения и расширить диапазон измерения в. сторону увеличения верхнего предела измерения относительного изменения сопротивления. На чертеже приведена структурная .схема Устройства.. Устройство содержит мостовую измерительную цепь 1, блок 2 питания, компаратор 3 напряжений, дополнительный резистор 4, цифровой делитель 5 напряжения, блок б управления,, блок 7 питания, блок 8 памяти, блок 9 деления на два, блок 10 перемножения, блок 11 индикации, блок 12 сложения, генератор 13 единицы. В устройстве две вершины диагонали питания МОСТОВОЙ измерительной цепи 1, подключены к первому источнику 2 питания, одна вершина измерительной диагонали мостовой измерител ной цепи подключена к первому нерегу лируемому ВЫВОДУ цифрового делителя напряжения и к первой клемме второго .блока7 питания, вторая вершина измерительной диагонали подключена к первсшу входу компаратора 3 напряжений. Дополнительный резистор 4 включен между вторым нерегулируемым выводом цифрового делителя 5 напряжения и второй клеммой второго блока 7 питания. Регулируемый вывод циф рового делителя 5 напряжения подключен к второму входу компаратора 3 на пряжений. Выход компаратора 3 напряжений подключен к входу блока 6 управления, выходы которого подключены к входу (управляющему) цифрового делителя 5 напряжения и к входу блока 8 памяти, а выход последнего одновре менно подключен к входам блока 9 деления н два и блока 1О перемножения,, Выход блока 9 деления на два подключен к первому входу блока 12 сложения, к второму входу которого подключен выход генератора 13 единиьцл, а выход блока 12 сложения подключен к второму входу блока 10 перемножения , В(:1ход которого подключен к блоку 11 индикации. Устройство работает следующим образом. Шяходное напряжение мостовой изме рительной цепи при t, -i . ..-Л -гт:ггЬ-« 1 К.4-1 где (Jf - выходное напряжение мостовой измерительной цепи и - напряжение питания мосто. вой измерительной цепи (выходное напряжение первого источника питания); с - коэффициент симметрии мостовой измерительной цепиJ К - относительное изменение,со противления первого плеча мостовой измерительной цепи. При К 1 выражение (1) принимает « . .,. Выходное Нсшряжение делителя опре деляется выражением . ;Где Цд - выходное напряжение целител U2 - напряжение питания делителя (выходное напряжение второго блока питания) - часть сопротивления делителя, с которой снимается компенсирукщее. напряжение; Йд - полное сопротивление делителя . Из условия равновесия напряжений д, и можно определить г. Приравниая правые части выражений (2) и (3) решая полученное уравнение относиельно Г| , получим: X А Uj, 4() При условии выражение (4) упрощается -о . (5 ;W4{ +ei/2; Как следует из (5) зависимость t от нелинейна. Для расчета общего сопротивления (д. делителя выражение (5) следует пйивести к линейному виду :к т- 1Общее сопротивление делителя R можно рассчитать, задавшись верхним пределом измерения , и величиной г,, соответствующей этому пределу. Так, для e-tmcix и г-к. 1000 Ом сопротивление Рд 4000000 м, а для ® значении Гк общее сопротивление делителя 40000 Ом. Добавочное сопротивление Кд определяется по Формуле Л А кВыполнение этих условий позволяет получить отсчет относительного изменения сопротивления в виде е где - отсчет относительного изменения сопротивленияJ г - введенное значение сопротивления магазина в СОмЗ -ах, с которого снимается компенсирукнцее напряжение, п - показатель степени, целое число. . Как следует из (5) отсчет будет получен с погрешностью «- -5л. i+eV2 Если бы было известно действительное значение Е-) , то погрешность можно бы было устранить путем умножения результата на множитель ). Однако действительное значение неизвестно, а известна его оценка g. Тем не менее,, умножением результата измерения g на множитель () удается снизить погрешность результата измерения E(.f)- ПО)

Например, при t 0,1 отсчет ,095238, что дает погрешность 24,7%. После коррекции по формуле ji|10) значение е составит 0,099773, что дает погрешность .0,23%.

Эту операцию можно проделать многократно в соответствии с выражение

V

п.-,о(-Т-)

(11)

k

-оценка (результат) измёре где е

о ния

-порядковый,номер результапта после коррекции.

В соответствии с этим результат измерения запоминают в блоке 8 памяти. С выхода блока 8 памяти сигналы одновременно поступают в блок 9 деления на два и на первый вход блока 10 перемножения. С выхода блока 9 деления на два получают сигнал , который поступает на первый вход блока 12 сложения, на второй вход которой поступает i свыхода генератора 13 единицы. На выходе блока 12 сложения получают сигнал i + , который поступает на второй вход блока 10 перемножени В результате на выходе блока 10 пербмножения получают сигнал ,(l+ ), который и поступает в блок индикации.

Эффективность предлагаемого -тех нического решения видна из сопоставления погрешностей результата измерения.до коррекции и после. При действительном значении §«0,1 результат измерения, в соответствии с (9) будет равен ,095238, что дает погрешность . После коррекции в соответствии с (10) результат равен ,099773,что дает погрешность ,23%, т.е. погрешность снизилась больше чем на порядок. После второй коррекции в соответствии с (11) результат будет ,099989, что дает погрешность ,01%, т.е. по сравнению с результатом первого измерения погрешнЬсть снизилась в 470 раз.

Введение новых блоков позвол яет добиться,во-первых,существенного снижения погрешности и, во-вторых, расширения диапазона измерения в сторону больших значений.

Это позволяет повысить качество измерений и расширить функциональные возможности устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ , ИЗМЕНЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой делитель напряжения, один нерегулируемый вывод которого соединен с одно из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи и с первой клеладой второго блока питания, а регулируемый вывод - с одним входом компаратора напряжений, другой вход которого соединен с одной КЗ вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход коушаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемЁМ выводом цифрового делителя напряжения, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него введены блок памяти, блок деления на два, блок перемножения, генератор единицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторьвл нерегулируемьм выводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блока питания, вход блока памяти подключен к второму выходу блока управления, а выход его соединен с входами блока деления на два и-блока пе ремножения, выход блока деления на два соединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соеди-S иен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вторым входом блока перемножения, выход которого соединен с блоком индикации.