Цифровой неуравновешенный измерительный мост Советский патент 1984 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения неэлектричесг ких величин с помощью резистивных датчиков, например, тензорезисторов. По основному авт.ев, № 983551 известен цифровой неуравновешенный измерительный мост, содержащий два делителя напряжения первый из которых образован двумя постоянными резисторами, а второй последователь но соединенными первой соединительной линией,измерительным резистором, второй соединительной линией и третьим пocтoянны /I резистором, источник напряжения, подключенный к делителям напряжения, первый переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первого делителя напряжения, а второй неподвижный контакт - к общей точке второй соединительной линии и постоянного резистора, интегратор, вход которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, а выход - к входу пороТового элемента, второй переключатель, первые неподвижные контакты которого подключены к собтветствующим полюсам источника напряжения, а подвижный контакт подключен к общей шине, измеритель временных интервалов, образованный последовательно соединенными генератором импульсов, делителем частоты и счетчиком, выход которого через регистр соединен с управляющим входом делителя частоты, формирователь временных интервалов, выходы которого подключены к управляющим входам переключателей, интегратора и измерителя временных интервалов, вт рой управлякяций вход которого соеди нен с выходом порогового элемента Cl Недостатком известного устройств является то, что в нем не учитывает влияние сопротивления соединительны линий, посредством которых тензорезистор включен в измерительную схем В простейшем случае соединительные линии представляют собой сопротивления ьюнтажных проводов, длина кот может составлять десятки и сотн метров. При многоточечных измерения соединительные линии образуются последовательно соединенными сопротив лениями проводов и коммутирующих эл ментов. При определенных условиях погрешность из-за влияния сопротцэления соединительных проводов значительно превышает допустимую. Дйугим недостатком известного ус ройства является низкая помехозащищенность из-за того, что неизвестно напряжение, содержащее полезный сиг нал и помеху, интегрируется во втором такте, длительность которого является случайной величиной. В силу этого-напряжение помехи, обусловленной наводками сетевого напряжения на соединительные линии, не может быть отфильтровано интегратором. Как известно, напряжение наводок сетевого напряжения отфильтровывается интегратором, если интервал интегрирования равен или кратен периоду сетевого напряжения. Указанные недостатки в конечном счете приводят к снижению точности измерения. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния сопротивления соединительных линий и обеспечения помехозащищенности. Поставленная цель достигается тем, что в цифровом неуравновешенном измерительном мосте, содержащем два делителя напряжения, первый из которых образован двумя постоянными резисторами, а второй последовательно сое|диненными первой соединительной линией, измерительным резистором, второй соединительной линией и третьим постоянным резистором, источник напряжения, подключенный к делителям напряжения, первый переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первого делителя напряжения, а второй неподвижный контакт - к общей точке второй соединительной линии и постоянного резистора, интегратор, вход которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, а выход - к входу порогового элемента, второй переключатель, первые неподвижные контакты оторого подключены к соответствуюМим полюсам источника напряжения, а подвижный контакт подключен к общей шине, измеритель временных интервалов, образованный последовательно соединенными генератором импульсов, делителем частоты и счетчиком, которого через регистр соединен с управляющим входом делителя частоты, формирователь временных интервалов выходы которого подключены к управляющим входам переключателей, интегратора и измерителя временных интервалов , второй управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, первый и в.торой переключатели снабжены третьими неподвижными контактами, которые через третью и четвертую соединительные линии подключены соответственно к первому зажиму для подключения измерительного резистора и второй соединительной линии и к второму зажиму для ПОДКЛЮ7 чения измерительного резистора и первой соединительной линии. На Фиг.1 представлена структурная схема устройства; на Лиг.2 - временпая диаграмма его работы. Цифровой неуравновешенный измери тельный мост содержит первый делите напряжения, образованный постоянными резисторами 1 и 2, второй делитель напряжения, образованный постоянным резистором 3, измеритель ным резистором 4 и соединительными линиями 5 и 6, источник 7 напряжения , подключенный к делителям напря жения, переключатель 8, подвижный контакт которого подключен к входу интегратора 9, а неподвижные контак ты 10 - 12 подключены соответственно к выводам постоянных резисторов 1 и 2, к выводу постоянного резистр ра 3 и соединительной линии 5, к зажиму 13 для подключения измерител ного резистора 4 и соединительной линии 5 через соединительную линию 14, -переключатель 15, подвижный кон такт которого подключен к общей шине, два неподвижных контакта соединены с полюсами источника 7, а третий - неподвижный контакт - через с единительную линию 16 - с зажимом 17 для подключения измерительного резистора 4 и соединительной линией б, измеритель 18 временных интервалов , образованный генератором 19 импульсов, делителем 20 частоты и счетчиком 21, выход которого через регистр 22 соединен с управляющим входом делителя 20 частоты, форглиро ватель 23 временных интервалов, выходы 24 - 26 которого подключены к управляняцим входам переключателей 8 и 15, интегратора 9 и управляюием входу 27 измерителя 18 временных интервалов. Управляющий вход 28 измерителя 18 соединен с выходом поро гового элемента 29, вход которого подключен к выходу интегратора 9. Устройство работает следую1чим об разом. Генератор 19 импульсов запускает ся при наличии потенциала логическо единицы на обоих управляющих входах 27 и 28 измерителя 18. В исходном состоянии подвижны контакт переключателя 8 замкнут с контактом 11, а переключатель 15 на ходится в положении 30 и к входу интегратора 9 прикладывается падени напряжения на резисторе 3, вызванно прохождением тока з источника 7 по контуру: источник 7 - линия б - резистор 4 - линия 5 - резистор 3 источник 7. В момент i(AHr.2) формирователь 23 потенциалом по выходу 26 запуска ет интегратор 9. Следовательно, в момент tj выходное напряжение интегратора ,9 составит: ,, .J(3nK :V V где JRj - падение напряжения на резисторе U - напряжение помехи, вызванное Наводкой Сете-, вого напряжения на соединительные линии 5,6,14 и 16s интервал первого -такта интегрирования. Так как интервал Т выбирается равным или кратным периоду сетевого, напряжения, то второе слагаемое правой части уравнения (И будет равно нулю: . ,, следовательно, Т . (2) В интервале T -tj--t на вход 27 измерителя 18 поступает потенциал логического нуля, а на вход 28 с выхода порогового элемента 29 поступает потенциал единица. Генератор 19 заторможен. . В момент 2 потенциал на входе 27 измерителя 18 становится равен единице и генератор 19 запускается, его импульсы через делитель 20 частоты поступают на вход счетчика 21. Кроме того, в момент -t формирователь 23 устанавливает переключатель 15 в положение 31, а переключатель 8 - в положение 10. В результате к входу интегратора 9 подключается напряжение зажима 13, полярность которого противоположна полярности Коэффициент деления делителя 20устанавливается равным единице, напряжение зажима 13 номинально равно половине напряжения источника 7: . .( . где Uo напряжение зажима 13| (}„ - напряжение источника 7, Знак приблизительного равенства в (3) означает, что устройство не критично к точности установки Up , т.е. к точности изготовления резисторов 1 и 2. В интервале t-t j- z пряжение на выходе интегратора уменьшается (по абсолютной величине } и в момент ij становится равным нулю. В этот момент срабатывает пороговый элемент 29, на выходе которого появляется потенциал нуля, и генератор 19 останавливается. В счетчике 21 зафиксируется код N,-151- . (41 где f - частота генератора 19; Кд - коэффициент деления делителя 20 частоты. Уравнение двух тактов работы интегратора имеет ВИД; . ;или с учетом (21 и (3) JR г и г откуда ,

ЦИФРОВОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ по авт.св. 983551, отличающийся тем, что, с целью повышеиия точности измерений за счет исключения влияния сопротивления соединительных .линий и обеспечения помехозащищенности, его первый и второй переключатели снабжены третьими неподвижными контактами, которые третью и четвертую соединительные линии подключены соответственно к первому зажиму для подключения измерительного резистора и второй соединительной линии и к второму за-. жиму для подключения измерительного ре зистора и первой соединительной линии, V СП м