Логарифмический преобразователь сопротивления Советский патент 1984 года по МПК G01R17/02 

1 Изобретение относится к информаци онно-измерительной технике и может . быть применено при построении измери телей различных параметров на автономных объектах в случае использования резистивных датчиков, сопротив ление которых изменяется в большом динамическом диапазоне, а также для . линеаризации характеристик резистивных датчиков. Известно устройство для измерения сопротивления резисторов, содержащее интегратор, блок сравнения, первый и второй генераторы тока первый и второй переключатели, измеряемое сопротивление Mj . Недостатком этого устройства является узкий динамический диапазон преобразуемых сопротивлений, ограниченный погрешностями схемы сравнения устройства. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является цифровой измеритель сопротивления, содержащий первый и второй усилители постоянного тока с дифференциальными входами, источник опорного напряжения, измеряемый и образцовьпл подключенные к блоку сравнения, резисторы, смежные {зезисторы и цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со входом второго усилителя 2J . Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, узкий динамический диап зон преобразуемых сопротивлений, величина которого определена, в основном, аддитивными погрешностями входя щих в схему преобразователя усилите лей и блока сравнения и ограничена величиной 2-3 декады, а также то,что объект измерения незаземлен. Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее первый и второй усилители, блок сравнения, клеммы для подключения объекта измерения и образцовый резистор, первый вывод которого и первая клемма для подключения объекта измерения подклю чены соответственно к первому и-;.второму входам блока сравнения, источник опорного напряжения и цифроанало говый преобразователь, выход которог 3 является выходом устройства и соединен со входом второго усилителя, введены блок управления,первый и второй экспоненциальные преобразователи, выходы которых подключены соответственно к первой клемме цдя подключения объекта изнерения и к первому вьгеоду образцового резистора, второй вывод которого и вторая клемма для подключе ния объекта измерения к первому выводу соединены с общей шиной, первые входы экспоненциальных преобразователей соединены с выходом источника опорнсуго напряжения, а вторые их входы соединены с выходами соответствующих усилителей, при этом входы первого и второго усилителей соединены между собой, входы цифроаналогового преобразователя подключены к соответствующим выходам блока управления, а вход последнего соединен с выходом блока сравнения. На фиг.1 приведена структурная схема логарифмического преобразовате- . ля сопротивления; на фиг.2 - функциональная схема блока управления, входящего в состав устройства; на фиг.3 - функциональная схема одного из возможных вариантов построения экспоненциального преобразователя. Логарифмический преобразователь сопротивления содержит блок управления 1, цифроаналоговый преобразователь (1ЩТ) 2, источник 3 опорного напряжения, первый и второй усилители 4 и 5, первый и второй экспоненциальные преобразователи 6 и 7, объект измерения 8 и образцовый резистор 9, блок сравнения 10. Выход цифроаналогового преобразователя 2, одновременно являющийся выг ходом устройства, через первый и второй усилители 4 и 5 с коэффициентами усиления К1, К2 соответственно подключен к первым входам экспоненциальных преобразователей 6 и 7 (фиг.З), при этом вторые их входы соединены с выходом источника 3 опорного напряяшния, выходы экспоненциальных преобразователей 6 и 7 соединены с объектом измерения 8 и образцовым резистором 9 соответственно, а также с соответствующими входами блока сравнения 10, выход которого соединен со входом блока управления I, а выходы последнего соединены с управляющими входами цифроаналогового преобразователя 2. Принцип работы устройства заключается в следующем. Выгодной сигнал Ug|,, цифроаналогового преобразователя 2 усиливается в К1 раз и поступает на первый вход первого экспоненциального преобразователя 6, второй вход которого подкл чен к опорному сигналу UQ, источника 3 опорного напряжения. Выходной ток экспоненциального преобразователя 6 равен ,-е опорный ток экспоненциального преобразователя 6; gjj,j выходное напряжение ЦАП 2; е - основание натурального логарифма;Q-j-- температурный потенциал, ра К.Т где К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; q - элементарный заряд. Выходной ток второго экспоненциального преобразователя 7 равен опорный ток экспоненциального преобразователя 7. Выходные токи экспоненциальных преобразователей, протекая по объекту измерения 8 и образцовому резистору 9, создают падения напряжения, сравниваемые с помощью блока сравне ния 10. Выходной сигнал блока сравнения подключен ко входу блока упра ления 1. Блок управления (фиг,2) содержит генератор 11 опорной часто ты, собранный на двух элементах И-Н инвертор 12, два элемента И-НЕ 13 и 14 и реверсивный счетчик 15. В зави снмости от логического уровня на входе инвертора 12, соединенного с выходом блока сравнения 10, выходны импульсы генератора 1 Г опорной част ты поступают либо через элемент И-Н 13 на суммирующий, либо через эле Мент И-НЕ 14 на вычитающий входы реверсивного счетчика 15, изменяя соответствующим образом состояние его выходов, которые подключены к соответствующим входам цифроаналого вого преобразователя 2.- При этом выходной сигнал ЦАП 2 возрастает ил ьшается до тех nopjnoKa не настуравенствоUx Uo, напряжение на объекте измерения;Ujj-напряжение на образцовом резисторе 9. ля состояния равновесия справедравенствовыхUp I/ 1, О 07 R,,( величины сопротивлений объекта измерения и образцового резистора соот-. ветственно. ри условии I д,102 формула преобвания устройства .ii. 0 Входной код цифроаналогового преобразователя, а также напряжение на его выходе изменяются пропорционально натуральному логарифму отношения /д .С помощью данного устройства соответствующим выбором коэффициентов К1 и К2 можно обеспечить заданную зависимость рассеиваемой на Ry мощности от величины преобразуемого сопротивления объекта измерения. При условии, что составляющие суммарной погрешности не коррелированы между собой, результирующая относительная погрешность преобразования сопротивления меньше t% при диапазоне изменения преобразуемого сопротив ления 120 дБ. Таким образом, данное устройство реализует логарифмическую зависимость выходного напряжения от величины преобразуемого сопротивления, что позволяет осуществить-без переключения пределов преобразование активного сопротивления в динамическом диапазоне 120 дБ с относительной погрешностью 1%; расширить функциональные возможности устройства за счет формирования заданной зависимости мощности рассеяния на датчике от величины преобразуемого сопротивления; исключ чить влияние паразитных емкостей и индуктивностей в цепи датчика, поскольку датчик запитывается постоянп ным током.

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащий первый и второй усилители, блок сравдения, клеммы для подключения.объекта измерения и образцовый резистор, пер вый вывод которого и первая клемма для подключения объекта измерения подключены соответственно к первому и второму входам блока сравнения, источник опорного напряжения и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом устройства и соединен со входом второго усилителя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены блок управления, первый и вто«рой экспоненциальные преобразовате-, ли, выходы которых подключены соответственно к первой клемме для подключения объекта измерения и к первому выводу образцового резистора, второй вывод которого и вторая клемма для подключения объекта измерения к первому выводу соединены с общей шиной, первые входы экспоненциальных преобразователей соединены с выходом л источника опорного напряжения, а вторые их входы соединены с выходами соответствукяцих усилителей, при этом входы первого и второго усилителей соединены между собой, входы цифроаналогового преобразователя подключены к соответствующим выходам блока управления, а вход последнего соедин э йен с выходом блока сравнения. X эо :АЭ

n

ii

У

15

IT-J

ГН

r-fu-

w