Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал Советский патент 1984 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано в преобразователях неэлектричес ких величин в электрический сигнал, в частности в, тензопреобразователях. Известно устройство, осуществляющее преббразование активного сопротивления датчика (тензорезистрра) в электрический, сигнал Щ. Недостатком этого у тройства является его сложность, обусловленная наличием пары импульсных трансформаторов . Это особенно проявляется при построении на основе преобразовате ля многоканальных устройств. При этом к сложности устройства добавляется еще значительная неидентичность характеристик разных каналов между собой из-за технологического разброса параметров импульсных Tpatfc фоматоров. Наиболее близким к изобретению является преобразователь изменения активного сопротивления в электричес кий сигнал, содержащий источник биполярных импульсов тока, операционный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два. последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу кото рых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной включен резистор 2j . Недостатком известного преобразователя является низкое быстродействи при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий. Про водные линии, соединяющие тензорезисторы с источником тока и операцио ным усилителем, обладают емкостью по отношению к общей шине. Это приводит к возникновению переходного процесса при формировании выходного электриче кого импульсного сигнала, а следовательно, к снижению быстродействия преобразователя. Длительность переход нрго процесса (без учета инерционности операционного усилителя) опред ляется через постоянную времени RC , где R - сопротивление резис тора, включенного между неинвертирующим входом операционногоусилителя и общей щиной, С - емкость проводно линии по отношению к общей шине. Для обеспечения отличия выходного сигнала, от установившегося значения на величину менее 1% необходимо Измерить не ранее, чем-через время si) . Увеличение длины линии связи тензорезисторов с преобразователем, а также увеличение числа каналов , (поскольку в известном тензорезисторы всех каналов, а значит и их линии связи, соединены непосредственно с входами операционного усилителя) приводит к возрастению. длительности переходных процессов, что уменьшает быстродействие преобразователя. Цель изобретения - повьппение быстродействия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе изменения активного сопротивления в электрический сигнал, содержащем источник биполярных импульсов тока, операционный усилитель с цепью резистивной- отрицательной обратной связи, между инвертирую-, щим и неинвертирующим входами Опера- . ционного усилителя включены два последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу которых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, введен двусторонний ограничитель, которьй выполнен на стабилитронах и включен между неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, причем к - 0 UCT -) I . , . где U с - напряжение стабилизации . стабилитрона, ROC - сопротивление резистора обратной связи, амплитуда импульсов тока, . формируемых источником биполярных импульсов тока. На фиг. 1 представлена схема преобразователя изменения активного сопротивления в электрический«сигнал} на фиг. 2 - эквивалентна.я схема для расчета переходного процесса. Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал содержит источник 1 биполярных импульсов тока, последовательно соединенные тензорезисторы 2 и 3 включены мелиу инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усили- 31 теля 4, резистор 5 отрицательной обратной связи включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя. Общий вывод тензорезистрров 2 и 3 подключен к источнику 1 би полярных импульсов тока. Двусторонний ограничитель 6 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 4 и общей шиной. В установившемся режиме выходной .сигнал преобразователя описывается выражением R,.R. Для обеспечения Ugyjj О при ра.венстве сопротивлений тензорезисторов 2 и 3, должно вьтолняться равенст во . При изменении сопротивления одног из тензорезисторов (например, тензорезистора 2) под действием деформаци на величину л Rg-; на выходе преобразователя появляется сигнал разбаланса, пропорциональный изменению сопротивления тензорезистора:. ff В переходном режиме, продолжитель ность которого определяет быстродействие преобр азователя, работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. При подаче импульса тока, от источ ника тока 1 в точку соединения тензо резисторов 2 и 3 ток D , независимо от своего направления, разветвляется по тензорезисторам 2 и 3. Так как изменение сопротивления тензорезисторов под действием деформации составляет обычно Ю - 10 отн.ед. то при рассмотрении переходного процесса можно считать, что токи, текущие по каждому тензорезитссру, равны между собой и имеют величину 1/2. Учитывая это, а также равенство потенциалов на неинвертирующем и инвер тирующем входах операционного усилителя 4, эквивалентную схему для расчета переходного процесса (без учета 84 инерционности самого операционного усилителя) можно представить в специальном виде (фиг. 2). Ток 3/2.заряжает емкость соединительных ли- . НИИ Cf по линейному закону UcU)4 1 . При достижении напряжением на емкости пробоя стабилитронов заряд . прекращается и наступает установившееся состояние. Из равенства Ug(t) 11(4 находим .время переходного процессаистСм Полагая величины J токов питания тензорет исторов в предлагаемом и известном устройствах одинаковыми, оценим диапазон величины (let Р торых обеспечивается преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известным, т.е. достигается большее быстродействие без уменьшения амплитуды выходного сигнала. Сигнал разбаланса в известном устройстве описывается вьфажением ,.8 где Йдр - величина резистора обратной связи в известном устройстве. Приравнивай выражения (3) и (6), находим минимальное значение UCT . при котором амплитуда выходного сигнала в предлагаемом устройстве не меньше, чем в известном. СТМин ОС При этом значения ис предлагаемое устройство, имея одинаковую с изветньм устройством амплитуду выходного сигнала, обеспечивает более высокое быстродействие. В известном преобразователе неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной через резистор R (показан пунктиром, фиг. 2), величина которого для нормальной работы известного преобразователя должна быть равной f ,Из-за наличия емкости потенциал на неинвертирующем входе операционного усилителя изменяется во времени с постоянной

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий источник биполярных импульсов тока, операционньй усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу ко торых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий, в него введен двусторонний ограничитель, который вьшолнен на стабилитронах и включен мещху неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, причем :„ .ос UcT--2где df. напряжение стабшшзавди О) стабилитрона, ос, сопротивление резистора обратной связи, 3 амплитуда импульсов тока; формируемых источником биполярных импульсов тока. Ю 00 WJf 00 (.1