Устройство для измерения приращения сопротивления Советский патент 1985 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при дистанционном измерении приращения сопротивления, например, при измерении температуры,

Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшения влияния сопротивлений трехпроводной линии подключения измеряемого резистора.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения приращения сопротивления содержит источник 1 напряжения, резистивный мост 2, измеряемый резистор 3, усилитель 4, разбаланса, инвертирующий усилитель 5, первый зажим 6 для подключения резистора 3, второй зажим 7 для подключения резистора 3, третий зажим 8 длч подключения резистора 3, выходную клемму 9 устройства, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы, резистор 14 усилителя 4, неинвертирующий усилитель 15, пятый резистор 16, резисторы 17 и 18 неинвертирующего усилителя 15.

I г, Первый вывод источника 1 напряжения подключен к диагонали питания резистивного моста 2 и через первьй резистор 10 подключен к первому зажиму 6 измеряемого резистора 3, а через второй регистор 11 подключен к первому входу усилителя 4 разбаланса, первый вход которого через третий резистор 12 подключен к второму зажиму 8 измеряемого резистора 3 и к выходу инвертирующего усилителя 5, первый вход которого подключен к второму входу усилителя 4 разбаланса и к третьему зажиму 7 измеряемого резистора 3, второй вход инвертирующего усилителя 5 и второй вывод источника 1 напряжения подключены к общей шине устройства, пятый резистор 16 подключен между входом и выходом неинвер тирующего усилителя 15, четвертый резистор 13 подключен между первым входом усилителя 4 разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя 15, вход которого подключен к первому токовому зажиму 6 измеряемого резистора 3.

Устройство работает следующим образом.

Питание моста обеспечивается источником 1, например, переменного прямоугольного напряжения, поэтому используемые ниже для краткости термины напряжение и ток означают переменную составляющую напряжения и переменную составляющую тока.

Напряжение одного зажима измерительной диагонали моста 2, к которому подключен первый вход инвертирующего усилителя 5, поддерживается зтим усилителем близким к нулю (относительно общей шины устройства), что обеспечивает отсутствие синфазного сигнала на втором входе усилителя 4 разбаланса.

Напряжение на втором зажиме измерительной диагонали моста 2, подключенном к первому входу усилителя 4 разбаланса, поддерживается этим усилителем также близким к нулю за счет отрицательной обратной связи с его выхода на его первый вход.

Это обеспечивает линеййое преобразование приращения сопротивления измеряемого резистора 3 в напряжение, поступающее на выходную клемму 9.

Предположим первоначально, что сопротивления зажимов 6 и 8 равны нулю. Тогда входное-напряжение неинвертирукщего усилителя 15 равно нулю, как и его выходное и токи через резисторы 13 и 16 не протекают.

Если входные сопротивления и коэффициенты усиления в разомкнутом состоянии, используемых усилителей достаточно велик и, -то напряжение и на клемме 9в сЬответствии с изОЬл

ложенным будет

.l5l 5iLlE iBjll с 11

DоГУ

li

где и - напряжение источника 1, Rj - сопротивление измеряемого резистора 3,

10 «„ сопротивления резисторов 10, 11-, .12 и. 14.

Из формулы (1) видно, что выходное напряжение пропорционально приращению измеряемого резистора.

Предположим, что сопротивления Rg и Rg зажимов 6 и 8 отличны от нуля. Компенсация падения напряжения на первом зажиме 6 осуществляется с использованием положительной обратной связи в усилителе 15 путем подачи дополнительного тока с выхода усилителя 15 через пятый резистор 16 так, что ток через зажим 6 и через измеряемьй резистор 3 не зависит от сопротивления зажима 6. Это обеспечивается при ,, (К-1). где К - коэффициент усиления усилителя 15. Компенсация падения напряжения н втором зажиме 8 осуществляется путем подачи компенсирующего тока через четвертый резистор 13 в другую ветв моста. Падение напряжения на втором зажиме 8 искажает информацию о величине сопротивления измеряемог резистора 3, вызывая дополнительньй ток 41 через резистор 2 л1 ,. Для того, чтобы вызванное этим увеличение тока через резистор 12 не привело к изменению выходного на пряжения усилителя 4, необходимо на первьй вход этого усилителя подать ток такой же величины, но с обратным знаком.. При этом сопротивление резис тора 13, очевидно, должно быть Ujjy где и,г - напряжение на выходе усили теля 15. При одинаковом сопротивлении зажимов 6 и 8 получим 1,KR Таким образом, при трехпроводной линии подключения и при известном соотношении сопротивлений токовых выводов осуществляется компенсация падения напряжения на втором зажиме 8. Устройство может быть использова но при измерении на переменном токе, например, как в прототипе. Повышение точности измерения осу ществляется за счет меньшей погрешности из-за конечного коэффициента ослабления синфазного сигнала, так как на входах усилителей 4 и 5 синфазный сигнал отсутствует, а на вхо де усилителя 15 сигнал пропорционал только падению напряжения на первом токовом зажиме и не зависит от паде ния напряжения на измеряемом резисторе (и на втором зажиме). Составляющая погрешность измерения, определяемая погрешностью компенсации зажимов 6 и 8, пропорциона на отношению Rj/Rj. Кроме того, отн сительная погрешность компенсации первого зажима 6 пропорциональна от клонениям резисторов 16, 17 и 18 от расчетных значений, а также пропорциональна отношению R:i/R o5 а относительная погрешность компенсации второго зажима 8 зависит от отклонений резисторов 13, 17 и 18. Для часто встречакицегося случая, когда RID Ra и одинаковьм относительной погрешности сд резисторов 13, 16, 17 и 18, погрешность компенсации первого зажима 6 в R „/R раз меньше, чем второго зажима 8, и поэтому может не учитываться. С этой точки зрения зажим 6 представляет собой лишь меру сопротивления зажима 8, по величине которого и компенсируется сопротивление зажима 8. I Возможно использование данного устройства на постоянном токе с учетом дополнительных факторов. Смещение нулевого уровня усилителей 5 и 15 (в худшем случае их сумма) может вызвать дополнительный ток в обеих ветвях моста. Смещение нулевого уровня усилителя 4 вызовет дополнительное изменение тока в ветвях моста. Причем, если обеспечить условие (2) - частичная компенсация уходов резисторов 17, 18 и суммы - для худшего случая - смещений нулевых усилителей 5 и 15, то величина четвертого резистора (резистор 13) получается близкой к величине резистора 12 и ,1-2 (при ), что увеличивает ток через резистор 13 из-за смещения нулевого уровня усилителя 4. Если это недопустимо, то необходимо выбирать К большим и приближать значение резистора 10 к резистору 3, что приведет к увеличению резисторов 13 и 16 и уменьшит влияние смещения нулевого уровня усилителя 4 и обеспечит почти на порядок меньшую погрешность, обусловленную схемой кo meнcaции. Таким образом, предлагаемое устройство может быть применено для измерения приращений температуры, например, в преобразователе приращения сопротивления в период, а также для измерения приращения температуры при безбарокамерном методе контроля герметичности по спаду давления, точность которого в значительной степени определяется точностью измерения приращений температуры за время зачетной паузы, так как приращение температуры внутри конт

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее измерительный мост, три плеча которого образованы резисторами, а четвертое - зажимами для подключения измеряемого резистора, источник напряжения, первый вывод которого через первый резистор подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора, а через второй резистор подключен к первому входу усилителя разбаланса и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму зажиму для подключения измеряемого резистора и к выходу инвертирующего усилителя, первый вход которого подключен к второму входу усилителя разбаланса и к третьему зажиму для подключения измеряемого резистора, второй вход инвертирующего усилителя и второй вывод источника напряжения пoдкJBoчeны к общей шине устройства отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены неинвертирующий уси§ йитель, четвертьй и пятый резисторы, (Л причем четвертый резистор подключен между первым входом усилителя разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя, вход которого подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора а пятый резистор подключен между входом и выходом нех инвертирующего усилителя, выход усиУ1 лителя разбаланса соединен с выходной клеммой устройства. ю :л ю