Устройство для преобразования приращения сопротивления в напряжение Советский патент 1986 года по МПК G01R27/02 

I

Изобретение относится к измерению сопротивления и может быть использовано в термометрии, тензометрии и др.

Цель изобретения - повышение точности за счет снижения влияния нестабильности тока и опорного напряжения на результат измерения.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 и 4 - блок-схема и диаграммы работы блока управления; на фиг. 5 - блок-схема корректирующего каскада.

Устройство для преобразования при ращения сопротивления в напряжение содержит измеряемый резистор 1, первый вывод которого через первый ключ 2 подключен к первому выводу генератора 3 тока и через второй ключ 4 подключен к первому входу дифференциального усилителя 5. Второй вывод резистора 1 подключен к второму выводу генератора 3 тока, к одному из выводов калибровочного резистора 6, к общему выводу корректирующего каскада 7 и через источник 8 напряжения смещения - к второму входу дифференциального усилителя 5. Второй вывод калибровочного резистора 6 через ключи 9 и 10 подключен соответственно к первому выводу генератора 3 тока и к первому входу дифференциального усилителя 5. Выход дифференциального усилителя 5 подключен к входу корректирующего каскада 7, Управляющие входы ключей 2 и 4 и корректирующего каскада подключены к первому выходу блока 11 управления, а ключей 9 и 10 - к второму выходу блока 11 управления.

I

Блок 11 управления может быть

реализован различными способами. На фиг. 3 и 4 приведен пример выполнения блока управления и временные диаграммы, поясняювдае его работу. Он содержит генератор 12 прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу двухраэрядного двоичного счетчика 13. В свою очередь выходы счетчика 13 подключены к входам элемента И 14, выход которого через формирователь 15 подключен к первому выходу блока 11 управления и через последовательно соединенные инвертор 16 и формирователь 17 - к второму выходу блока 11 управления

2150552

Корректирующий каскад 7 (фиг. 5) содержит операционный усилитель 18, неинвертирующий вход которого подключен к общему выводу корректирую- 5 щего каскада. Инвертирующий вход операционного усилителя 18 через первый резистор 19 подключен к вхо- ду корректирующего каскада 7, а также к выходу операционного усилителя

10 через последовательно соединенные второй резистор 20 и ключ 21 и через последовательно соединенные третий резистор 22, повторитель 23 и ключ 24, причем к входу повторите- 5 ля 23 помимо ключа 24 подключен также один из выводов конденсатора 25. Второй вывод конденсатора 25 подключен к общему выводу корректирующего каскада 7. Точка соединения второго

20 резистора 20 и ключа является выходом корректирующего каскада 7. Управляющий вход корректирующего каскада 7 подключается к управляющему входу ключа 24 и через инвертор 26 25 к управляющему входу ключа 21.

Устройство работает следующим образом.

При появлении на втором вьпсоде блока управления напряжения, открываю30 щего ключи 2 и 4, выполняется такт коррекции - определяется значение погрешности устройства.

Через ключ 9 ток от генератора тока 3 подается на калибровочный резисэс тор 6. Падение напряжения на калибровочном резисторе 6 через ключ 10 подается на вход дифференциального усилителя 5. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя 5 форми руется напряжение Ug

U5- RK-I-()- Uod + fi-K) -t- ..-l-Uo (,, ,.5j-K,(1)

где Uop.s - значение дрейфа напряжения смещения дифференциального усилителя 5;

- значение калибровочного

резистора 6;

$j - значение нестабильности кэлибровочного резисто- ра.

Выходное напряжение U; дифференциального усилителя 5 поступает на вход корректирующего каскада 7, где фиксируется. Условием настройки схемы является соотношение I - Ux, 0.

В такте измерения открывающее на- .дряжение появляется на первом выходе блока 11 управления. При этом открываются ключи 2 и 4. На измеряемый резистор 1 подается ток 1 от генератора 3 тока. Падение напряжения с измеряемого резистора 1 подается через ключ 4 на вход дифференциального усилителя 5, на выходе которого формируется напряжение

U|(RO+&R)-I()-UO(I+&M)+

+U3P5V I(1+5;)+(Ro I-Uo)K(t + 6t + ) + (RoI-S-l-Uc5u+Ugps )К(Ц-е-) (2) . с учетом соотношения (1) выражение (2) преобразуется к виду

() K+(RO iiS-j-Uo r +

+Uy5)-K(3)

Первый член выражения (3) соответствует информационной составляющей выходного напряжения усилителя 5, а второй - погрешности.

В такте измерения на выходе корректирующего каскада формируется напряжение, пропорциональное разности напряжений, подаваемых на его вход в тактах коррекции и измерения

(,K,2.+ (Ro - -Uofi tv +U5p,)(Ro-I + +RoI 5gy U(5U Ugps )K,(1+S-r Жу- -R IS t,, где ,j - суммарный коэффициент усиления дифференциального усилителя и корректирующего каскада;

- номинальный диапазон изменения измеряемого сопротивления; лК

( - приведенная к и R погрешность преобразования AR в предлагаемом устройстве;

V .

RK-iTpr

AR

Н

I SR; коэффициенты влияния погрешности калибровочного резистора и погрешности генератора тока на погрешность преобразования .приращения сопротивления.

Рассмотрим работу корректирующего каскада, приведенного на фиг. 5.

Во время такта коррекции обратная связь операционного усилителя 18

замкнута через ключ 24. При этом на конденсаторе 25 формируется напряжение

,opp-g + Uc«i, (5)

где U „рр - входное напряжение корректирующего каскада в такте коррекции; UCMTJ напряжение смещения по- вторителя 23;

значения сопротивлений

резисторов 22 и 19. В такте измерения обратная связь операционного усилителя 18 замкнута через ключ 21. В это время ключ 24 разомкнут и на конденсаторе 25 зафиксировано напряжение Uig, сформированное в такте коррекции. Таким образом, на выходе корректирующего каскада формируется напряжение

и,,ивхц5м -(Uis-Ucnti .

(Uftv4,.r -U6xK Pp)|--.(6)

Ki9 .

где Uj,. входное напряжение корректирующего .каскада в такте измерения. Предлагаемое устройство по сравнению с устройством - прототипом обеспечивает полную компенсацию влияния нестабильности источника напряжения смещения (вместе с влиянием дрейфа напряжения смещения дифференциального усилителя).

Кроме того, устройство обеспечивает резкое уменьшение влияния нестабильности генератора 3 тока. Коэффициент влияния погрешности генератора тока К не превышает единицы,

в то время как в устройстве-прототипе при измерении сопротивления плати- нового термометра сопротивления при изменении температуры от О до коэффициент влияния погрешности тока

датчика достигает 6. При меньшем диапазоне изменения температуры или, например, при использовании предлагаемой схемы для работы, с тензорезис- торами, характеризуемыми малыми относительными приращениями- значений сопротивления, эффективность применения предлагаемой схемы возрастает.

55

Формула изобретения

Устройство для преобразования приращения сопротивления в напряжение, содержащее клеммы для подключения измеряемого сопротивления, первая из которых подключена к первому выводу генератора тока и через источник напряжения смещения - к первому входу дифференциального усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит первый и второй ключи, включенные между второй клеммой для подключения измеряемого сопротивления и соответственно вторым выводом генератора тока и вторым входом дифференциального усилителя, калибровочный резистор, один вывод которого подключен к первой клемме для подключения измеряемого сопротивления, а другой вывод через третий и четвертый ключи соответственно к второму выводу .генератора тока и к второму входу дифференциального усилителя, корректирующий каскад, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, а об1ций вывод - к первой клемме для подключения измеряемого сопротивления, блок управления, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и второго ключей и корректирующего каскада, а второй - к управляющим входам третьего и четвертого ключей, при этом выход корректирующего каскада является выходом устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу двухразрядного двоич- ного счетчика, выходы счетчика подключены, к входам элемента И, выход которого через первый формирователь подключен к первому выходу блока управления и через последовательно

соединенные инвертор и второй форми-, рователь - к второму выходу блока управления.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корректи-.

рующий каскад содержит операционный усилитель, не.инвертирующий вход которого подключен к общему выводу корректирующего каскада, инвертирующий вход операционного усилителя через

первый резистор подключен к входу корректирующего каскада, а также к выходу операционного усилителя через последовательно соединенные второй резистор и первый ключ и через последовательно соединенные третий резистор, повторитель и второй ключ, причем к входу повторителя помимо ключа подключен также один из выводов конденсатора, другой вывод которого подключен к общему выводу корректирующего каскада, точка соединения второго резистора и первого ключа является выходом корректирующего каскада, управляющий вход

корректирующего каскада подключен к управляющему входу второго ключа и через инвертор - к управляющему входу первого ключа.

I Вых. 11

Такт коррекции токт измерения

л Вых. 11

Вых.7

фиг.З

фи. 2

./

Вых.2

п

13-1 13-Л

/ (выл.г)

п пп п

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано в термометрии, тензометрии и т.д. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения влияния нестабильности тока и опорного напряжения на результат измерения. Устройство содержит резистор 1, ключи 2, 4, 9 и 10, генератор 3 тока, дифференциальный усилитель 5, калибровочный резистор 6, корректируюпщй каскад 7, источник 8 напряжения смещения и блок 11 управления . В описании представлены диаграмма, поясняющая принцип работы устройства, блок- схема и диаграммы работы блока 11 управления и блок-схема корректирующего каскада 7. Кроме того, даны формулы расчета выходного напряжения дифференциального усилителя 5 и напряжения на выходе корректирующего каскада 7. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. § ел СП Р|/. f

Вхдд

Общий

Выход

Фи,5

Составитель В.Стукан Редактор Е.Копча Техред 0„Неце Корректор Е.Рошко

Заказ 904/54 Тираж 730 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4