Преобразователь сопротивления в частоту импульсов Советский патент 1988 года по МПК G01R27/02 

(61) 1327011 . (21) 4031316/24-21 (22) 12.03.86 (46) 15.01.88. Бюл. № 2 (75) Л.И.Макеева

(53)621.317 ЛЗ (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1327011, кл. G О R 27/02, 25.06.84.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЧАСТОТУ ИМПУЛЬСОВ

(57)Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления резисторных датчиков. Цель изобретения - повьшение точности преобразования. Устройство содержит стабилизатор 1 тока, эталонные резисторы 2 и 4, измерительный резистор 3, переключатели 9 - 12, интегратор I3, блок 14 сравнения и дифференциальный усилитель 15. Соединение интегратора 13 с дифференциальным усилителем 15 позволяет скомпенсировать влияние напряжения смещения дифференциального усилителя 15. 2 ил.

(Л

fH ВтжаЗ

СлЭ

05 О5

со

м

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для непосредственного или дистанционного измерения сопротивления резисторных датчиков (например, терморезисторов), особенно в условиях ограничения допустимой мод(ности рассеяния в датчике.

Цель изобретения - повьшение точ- кости преобразования- путем компенсации влияния напряжения смещения дифференциального усилителя.

На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя сопротивления в час- тоту импульсов; на фиг.2 - временная диаграмма его работы (кривые 1,2- соответственно U Qi(t) без учета и с учетом Ij, дифференциального усилителя 15).

Преобразователь сопротивления в частоту импульсов (фиг.1) содержит стабилизатор I, тока, эталонный резистор 2, измерительный резистор 3, эталонный резистор 4, соединительные провода 5-8, переключатели 9-12, интегратор 13, блок 14 сравнения, диф- ференциальньш усилитель 15, причем один вход переключателя 9 соединен с первыми вьшодами стабилизатора 1 и резистора 2, другой его вход - с вторым вьшодом стабилизатора 1 и первым выводом резистора 4, один вход перек лю сателя 10 соединен с первым вьшодом провода 5 и одним входом переключа- теля 11, другой вход переключателя

1Iсоединен с первым вьшодом провода 7, один вьгоод переключателя 12 соеди нен с первым вьшодом провода 6, другой вход переключателя 12 соединен с другим входом переключателя 10 и ,пер- вым вьшодом провода 8, вторые вьшоды проводов 7, 8 соединены с первым выводом измерительного резистора 3 и вторым вьтодом резистора 4, вторые вьгооды проводов 5 и 6 соединены с вторыми выводами резисторов 2 и 3-; управляющие входы переключателей 9 12объединены и соединены с выходом блока 14 сравнения, первый вход ко- торого соединен с выходом переключателя 9, а второй вход - с выходом интегратора 13, инвертирующий вход котрого соединен с выходом.переключателя 10, а неинвертирующий - с инверти- 55 момента t, на вход блока 14 сравнерующим входом усилителя 15 и выходом переключателя 12, неинвертирующий вход усилителя 15 заземлен, а выход соединен с выходом переключателя 11.

Преобразователь работает следующим образом.

Работа происходит в два этапа. В процессе преобразования сопротивления в частоту импульсов ток 1о с выхода стабилизатора 1 тока создает падение напряжения на эталонных резисторах 2, 4, а также на измерительном резисторе 3.

В течение первого этапа работы происходит заряд интегратора 13, ко- торьш является двувходовым: один его вход - инвертирующий, а другой - неинвертирующий .

Пусть выходной сигнал блока 14 сравнения такой, что переключатели 9 11, 12 находятся в единичных, а переключатель 10 - в нулевом состояниях . Это означает, что переключатели 9-12 находятся в замкнутом состоянии. При изменении полярности выходного сигнала блока 14 сравнения на противоположную состояния переключателей 9-12 также меняются на противоположные, т.е. переключатели 9, 11, 12 переходят в нулевое состояние, а переключатель 10 - в единичное.

В течение интервала t t, (фиг.2) обеспечивается подключение одного вьг вода резистора 3 (Я ) через сопротивление соединительного провода 6 и.сопротивление замкнутого переключателя 12 к инвертирующему входу дифференциального усилителя 5, выход которого через сопротивления соединительного провода 5 и замкнутого переключателя I1 подключен.к входу дифференциального усилителя 15.

В связи с тем, что неикрертирую- щий вход операционного усилителя 15 подключен к земляной шине, а сам усилитель 15 оказьюается охваченным от- -рицательной обратной связью, то потенциал земли в течение интервала tpt, поддерживается на первом выводе измерительного резистора 3.

Напряжение смещения IcjxHa выходе дифференциального усилителя 15 вносит погрешность в передачу земляного потенциала в соответствующие точки измерительной схемы. Пусть U, ICAA Для указанной на фиг.1 полярности тока I,, стабилизатора 1 начиная с

ния начинает поступать н&пряжение IpRР + и,; соответственно, на инвертирующем входе интегратора 13 появляется напряжение . + П,, которое

снимается с второго вьгоода резистора 3, на неинвертирующем входе интегратора 13 - напряжение TJ .

Начинается процесс заряда интегратора 13. Этому процессу соответствует участок кривой А в (фиг.2) и следующее выражение:

(-I.,)- i (,+U,)dt +

1

л

U,, ,

где

t t, - t(, - время заряда;

i - постоянная интегратора 13.

После соответствзпощих преобразований нетрудно получить:

В точке Б (фиг.2)напряжение на выходе интегратора 13 сравнивается с пороговым напряжением блока 14 сравнения, происходит срабатьшание блока, что в свою очередь, приводит, к изменению состояния переключателей 9- 12 на противоположные. Теперь уже земляной потенциал с учетом,погрешности, обусловленной наличием напряжения смещения U, передается на второй вьшод резистора 3.

Происходит разряд интегратора I3. Для интервала t t процесс разряда можно представить в виде кривой в с При этом справедливо следующее соотношение :

,

doR.-.)

dt +

2

4

U/t -IgR, +U,

где tp t-j-t - время разряда;

i - постоянная интегратора.

После некоторых преобразований имеем следующее выражение: 2Rc

t РR, .

(А)

20

Учитьшая, что t, tp, получим сле- 1Q дующее вьфажение для окончательного результата измерения:

f i -i- 2-(5)

Т t, +tp

Таким образом, из анализа выраже- 15 ния (5) видно, что наличие напряжения и на выходе дифференциального усилителя 15 не влияет на результат преобразования .

Поскольку Uj,, операционного усилителя 1 5

(2R

),

(6)

см . 2R,,CB.

где TCM входной ток операционного усилителя 15;

,

25

30

35

40

R

ок

- сопротивление замкнутого

ключа;

л. се сопротивление линии связи, нетрудно показать, что напряжение на входе интегратора 13 в основном определяется при вьтолнении неравенства (6) в течение 1 и 2-го этапов работы преобразователя величиной U .

С Ал

Формула изобретения

Преобразователь сопротивления в частоту импульсов по авт.св. № 1327011, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, второй вход интегратора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя.

0ue.Z