Широтно-импульсный преобразователь приращения сопротивления Советский патент 1988 года по МПК G01R17/10 H03M1/02 

Устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при создании приборов с ШИМ для измерения приращения сопротивления и функционально связанных с ним неэлектркческих величин, например температуры.

Цель изобретения -. расширение диапазона преобразования путем исключе- ния дестабилизирующих факторов источ15

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Источник 1 постоянного напряжения подключен к общей шине и четырехпле- чему мосту 2, каждое из плеч которого состоит соответственно из резисторов 3, 4 и 5 и измеряемого резистора 6. Одни из выводов резисторов 3 и 5 под- 2о усилителя 7 еще некоторое время воз- ключены к .источнику 1 постоянного на- растает за счет колебательного харак- пряжения. Другой вьшод резистора 5 подключен к выводу измеряемого резистора 6 и инвертирующему входу уси25

лителя 7, И в том, и в другом случае ключ 9 размыкается и отключает резистор 4 и выход устройства 8 от общей шины. На выходе устройства 8 появляется напряжение, практически равное напряжению источника 1. В это время конденсатор 11, ранее заряженный на величину падения напряжения на резисторе 3, начинает разряжаться через дроссель 10 и резистор 3. Напряжение на неинвертирующем входе усилителя 7 возрастает и, когда оно превьш1ает напряжение на инвертирующем входе, на выходе-усилителя 7 появляется напряжение, ключ 9 замыкается. Напряжение на выходе устройства 8 становится равным нулю. Но напряжение на неинвертирующем входе

лителя 7. Другой вывод измеряемого резистора 6 соединен с общей щиной. Второй вывод резистора 3 соединен с выводом резистора 4, другой вьшод которого соединен с вьгходом устройства 8 и через ключ 9 с общей шиной. Выход усилителя 7 подсоединен к управляющему входу ключа 9. Неинвертирующий вход усилителя 7 через дроссель 10 соединен с выводами резисторов 3 и 4, а через конденсатор 11 - с источником 1 постоянного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

Пока сопротивление измеряемого резистора 6 меньще определенной величины RQ, при которой мост 2 сбалансирован, напряжение на неинвертирующем входе усилителя 7 больше, чем на инвертирующем. Выходное напряжение усилителя 7 больше нуля, ключ 9 замкнут и напряжение на выходе устройства 8 равно нулю.

Когда сопротивление измеряемого резистора 6 становится больше величины RO, например, если в качестве измеряемого резистора 6 использован тёрмистор и его температура понизилась, напряжение на инвертирующем входе усилителя 7 становится больше.

30

35

40

45

50

тера разряда конденсатора 11 через дроссель 10. Потом конденсатор 11 разряжается, напряжение на неинвер- тирующем входе усилителя 7 уменьшается и процесс повторяется.

Таким образом, в устройстве возникают автоколебания с частотой, определяемой параметрами контура: конденсатор 11 .- дроссель 10 - резистор 3. Для уменьшения декремента затухания автоколебаний сопротивление резистора 3 выбирают не более единиц килоом. Это способствует также приближению величины напряжения на выходе устройства 8 к напряжению источника 1.

На выходе устройства 8 при автоколебаниях имеют место импульсы постоянной частоты, длительность которьЬс пропорциональна отношению приращения сопротивления измерительного резистора 6 и его полного сопротивления.

Действительно,ширина импульсов на выходе устройства 8 равна длительности пребывания ключа 9 в разомкнутом состоянии. Величина последней такова, что среднее за период автоколебаний напряжение на резисторе 4 равно напря жению на измеряемом резисторе 6. Так как сопротивление цепи резистора 4 при разомкнутом ключе 9 стремится к бесконечности, то аналогично сопротивление измеряемого резистора 6

55

чем на неинвертирующем. При этом на .пряжение на выходе усилителя 7 становится меньше нуля или равно нулю в зависимости от конкретного типа усиQ

5

о усилителя 7 еще некоторое время воз- растает за счет колебательного харак-

лителя 7, И в том, и в другом случае ключ 9 размыкается и отключает резистор 4 и выход устройства 8 от общей шины. На выходе устройства 8 появляется напряжение, практически равное . напряжению источника 1. В это время конденсатор 11, ранее заряженный на величину падения напряжения на резисторе 3, начинает разряжаться через дроссель 10 и резистор 3. Напряжение на неинвертирующем входе усилителя 7 возрастает и, когда оно превьш1ает напряжение на инвертирующем входе, на выходе-усилителя 7 появляется напряжение, ключ 9 замыкается. Напряжение на выходе устройства 8 становится равным нулю. Но напряжение на неинвертирующем входе

о усилителя 7 еще некоторое время воз- растает за счет колебательного харак-

5

0

5

0

5

0

тера разряда конденсатора 11 через дроссель 10. Потом конденсатор 11 разряжается, напряжение на неинвер- тирующем входе усилителя 7 уменьшается и процесс повторяется.

Таким образом, в устройстве возникают автоколебания с частотой, определяемой параметрами контура: конденсатор 11 .- дроссель 10 - резистор 3. Для уменьшения декремента затухания автоколебаний сопротивление резистора 3 выбирают не более единиц килоом. Это способствует также приближению величины напряжения на выходе устройства 8 к напряжению источника 1.

На выходе устройства 8 при автоколебаниях имеют место импульсы постоянной частоты, длительность которьЬс пропорциональна отношению приращения сопротивления измерительного резистора 6 и его полного сопротивления.

Действительно,ширина импульсов на выходе устройства 8 равна длительности пребывания ключа 9 в разомкнутом состоянии. Величина последней такова, что среднее за период автоколебаний напряжение на резисторе 4 равно напряжению на измеряемом резисторе 6. Так как сопротивление цепи резистора 4 при разомкнутом ключе 9 стремится к бесконечности, то аналогично сопротивление измеряемого резистора 6

R, Rjd - t)

(1)

где Rу - сопротивление измеряемого резистора 6;

RO t сопротивление измеряемого

резистора 6 при балансе

моста 2;

относительная длительность

импульсов,

представив RX К-в uR, где лК - приращение сопротивления измеряемого резистора 6, получают из (1)

SR/R,

(2)

четьфехплечего моста, плечи отношения и плечо сравнения которого образованы резисторами, вторые выводы первого плеча отношения и плеча сравнения соед1шены с первой вершиной диагонали питания ч.етырехплечего моста, а плечо измерения состоит из клемм для подключения объекта измерения, усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего моста, конденсатор, одна из клемм для подключения объекта измерения и втоТаким образом, предлагаемый преобразователь имеет широкий диапазон преобразования приращения сопротивле- 15 рой вывод источника постоянного напря ния в длительность импульса, функция жения соединены с общей шиной, кото- преобразования не зависит, от стабильности источника питания, коэффициенрая является второй вершиной диагонали питания четьфехплечего моста, отличающийся тем, что,

та усиления усилителя и параметров LC-контура.

По сравнению с прототипом предложенное устройство значительно проще и дешевле на 20-30%.

Формула изобретения

Щиротно-импульсный преобразователь приращения, сопротивления, содержащий источник постоянного напряжения, первый вывод которого соединен с первой вершиной диагонали питания

четьфехплечего моста, плечи отношения и плечо сравнения которого образованы резисторами, вторые выводы первого плеча отношения и плеча сравнения соед1шены с первой вершиной диагонали питания ч.етырехплечего моста, а плечо измерения состоит из клемм для подключения объекта измерения, усилитель, инвертирующий вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего моста, конденсатор, одна из клемм для подключения объекта измерения и второй вывод источника постоянного напря жения соединены с общей шиной, кото-

15 рой вывод источника постоянного напря жения соединены с общей шиной, кото-

рая является второй вершиной диагонали питания четьфехплечего моста, отличающийся тем, что,

20 с целью расширения диапазона преобразования, в него введены дроссель и ключ, управляющий вход которого подсоединен к выходу усилителя, вход ключа соединен с вторым выводом вто-

25 рого плеча отношения и клеммой выхода устройства, а выход ключа - с общей шиной неинвертирующий вход уси лителя через дроссель соединен с второй вершиной измерительной диаго30 нали четьфехплечего моста и через

конденсатор - с первым выводом источника постоянного напряжения.

Изобретение может быть использовано при создании приборов с широтноимпульсным сигналом для измерения приращения сопротивления и функционально связанных с ним неэлектрических величин, например температуры. Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) приращения сопротивления содержит источник 1 постоянного напряжения, четырехплечий мост 2, каждое из плеч которого состоит из резисторов 3-5 и измеряемого резистора 6, усилитель 7, конденсатор 11, дроссель 10 и ключ 9. ШИП имеет широкий диапазон преобразования приращения сопротивления в длительность импульса. 1 ил.