Устройство для измерения приращения сопротивления Советский патент 1989 года по МПК G01R17/02 G01R17/10 

U,(t)U(t,) . (iil rbRAryiizKliI o R. ,

(4)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения приращения активного сопротивления резисторов и резистивных датчиков, подключаемых через длинные линии связи, например тензорезисторов, термопреобразователей сопротивления и резисторов, в процессе их изготовления. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Устройство содержит два переключателя 1 и 13, опорный резистор 2 со средним выводом, источник 3 тока, ключи 4 и 15, резистивный датчик 5, дифференциальный усилитель 6, блок 7 синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9, выполненный на основе операционного усилителя 10, конденсатора 11 резистора 12 и мультиплексор 14. В данном устройстве обеспечивается более высокая точность измерений по сравнению с прототипом, так как в нем отсутствует усилитель, вносящий в прототипе погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения. 2 ил.

где t е (,), t,.

В момент времени t j напряжение между обкладками конденсатора . 11 дои (..-,- .- -K+lc: K-ItR, .

UcV.c,

-3--t 2loRAK ± IolRj

В момент времени t имеет место

компенсация 1. Одновременно в момент времени t по сигналам узла синхронизации в работе устройства про- исходят те же изменения, что и в момент времени t,.

Очевидно, что Для произвольного числа - h циклов коррекции с одновременным интегрированием сигнала ре- зистивного датчика 5 длительностью , tg-t в момент окончания последнего (момент времени t на фиг.2 между обкладками конденсатора 11 будет присутствовать напряжение

и (t )l2siu A5-±-Si5--5i . X

Со(

-2loRAK + lo Ra Т - -Таким образом, интегрирование входного сигнала в течение фиксиро- ванного интервала tg-t,T осуществляется без пропусков информации.

I

В момент времени t сигнал блока 7 синхронизации размыкает второй ключ 15, замыкает первый ключ 4, возвращает первый 1 и второй 13 переключатели в положения, изображенные на фиго1, а к Bbixoj y мультиплексора 14 подключается его третий вход. Ь ре- зультате этого напряжение 1 R , присутствующее на среднем выводе опорного резистора 2, подключа- ется к неинвертирующему входу операстигнет (с учетом выражения (2)) значения

о

(5)

25

30

/35

40

Q с ционного усилителя 10 и к второму входу блока 8 сравнения, на выходе интегратора 9, а следовательно, и на первом входе блока 8 сравнения присутствует напряжение

Uu(t6 Uc(t,) +

.bRz Т

Начиная с момента времени t,, напряжение на выходе интегратора 9 линейно возрастает до момента равенства напряжению присутствующему на втором входе блока 8 сравнения. Изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервале t,,- tg описывается выражением

U,(t)U,(t,) ,,p . (8) ,

и в момент срабатьшания блока 8 сравнения имеет место равенство

«((t,)| (t8-te)+IoR

IoR2cp .

гср- (9)

С учетом (6) выражение (9) можно представить в виде

(e-t6)- V---°----|-( o)

Сопротивление резистивиого датчи - ка 5 соответствует выражению

Ао

(11)

где R. - начальное сопротивление

резистивного датчика; AR измеряемое приращение сопротивления резистивного датчика,

С учетом этого равенство (10) можно

преобразовать к виду

rt- -t- . -

я -Л V -о VO Т

К R,

UR6

А; 2

R

}

(12)

примем R,

(13)

Ri KRАо 2 2 и после очевидных преобразований из выражения (10) получим

te) --Ъ

Т ARA- -T.

R

Ac

(14)

Левая часть равенства (14) ставляет собой информативный интервал „ Обозначив его через Т,, , из равенства (14) получим окончательное выражение функции преобразования устройства

.Ш ,т

fltix

R«

(15)

Ао

Из этого следует, что предлагаемое

устройство позволяет получить тот же самый резул11тат, что и известное устройство при длительности цикла пре- образования

.| ч- Т 1,5. Т ,

В известном устройстве длительность цикла преобразования равна 2Т.

Таким образом, быстродействие предлагаемого устройства в 1,3 раза выше, чем известного устройства за счет устранения пропусков информации при интегрировании сигнала резистивного датчика 5 в течение фиксирован- ного интервала t - t Т.

При этом полностью сбхраняет ся присущая известному устройству чувствительность и отсутствует усилител вносящий в известном устройстве погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения Сл-едовательно, данное устройство является также более точньм.

Для определения знака отклонения измеряемого приращения сопротивления jRi от начального значещад Rд достаточно установить временное положе

0

5

0

5

30

35

дд

50

55

кие информативного интервала Т ц,,, относительно середины фиксированного интервала Т (момент времени t на фиг.2): если заканчивается в момент времени t - приращение счи- . тается отрицательным, если Т д,, начинается в момент времени t - приращение считается положительным. Информация о знаке снимается с второго информационного выхода блока 7 синхронизации.

Формула изобр.етения

Устройство ДО1Я измерения приращения сопротивления, содержащее источник тока, выход которого через первый ключ соединен с первым токо- : вым выводом резистивного датчика, потенциальные выводы которого соединены с входами дифференциального усилителя, опорный резистор со средним выводом, соединенный первым выводом с общей шиной, блок синхронизации, первый управляющий выход которого соединен с входом управления первого ключа, второй управляющий выход блока синхронизации соединен с входом управления первого переключателя, выход которого соединен через интегратор, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора, который включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, к инвертирующему входу последнего подключен первый вывод резистора, второй вывод которого является входом интегратора, с первым входом блока срав нения,выход которого соединён с входом блока синхронизации, первый информационный выход блока синхронизации является выходом знака, второй информационный выход является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия, в него введены мультиплексор, второй переключатель и второй ключ, при этом вход второго ключа соединен с источником тока, выход - с

вторым токовым выводом резистивного датчика и с вторым входом второго переключателя, первый вход которого соединен с первым токовым выводом резистивного датчика, -выход второго переключателя соединен с вторым выводом опорного резистора и с вторьм информационным входом мультиплексора.

914957

средний вывод опорного резистора соединен с третьим информационньм входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с вы-, ходом дифференциального усилителя и с вторым входом первого переключателя, первый вход первого переключателя соединен с общей шиной, выход мультиплексора соединен с неинвер д тирующим входом операционного усилителя интегратора и с вторым входом

18-- О

блока сравнения, второй упраБЛЯюв-;гй выход блока синхронизации соедиие ; с управляющим входом второго переключателя и первым управляющим входом, мультиплексора, третий управляющий выход блока с гнхрониэации соединен с вторым управляющим входом мультиплексора, а четвертый управляющий выхрд блока синхронизации соединен с управляющим входом второго ключ а