Преобразователь погонного сопротивления проволоки в период электрических колебаний Советский патент 1990 года по МПК G01R27/04 

(Л

с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля погонного сопротивления проволоки. Преобразователь содержит переключатель 1 диапозонов, блок 2 опорных резисторов, операционный усилитель 3, четыре контактирующих элемента 9, 10, 16, 17, дифференциальный усилитель 11, компаратор 12, инвертирующий интегратор 13, инвертирующий масштабирующий преобразователь 14 и повторитель напряжения 15. Преобразователь позволяет снизить погрешность преобразования за счет устранения влияния величины погонного сопротивления на результат преобразования. 2 ил.

ел

00 О ГС 00 СЛ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля погонного сопротивления микг ропроволоки.

Целью изобретения является снижение погрешности преобразования.

На фиг.1 приведена схема преобразователя; на фиг.2 - эквивалентная схема участка проволоки между контактными элементами.

Преобразователь содержит переключатель 1 диапазонов, блок 2 опорных резисторов (с сопротивлениями Rot Rot Ron) операционный усилитель 3, клеммы 4 и 5 для контакти- рования (с катушками с проволокой), катушки 6 и 7 с проволокой 8, третий и четвертый контактирующие элементы 9 и 10, дифференциальный усилитель 11, компаратор 12, инвертирующий интегратор 13, инвертирующий масштабирующий преобразователь 14, повторитель 15 напряжения, первый и второй контактирующие элементы 16 и 17. Первые выводы каждого опорного резистора блока 2 опорных резисторов подключены к соответствующему выходу переключателя 1 диапазонов, вторые выводы опорных реэультатов объединены и соединены с инвертирующим входом, операционного усилителя 3 и с первым контактирующим элементом, неинверти рующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной устройства, выход операционного усилителя соеди- нен с вторым контактирующим элементом, третий и четвертый контактирующие элементы подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к входам инвертирующего интегратора, инвертирующего масштабирующего преобразователя и повторителя напряжения, выходы инвертирующего интегратора и инвертирующего масштабирующего преобразователя соединены соответственно с третьим и вторым входами компаратора, четвертый вход компаратора соединен с его выходом, вход повторителя напряжения подключен к входу переключателя диапазонов.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении питания благодаря большому коэффициенту усиления компаратора 12 на его выходе появляется импульс положительного или отрицательного (предположим, положительного)

напряжения с амплитудой U. Это напряжение через повторитель 15 напряжения, служащий для развязки и повышения нагрузочной способности компаратора, подается на вход переключателя

1 диапазонов.

Переключатель 1 диапазонов устанавливается оператором в одно из положений. При этом вход переключателя 1 диапазонов соединяется с одним из его

выходов и напряжение с амплитудой U6 с выхода повторителя 15 напряжения через переключатель 1 диапазонов и один из опорных резисторов RO из блока 2 опорных резисторов подается на

0 инвертирующий вход операционного усилителя 3.

В цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 3 через клеммы 4 и 5 для контактирования с

5 катушками с проволокой включены катушки 6 и 7 с проволокой 8, причем ток обратной связи 10с операционного усилителя 3 протекает через клемму 4, катушку 6, проволоку 8, катушку 7 и

0 клемму 5. При помощи контактирующих элементов 9 и 10 снимается и подается на вход дифференциального усилителя 11 падение напряжения на заданном отрезке проволоки длиной L, вызванное

с протеканием по проволоке тока 1ОС,Поскольку входной ток инвертирую- щего входа операционного усилителя 3 близок к нулю, то ток в цепи отрицательной обратной связи I ос прак0

тически равен току 1ВХ на входе усиг лителя 3, протекающему через сопротивление RQ входной цепи операционного усилителя, т.е.

45

ос 6У

a TOK«IBJ(, в свою очередь, равен

50

вк

иЈ

Следовательно,

55

ос

Uc Rr

причем значение тока 1ОС можно задавать, изменяя сопротивление R0 путем выбора при помощи переключателя 1

диапазонов одного

Re

51

из опорных резисто из блока 2 опорров К0, , K.oi,... ,R0n ных резисторов.

Операционный усилитель 3 выступает, таким образом, в качестве преобразователя напряжение - ток, при этом ток Iос не зависит от сопротивления Roc, включенного в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 3.

На фиг.2 R - сопротивление отрезка проволоки 8 длиной L между контактирующими элементами 9 и 10, причем R Rnor L (Rnor погонное сопротивление проволоки Ь); Rni - сопротивление цепи от инвертирующего входа операционного усилителя 3 до контактрующего элемента 9, включающее в себ сопротивление подводящего провода от операционного усилителя 3 до клеммы 4 для контактирования с катушкой с проволокой, переходное контактное сопротивление между клеммой 4 и катушкой 6, сопротивление между катушкой 6 и проволокой 8 и сопротивление отрезка проволоки 8 от катушк 6 до контактирующего элемента 9; R „2 - сопротивление цепи от контактирующего элемента 10 до выхода операционного усилителя 3, включающее в сбя сопротивление подводящего провода от операционного усилителя 3 до клеммы .5 для контактирования с катушкой с проволокой, переходное контактное сопротивление между клеммой 5 и катушкой 7, сопротивление между катушкой 7 и проволокой 8 сопротивление отрезка проволоки 8 от катушки 7 до контактирующего элемента 10.

Поскольку сопротивления Rf R и Rn2. включены последовательно (фиг.2), падение напряжения на сопротивлении .R вследствие протекания по этой цепи тока 1ОС

U I

ос

при заданном токе 1ОС зависит только от сопротивления R и не зависит от сопротивлений Rn, и Rnz так как ток 1ОС также не зависит от этих сопротивлений .

Другими словами, падение напряжения на отрезке проволоки 8 длиной L, заключенном между контактирующими элементами 9 и 10, определяется только погонным сопротивлением проволоки 8

по г

R L

и не зависит от сопротивления подводящих проводов, переходных контактных сопротивлений между клеммами 4 и 5 и катушками 6 и 7, а также от сопротивления отрезков проволоки между катушками и контактирующими элементами.

Падение напряжения на отрезке проволоки 8 длиной L, заключенном между контактирующими элементами 9 и 10, равно

ос

R I

ос

R

nor

20

Up R

™ -R

nor

Это напряжение усиливается дифференциальным усилителем 11 с коэффициентом усиления Кд. При этом выходное напряжение дифференциального усилителя 11

- U-KM- -R

U0

R

L К

АЧ

30

поступает на первый вход компаратора 12.

Напряжение с амплитудой UQ с выхода компаратора 12 поступает также на входы инвертирующего интегратора 13 и инвертирующего масштабирующего 35 преобразователя 14. Выходное напряже- ние инвертирующего интегратора 13

U

Ин

(t - - р

°и

где

i ц- постоянная интегрирования инвертирующего интегратора 13,

поступает на третий вход компаратора 12.

Выходное напряжение инвертирующего масштабирующего преобразователя 14

U

UoK МП I

где К мп - коэффициент передачи

блока J4,

поступает на второй вход компаратора 12.

На четвертый вход компаратора 12 поступает его выходное напряжение

и„.

Напряжения Иду, Uwn, U и , U

о

поступающие на первый, второй, третий и четвертый входы компаратора 12, суммируются с соответствующими коэффициентами суммирования K1f К$, . При этом полярность выходного напряжения компаратора 12 определяется знаком суммы напряжений на его входах Sign U0 - Sign(K,- UAb + +

+ кгийн+ K,UO).

В момент изменения знака суммы напряжений на входах компаратора 12 полярность его выходного напряжения с амплитудой U скачкообразно изменится на противоположную. Описанный процесс повторится при друго полярности напряжения. В результате в схеме возникают релаксационные колебания, длительность полупериода которых может быть определена из условия равенства нулю суммы напряжений на входах компаратора 12

к2имп+ к3иин+ к4и0 о,

и

K,R- ReofL W Кг -иокмп

R о г - АЧ о

+K,(-ЈЈ.t) +

v V/ и

О .

Если обеспечить К2КМ К4, то равенство

к,кпогь-кАГкДЈ t 0

будет выполняться при

t . J . . R

KVRo

пог

где :j. - полупериод релаксационных

колебаний в схеме. Таким образом, период релаксационных колебаний на выходе схемы

.

Чтог

т - 2KiRA2Jni « K,R0

пропорционален погонному сопротивлению проволоки 8.

Применение данного преобразователя позволит создать недорогие, широкодиапазонные измерители погонного сопротивления проволоки, отличающиеся стабильностью параметров (низкой чувствительностью к влиянию дестабилизирующих факторов внешней среды) .

Формула изобретения

Преобразователь погонного сопротивления проволоки в период электрических колебаний, содержащий операцио- ный усилитель, компаратор, выход которого соединен с входом инвертирующего интегратора, отличающий- с я тем, что, с целью снижения погрешности преобразования, в него введены переключатель диапазонов, блок опорных резисторов, четыре контактирующих элемента, дифференциальный усилитель, инвертирующий масштабирующий

преобразователь и повторитель напряжения, причем первые выводы блока опорных резисторов соединены с соответствующими входами переключателя диапазонов, а вторые их выводы объедийены и соединены с первым контактирующим элементом и с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с вторым контактирующим элементом, входы дифференциального усилителя соединены с соответствующими выводами третьего и четвертого контактирующих элементов, которые расположены в промежутке между первым и вторым контактирующими элементами с заданным расстоянием между ними, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом компаратора, выход которого через инвертирующий

масштабирующий преобразователь, инвертирующий интегратор соединен с вторым, третьим и непосредственно четвертым входами компаратора и через повторитель напряжения - с вхоД°м переключателя диапазонов и выходной шиной устройства.

К дходу операционною усилителя У Яя/

Составитель А. Шикерун Редактор С. Пекарь Техред М.Дидык

Заказ 2009

Тираж 559

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

К дисрференциальному усилителю 11

Knt htxofy

операционного усилителя 3

Корректор А. Обручар

Подписное