Преобразователь разности сопротивлений в напряжение Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике, и предназна чено для измерения сопротивлений, приращений сопротивлений, разности двух сопротилении, в том числе для дистанционного измерения разности сопротивлений резистивных датчиков, удаленных на значительное расстояние, для многоканальных измерений разностей сопротивлений с поочередной коммутацией каналов на один и тот же измерительный преобразователь.

Целью изобретения является повышение точности преобразования при дистанционных и многоканальных измерениях.

На иг.1 изображена схема преобразователя разности сопротивлений в напряжение; па фиг.2 - схема двух симметричных стабилизированных ис- точников тока.

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение содержит стабилизированные источники 1 и 2 тока,преобразуемые сопротивления 3 и 4,группы проводов с сопротивлениями 5 - S и 9 -.12 связи, операцирнные усилители 13 - 15 и резисторы 16 и 17 обратной связи. Источники 1 и 2 тока соединены своими первыми выводами одноименных полюсов с общей шиной, а вторыми выводами с помощью проводов связи с сопротивлениями 5- 8 и 9 - 12 - с преобразуемыми сопротивлениями 3 и 4. Первьп вывод преобразуемого сопротивления 3 соединен с вторым выводом источника 1 тока чр- рез сопротивление 5 св язи и с инвертирующим входом операцион Ного усилителя 15 через сопротивление 6 связи. Второй вывод преобразуемого сопротив0

5

0

5

0

5

0

5

ления 3 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 13 через сопротивление 7 связи и с выходом операционного усилителя 18 через сопротивление 8 связи. Первый вывод преобразуемого сопротивления 4 соединен с источником 2 тока через сопротивление 9 связи и с неинвертирующим входом операционного усилителя 15 через сопротивление 10 связи.Второй вывод преобразуемого сопротивления 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 14 через сопротивление 1I связи и с выходом операционного усилителя 14 через сопротивление 12 связи. Неинвертирующий вход усилителя 14 соединен с общей шиной. Резисторы 16 и 17 обратной связи соединены последовательно и общим выводом связаны с неивентирующим входом операционного усилителя 13. Второй вывод резистора 17 соединен с общей шиной, а второй вывод резистора 16 - с выходом операционного усилителя 15, который является выходом преобразователя.

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение работает следующим образом.

Ток I, создаваемый стабилизированным источником 2 тока протекает по цепи: сопротивление 9 связи,преобразуемое сопротивление 4, сопротивление 12 связи и далее по внутренним цепям операционного усилителя 14 и его источников питания на общую шину за счет того, что операционный усилитель 14 посредством сопротивлений И и 2 связи охвачен глубокой отрицательной обратной связью.Напряжение на выходе операционного усили51

теля 4 устанавливается таким,что потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя 1Д практически равен потенциалу на его неинвертирующем входе, которьш у операционного усилителя 14 соединен с общей шиной. Так как входы операционных усилителей 14 и.15 имеют очень большое по сравнению с другими сопротивления- ми схемы входное сопротивление, во включенные с указанными входами последовательно сопротивления 10 и 11 ток I не ответвляется. Следовательно, потенциал U. на неинвертирующем вхо- да операционного усилителя 15 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе операционного усилителя 14 и падения напряжения на преобразуемом сопротивлении 4, т.е. будет определяться только произведением тока I на преобразуемое сопротивление 4, равное RX

U, IR,. Ток I , создаваемый стабилизиро

ванным источником 1 тока, протекает по цепи: сопротивление 5 связи,преобразуемое сопротивление 3, сопротивление 8 связи и далее по внутренним .цепям операционного усилителя 13 и его источников питания на общую шину. Операционньй усилитель 13 также охвачен глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивле- НИИ 7 и 8, а сопротивления 6 и 7 связей включены последовательно вы- сокоомным сопротивлениям входом операционных усилителей 13 и 15. Поэто- .му потенциал U на инвертирующем входе операционного усилителя 15 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе усилителя 13 и падения напряжения на сопротивлении 3, вызванного прохождением через пос- леднее тока 1.

Потенциал на неинвертирующем входе усилителя 13 равен произведению потенциала Ug, на выходе операционного усилителя 15 на коэффициент де- ления резистивного делителя напряжения из резисторов 16 и 17 обратной связи. Таким Образом, потенциал U определяется сопротивлениями делителя обратной связ-и из резисторов 16 и 17 (Rj и , соответственно) и падением напряжения на преобразуемом сопротивлении 3 (Re), вызванным прохождением по нему тока

10

и- - I RO -USMX- (-R;fp--b

Охват операционного усилителя 15 отрицательной обратной связью с его выхода резистивный делитель напряжения на неинвертир тощий вход усилителя 13, а затем с выхода последнего на инвертирующий вход первого обеспечивает равенство потенциалов на неинвертирующем и инвертирующем входах усилителя I5:

IR, IpR + и

RI

R 2 + R,

Выходной сигнал преобразователя

Ra

вык

(IR;c - IoRo)(-™ + 1).

Обозначив коэффициент усиления

Ri К --- + 1, при равенстве токов

1

стабилизаторов 1 и 2 (I j I) получим

и

й,lx

К- (R - R . I.

Таким образом, предлагаемый преобразователь преобразу1ет разность сопротивлений в напряжение,усиливает этот разностный сигнал, при этом и результат преобразования не зависит от сопротивлений связей преобразуемых сопротивлений с самим преобразователем, что повышает точность преобразования.

Стабилизированные источники 1 и 2 тока могут быть вьтолнены по схеме, представленной на фиг.2. Сопротивления 3 и 4 представляют собой резис- тивные датчики и их номиналы лежат, как правило, в пределах (10-1000) Ом Сопротивления 5-12 сбязей представляют собой провода линий связи с датчиками, но могут включать и сопротивления открытых ключей в многоканальных задачах, следовательно, их значения могут доходить .до 100 Ом. Результат преобразования некритичен к номиналам этих сопротивлений в широком диапазоне, если их значения много меньше входных сопротивлений операционных усилителей 13 - 15 и выходных внутренних сопротивлений источников тока 1 и 2, составляющих десятки или сотни мегаом. Охваченные глубокой обратной связью операционные усилители 13 и 14 привязывают

159981

соответствующие выводы сопротивлений 3 и 4 к задаваемым на неинвертирующих входах потенциалам, поэтому падения напряжения на сопротивлениях 8 и 12 от прохождения по ним токов (, и I не оказывают влияния на характеристику преобразователя при удовлетворении требования I R й(,) нас U + , где П„д(,- напряжение JQ насыщения операционных усилителей 13 и 14.

Формула изобрете, ния

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение, содержащий последовательно соединенные первый стабилизированный источник тока и первое преобразуемое сопротивление, второй стабилизированный источник тока и второе преобразуемое сопротивление, первый операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом второго преобразуемого сопротивления, вторые одноименные выводы стабилизированных источников тока соединены с общей шиной, отличающийся тем, что, с

Q

5

0

5

целью повышения точности преобразования, в него дополнительно введены второй и третий операционные усилители и последовательно соединенные два резистора обратной связи, общий вывод которых соединен в неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом и вторым выводом первого преобразуемого сопротивления, второй вывод второго резистора обратной связи соединен с выходом третьего, операционного усилителя, являющимся выходом преобразователя, первый вывод второго преобразуемого сопротивления соединен с неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, а второй его вывод - с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, инвертирующий вход третьего опер;щионного усилителя подключен к первому выводу первого преобразуемого сопротивления, второй вывод первого резистора обратной связи соединен с общей шиной.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения разности сопротивлений резистивных датчиков при многоканальных измерениях с поочередной коммутацией каналов. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Ток J, создаваемый стабилизированным источником 2 тока, протекает по цепи: сопротивление 9 связи, преобразуемое сопротивление 4, сопротивление 12 связи, внутренние цепи операционного усилителя 14, охваченного глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений 11 и 12 связей. Ток J_O, создаваемый стабилированным источником 1 тока, протекает по цепи: сопротивление 5 связи, преобразуемое сопротивление 3, сопротивление 8 связи, внутренние цепи операционного усилителя 13, охваченного глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений 7 и 8 связей. Сопротивления 6 и 7 связей включены последовательно высокоомным сопротивлениям входов операционных усилителей 13 и 15. Потенциал на неинвертирующем входе усилителя 13 равен произведению потенциала V_вых на выходе операционного усилителя 15 на коэффициент деления резистивного делителя напряжения, собранного на резисторах 16 и 17 обратной связи. 3 ил.

о