Преобразователь сопротивления в напряжение Советский патент 1991 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения сопротивлений резистивных датчиков.

Целью изобретения является повышение надежности работы преобразователя в условиях воздействия сильных электрических помех.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя; на фиг. 2 - эквивалентная схема преобразователя в режиме измерения; на фиг. 3 - эквивалентная схема преобразователя в режиме калибровки.

Преобразователь содержит операционный усилитель 1, стабилизированный источник 2 тока, третий и четвертый дополнительные резисторы 3 и 4, преобразуемое сопротивление 5, первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи 6-10, первый и второй опорные резисторы 11 и 12, усилитель 13 напряжения .

Неинвертирующий вход операционного усилителя 1 соединен с общей шиной, его инвертирующий вход и выход соответственно через резистор 3 и резис- trop 4 соединены с первым выводом преобразуемого сопротивления 5, второй

0

сл

N3

00 СО

вывод которого соединен с первыми выводами ключа 6 и опорного реяисто- ра 11, второй вывод кЬторого соединен с лервыми выводами ключа 7 и опорного резистора 12, второй вывод которого соединен с первым выводом ключа 8 и входом усилителя 13 напряжения, выход которого является выходом устройства. Вторые выводы ключей 6, 7 и 8 соединены с первым выводом источника 2 тока, второй вывод которого соединен с общей шиной, а первый вывод опорного резистора 11 соединен через ключ 9 с инвертирующим входом операционного усилителя 1 и с его выходом через ключ 10.

Преобразователь работает следующим образом.

В режиме измерения ключ 6 замкнут, а ключи 7, 8, 9, 10 разомкнуты (см. фиг, 2). Ток, создаваемый стабилизированным источником 2, протекает по цепи: ключ 6, измеряемое сопротивление 5, резистор 4 (и далее по внутрен ним цепям операционного усилителя 1 и его источников питания на общую шину). За счет отрицательной обратной связи напряжение на выходе операционного усилителя устанавливается таким, чтобы потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя был равен потенциалу на его неинвертирующем входе, который соединен с общей шиной. Так как входы операцией- ного усилителя 1 и усилителя 13 имеют сопротивления много большие, чем остальные сопротивления схемы, во включенные последовательно с этими входами резисторы 3, 11 и 12 ток не ответвляется. Следовательно, потенциал Е на входе усилителя напряжения 13 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе операционного усилителя 1 и падения напряжения на измеряемом сопротивлении 5, т.е. будет определяться произведением тока I на измеряемое сопротивление 5, равное Ry:

к - I-RK.

Если коэффициент усиления усилителя 13 равен К, выходной сигнал устройства в режиме измерения будет равен

Ux K-I-Rjj.

Ii режиме калибровки ключ 6 разомкнут, замкнуты ключи 7 или 8, а также 9 и 10. Собственные сопротивления ключей 9 и 10 в замкнутом состоянии г и г10 (см. фиг. 3) . Ток I, создаваемый

источником 2 тока, протекает по кепи г ключ 7 (или ключ 8), опорный резистор 11 (или 11 и 12), ключ 10 с ответвлением части тока в цепь из кпюча 9, измеряемого сопротивления 5 и резисторов 3 и 4, и датее по внутренним цепям операционного усилителя 1 и его источников питания на общую шину. Отрицательная обратная связь, охватывающая операционный усилитель 7, устанавливает потенциал на инвертирующем входе и на связанных с ним выводах резистора 3 и ключа 9 равным потенциалу не неинвертирующем входе, который соединен с общей щиной. Во входы операционного усилителя 1 и усилителя напряжения 13 ток не ответвляется из-за их высокого входного сопротивления. Таким образом, потенциал Е на входе операционного усилителя 13 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе операционного усилителя 1, падения напряжения на опорном резисторе 11 (или последовательно соединенных резисторах 11 и 12) от протекающего через него тока I и падения напряжения Е0 на ключе 9 от ответвляющейся в него части тока I Е, ЬК, + Е0 или Ег I(R, + Rfc) +Ту

Падение напряжения Е , определяемое параметрами цепи из резисторов 3 (Rj), 4 (, измеряемого сопротивления 5 (Ry) и сопротивлений ключей 9 (г), 10 (г,0), равно

,.. ,«, г,

(«. ц

Rx + R3 + r

Если сопротивления замкнутых ключей удовлетворяют условиям г. ; R и

r,e«R#

Vbr«

I1

Г.0Т9

R

. R

„ R

VR3VX т Л5 Если обеспечивается условие

RyRt RX

T1T,PVSTM

что реально выполняется при значения га в единицы ом, RS и R$ - в единицы килоом, a R - в сотни ом, то 0, и в режиме калибровки потенциал на входе усилителя 13 будет равен

N

1 -R,

или

ч

I-CR,

R2).

Ч

Резисторн 3 и 4 ослабляют влияние сопротивлений ключей 9 и 10 и измеряемого сопротивления 5 на выходной сигнал в режиме калибровки до пренебрежимо малой величиШ&г- Выходной сигнал в режиме калибровки будет U, K I R,; UЈ K-I(R ; + R2) По опорным отсчетам ют чувствительность

U,

U4 и Ug определя- S и смецение нуля

У- преобразователя:

- и U

7

11в

- - (U - Л

Основное время преобразователь работает в режиме измерения, когда ключи 9 и 10 разомкнуты. Они периодически замыкаются только на короткий промежуток времени для калибровки преобразователя, что позволяет использовать устойчивые к воздействию перенапряжений нормально разомкнутые герконовые реле. В качестве ключей 6, 7, 8, коммутирующих ток, могут быть использованы прерыватели на биполярных транзисторах.

Таким образом, преобразователь обладает возможностью калибровки благодаря коммутации встроенными ключами на встроенные опорные резисторы и имеR2).

1651233

Фор

мула изобретения

Преобразователь сопротивления в

с напряжение, содержащий операционный усилитель, источник тока, усипитель напряжения, преобразуемое сопротивление, первый и второй резисторы, первый, второй, третий, четвертый и пяЮ тый ключи, причем вторые выводы первого, второго и третьего ключей подключены к первому выводу источника тока, второй вывод которого соединен с общей шиной, инвертирующий вход

15 операционного усилителя через четвертый ключ соединен с первым выводом первого резистора, а выход операционного усилителя соединен с вторым выводом пятого ключа, отличаю20 щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы преобразователя в условиях воздействия сильных электрических помех, в преобразователь введены третий и четвертый ре25 зисторы, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной, инвертирующий вход и выход операционного усилителя соответственно через третий и четвертый ре30 зисторы соединены с первым выводом преобразуемого сопротивления, второй вывод которого соединен с первыми выводами первого и пятого ключей и первого резистора, первый вывод вто

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения сопротивлений резистнвных датчиков. Целью изобретения является повышение надежности работы,преобразователи в условиях воздействия сильных электрических помех, что достигается за счет построения схемы коммутации, позволяющего использовать устойчивые к воздействию перенапряжений герконовые реле. ПреоГфазователь сопротивления в напряжение содержит операционный усилитель 1, источник 2 тока, дополнительные резисторы J и 4, преобразуемое сопротивление 5, ключи 6-tO, опорные резисторы 11 и 12, усилитель 13 напряжения. 3 ил. (Л

ет повышенную надежность работы в ус- - рого ключа соединен с вторым выводом

ловиях воздействия сильных электрических помех за счет схемы коммутации, позволяющей использовать герконовые реле.

первого резистора и первым выводом второго резистора, первый вывод треть его ключа соединен с вторым выводом второго резистора и входом усиНителя напряжения.

первого резистора и первым выводом второго резистора, первый вывод третьего ключа соединен с вторым выводом второго резистора и входом усиНителя напряжения.

ш

Г

fiI

Лц Фиг.7

мт

К Он

5

#1

XJ

Г

70

И

И

n

7 или в

ивых