Измеритель сопротивления резистивного датчика Советский патент 1992 года по МПК G01R27/02 

|шяА

л

о

vl

ел сэ

GO

31

Изобретение относится к измери-

тельной технике и может найти приме- пение при построении измерительных приборов и информационно-измеритель- ных систем, работающих с резистивны- ми датчиками, установленными на удаленных объектах.

Цель .изобретения - Повышение точности измерения за счет компенсации

влияния сопротивлений соединительных проводов, а также устранения методической погрешности, обусловленной конечным значением входного сопротивления измерителя напряжения.

На чертеже представлена структурная схема измерителя сопротивления резистивного Датчика.

Устройство содержит источник 1 тока, измеритель 2 напряжения, диффе- ренциапьный усилитель 3, резистивный датчик 4, соединительные проводы (линии связи) 5-0, ключ 9, переключател 10, источник 11 опорного напряжения, первую 12 и вторую 13 клеммы для подключения резистивного датчика 4, шины 14-16 управления и блок 17 управления.

Резистивный датчик 4 эапитывается через переключатель 10 г. ключ 9 ста- бнлизированным током 1.(, от источни- ка 1 тока. Первая клемма 12 для подключения резистивного датчика 4 чепе проводники 5 и 6 подключена соответственно к инвертирующему входу и выходу дифференциального усилителя 3, вторая клемма 13 через третий соеди- нительный провод 7 подключена к первому зажиму измерителя 2 напряжения, второй зажим которого и одноименный вывод источника 1 тока подключены к общей шине измерителя.

Первый вывод источника 1 тока через ключ 9 и четвертый соединительный провод 8 подключен к второй клемме 13 для подключения резистивного датчика 4. Вход а переключателя 10 соединен с первым выводом источника fl опорного напряжения, второй вывод которого подключен к входу b переключателя 10, который соединен с общей шиной измерителя. Выход переключателя 10 подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 3. Упрап- ляюси е входы ключа 9 и переключателя 10 подключены к соответствующим шинам 14 и 15 управления, на которые поступают сигналы с выхода блока упразом,

равления (не показан) или от оператора.

Выходная информация о значении измеряемого параметра с выхода блока 17 может подаваться на вход ЭВМ для проведения необходимых вычислений.

Яусть Rj( - сопротивление резистивного датчика 4, ГА -Гдц. - соответственно сопротивления соединительных проводов 5-8, U0 - значение опорного напряжения источника 11. Источник 1 тока имеет высокое выходное сопротивление, т.е. его ток не зависит от изменения сопротивлений гл, , Гд2. 4 соединительных проводов 5, 6 и 8 и соответственно сопротивления резистивного датчика 4.

Для уменьшения влияния сопротивления Гдэ провода 7 измеритель 2 напряжения выбирается с малым входным током и большим входным сопротивлением. В предлагаемом измерителе влияние сопротивления Гд2 соединительного провода 6 уменьшено за счет подключения его к выходу дифференциального усилителя 3, инвертирующий вход которого присоединен через сопротивление гд(( провода 5 к резистивному датчику 4.

Измеритель работает следующим образом,

Измерение сопротивления осуществляется за три такта.

В первом такте измеряют напряжение на выходе линии 7 связи, нагруженной на входное сопротивление RBx измерителя 2 напряжения при осуществлении следующей коммутации: ключ 9 в замкнутом состоянии (на шину 14 подан сигнал 1), переключатель 10 в положении Ь (на управляющей типе 15 присутствует сигнал О), что обеспечивает подачу напряжения с выхода источника 11 на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 3.

Значение капряясе+шя на входе измерителя 2 напряжения в первом такте равно

50

U

- оКх().

6Х

(О

V

коэффициент передачи делителя J

U, - напряжение смещения дифференциального усилителя 3;

R - входное сопротивление измерителя 2.

Из выражения (1) следует, что для устране ния влияния коэффициента Кд. на точность измерения необходимо ввести в выражение (1) поправочный коэффициент Кц 1/Ка,

v

kn

R

(2)

На втором этапе работы осуществляют измерение напряжения U на выходе линии 7 связи при следующих коммутациях: ключ 9 в разомкнутом состоянии (на управляющей шине 14 сигнал О), переключатель 10 в положении Ъ. На данном этапе определяют составляющую . Известно, что Uc оказывается приложенным последовательно, с входным напряжением, поскольку оно, как и входное напряжение, усиливается в А раз.

В соответствии с приведенным выражением для напряжения на выходе диф- ференциальиого усилителя 3 имеет вид

ЬЫУ V1

R

-.. + ГА%

UrA,

где А - значение коэффициента передачи усилителя в неинвертирующем включении. Известно, что

UC , + Гд«),

(4)

С T 1А2 где Uc - напряжение смещения дифференциального усилителяJ

I 5Y входной ток дифферснциаль- 1 ного усилителя.

Используя приведенные выражения можно показать, что напряжение на клемме 12 определяется в основном напряжением смещения, причем выходное напряжение усилителя принимает такое значение, при котором напряжение на его инвертирующем выходе (клемме 12) равно нулю, т.е. принимает потенциал общего провода.

Напряжение на выходе линии 7 связи на втором этапе работы может быть определено как

Ri

„UcRex.

+ г,

R,

1 сКд.

(5)

Ч L къ 1Чь третьем этапе работы произвомерение напряжения на выходе 7 связи при осуществлении сле

07568°

дующих коммутаций: кль i 9 остается г разомкнутом состоянии, переключатель 10 переводится в положение а (при наличии сигнала 1 на шине управле- ния 15).

При этом выражение длт: выходного напряжения на выходе дифференциального усилителя 3 имеет вид

10

15

W Vu0K1 + 5

тлг

).(6)

Rx+rA5 +Re.K Напряжение на выходе линии 7 связи определяется как

(lb+yfi)R5x ГАЗ + КБХ

и

RX4

Ч

ЪЧ VA + UЈ(7)

Из выражений (1) и (7) получаем значение

1 .Uo

К

П

К,

и3 -иг

(8)

25

30

-35

Далее, определяя значения Ко., 1 сКх из выражений (5) и (8) и подставляя их в выражение (1), получаем знамение. измеряемого параметра без учета шунтирующего влияния входного сопротчш- ленля измерителя 2 напряжения, а так;- же сопротивлений линий связи, вариации напряжения смещения дпффс:рпш;п ального усилителя 3

и,-ие)и0 - i0Rx( Rx (ц -иг)и0

10(и3-иг

(9)

40

45

50

55

1 После истечения трех этапов работы, в процессе которых определяются кодовые значения напряжений Uj, U/j и U, последние с выходной клеимы 16 поступают в блок 17 управления, где в соответствии с алгоритмом (9) осуществляется вычисление значения измеряемого параметра резистинного датчика А.

Ко время работы третьего такта на клемме 12 присутствует потенциал, определяемый суммарным значением Uo+ +UC. Ири включении усилителя в неинвертирующем включении напряжение, подаваемое обратно на вход усилителя, стремится быть как можно ближе к уровню входного напряжения.

Таким образом, прадлагасхмй измеритель сопротивлений jiiv. i.i,,:c: o датчика измеряет выходные параметры резистивных датчиков, расположенных на удаленных объектах без учета влия

пня сопротивлении соединительных проводов, напряжения смещения операционного усилителя, методической погрешности, обусловленной конечным значением входного сопротивления измерителя напряжения, что позволяет обеспе- чить его широкое использование в составе информационно-измерительной системы контроля и измерения параметров исследуемых объектов при наличии вы- сокоомных резистивнмх датчиков с сопротивлением порядка несколько кило- ом. .

Формула изобретения

Измеритель сопротивления резистив- ного датчика, содержащий источник постоянного тока; измеритель напряжения, четырехпроводную линию связи, дифференциальный усилитель, две клеммы для подключения резистивного дат- чкка, одна из которых через первый и пторой соединительные провода подключена соответственно к инвертирующему

0

5

5

входу и выходу дифференциального усилителя, другая через третий соединительный провод - к первому выводу измерителя напряжения, второй вывод которого и одноименный вывод источника тока подключены к общей шине устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены источник опорыого напряжения, переключатель и ключ, управляюгтие входы которых соединены с шинами управления, один вход переключателя соединен с первым выводом.источника опорного напряжения, второй вывод которого подключен к другому входу переключателя, соединенному с общей шиной устройства, а выход переключателя соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, вторая клемма для подключения реэистивного датчика через четвертый соединительный провод и ключ подсоединена к первому выводу источника тока. -,

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может найти применение при построении измеритель,-ных приборов и информационно-измери- тельных систем, работающих с резис- тивными датчиками, установленными на удаленных объектах. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет компенсации влияния сопротивления соединительных проводов, а также устранения погрешности обусловленной кс- нечным значением входного сопротивления измерителя напряжения. В устройство введены ключ 9, переключатель 1Q, источник опорного напряжения 11, .первый вывод которого соединен с одним входом переключателя 10, второй вывод - с другим входом переключателя 10, подключенным к общей шипе измерителя. Выход переключателя 10 соединен с неинвертируюцим входом дифференциального усилителя 3, а первый зажим источника тока 1 через ключ 9 и провод 8 подключен к одной из клемм 13 для подсоединения резистпвного датчика 4. 1 ил. ЈЛ iЈ v --чяи