Устройство для преобразования сопротивления в код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/46 G01R17/12 

сл

с

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит трансформаторный мост с индуктивным компаратором токов, указатель равновесия, цифровой автомат, уравновешивающее устройство, выполненное на генераторах тока с ключами. Новым в устройстве является то, что уравновешивание мостовой схемы производится током, пропорциональным не только коду, а пропорциональнь м коду и току через измеряемое сопротивление, что обеспечивает линейное преобразование измеряемого сопротивления в цифровой код 1 ил

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для преобразования сопротивления в код содержит источник 1 импульсного напряжения, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, элемент 5 измеряемого сопротивления, включаемый по трехзажимной схеме измерения (6-8 - зажимы для подключения сопротивления), элемент 9 образцового сопротивления, индуктивный компаратор 10

токов с двумя входными 11 и 12 обмотками, компенсационной 13 и выходной 14 обмотками, указатель 15 равновесия, блок управления (цифровой автомат) 16, уравновешивающее устройство 17

Источник 1 импульсного питания служит для формирования импульсов напряжения в первичной обмотке 3 трансформатора 2 напряжения и может быть выполнен по любой известной схеме. Трансформатор 2 напряжения, элемент 5 измеряемого сопротивления, элемент 9, индуктивный компаратор 10 токов образуют мостовую измерительную схему, построенную по типу трансформаторного моста с индуктивным компаратором токов Мостовая измерительная схема предназначена для формирования сигнала рассогласования при отклонении величины

VJ

СЛ

00

Јь

ю

измеряемого сопротивления Rx от начального значения R0

Уравновешивающее устройство 17 может быть выполнено по любой схеме ЦАП с передаточной функцией соответствия зависимости выходного тока тек от подаваемого кода (МТек) выраженной формулой

IBX К Мтек

тек

N

макс

где IBX - входной ток уравновешивающего устройства;

К - коэффициент пропорциональности между входным током и током младшего разряда;

Ммакс - максимальное значение кода.

Уравновешивающее устройство 17 может быть выполнено, например, на интегральной микросхеме типа ЦАП К594РП1, представляющим собой последовательное соединение операционного усилителя с набором генераторов выходных токов. Каждый генератор выходного тока собран по однотипной схеме на транзисторе с резистором в эмиттерной цепи и ключом в коллекторной цепи. Генераторы предназначены для получения токов, которые распределены по двоичному закону, т.е. ток каждого последующего больше в 2 раза тока каждого предыдущего. Такое распределение получается при соединении резисторов генераторов тока в виде резистивной матрицы R-2R. Ключи в коллекторных цепях служат для суммирования токов от генераторов в обмотке компенсации индуктивного компаратора токов в зависимости от управляющего кода с цифрового автомата 16, поданного на управляющие входы ключей (цифровые входы уравновешивающего устройства 17).

Цифровой автомат 16 может быть вы- полней по схеме регистра поразрядного уравновешивания со схемой управления и тактовым генератором, например, на типовой микросхеме К155ИР17.

Устройство работает следующим образом.

При начальном значении Rx элемента 5 измеряемого сопротивления мост, состоящий из трансформатора 2, элемента 5, входного сопротивления уравновешивающего устройства 17, элемента 9, индуктивного компаратора токов 10, сбалансирован током через элемент 9 с сопротивлением Но. При этом в компараторе тока 10 магнитный поток Ф1 от тока в обмотке 11 с числом витков «и скомпенсирован магнитным потоком Ф2 от тока в обмотке 12 с числом витков ад Уравнение баланса моста

Ф1 Ф2 О

(D

При изменении измеряемого сопротивления, например на величину ARX, ток в обмотке 11 изменится, а соответственно изменится и магнитный поток Ф| Компенса0 ция разности магнитных потоков Фт и Фг произойдет магнитным потоком Фз от выходного тока уравновешивающего устройства 17, проходящего по обмотке 13 с числом витков (Оз. Компенсация разности магнит5 ных потоков произойдет после окончания процесса уравновешивания.

Уравновешивание происходит следующим образом Цифровой автомат 16 поочередно, начиная со старшего разряда,

0 включает токовые ключи генераторов тока уравновешивающего устройства 17. На каждый включенный разряд источник импульсного питания 1 выдает через трансформатор напряжения 2 импульс напряжения Ui в це5 пи измеряемого сопротивления и элемента 9. При этом входной ток операционного усилителя уравновешивающего устройства будет равен току через измеряемое сопротивление,и изменение выходного тока

0 операционного усилителя будет пропорционально изменению тока через измеряемое сопротивление.

На выходе токовых ключей генератора тока будет сумма токов от подключенных

5 генераторов тока. При этом, так как все генераторы тока управляются одним и тем же операционным усилителем, стоящим на входе устройства уравновешивания, то на их выходах ток будет пропорционален входно0 му току IBX, а соотношение величин выходных токов с каждого генератора тока будет определяться соотношением величин резисторов о их эмиттерных цепях При поразрядном уравновешивании двоичным кодом

5 это соотношение распределено по двоичному закону, т.е. ток каждого последующего генератора в два раза меньше тока предыдущего генератора тока. Поэтому на выходе токовых ключей величина тока:

0

lex К NTBK/п

вых

1тек

N

макс

где IBX, 1еых Отек) - токи на входе и выходе уравновешивающего устройства соответственно;

К - коэффициент пропорциональности между входным током уравновешивающего

устройства 17 и током младшего разряда генераторов тока.

Набор тока на выходе уравновешивающего устройства 17 будет проходить до получения суммарного магнитного потока от потоков Ф1, Фг, Ф}, равного нулю.

Для выявления линейной зависимости кода от измеряемого сопротивления решим уравнение баланса мостовой трансформаторной измерительной схемы

Ф1-Ф2 +Фз 0.

Выражая уравнение баланса моста через токи в обмотках и числа витков, получим: 15

- iwn + 0.

где И, la -токи через первую 11 и вторую 12 входные обмотки компаратора 10 токов;

з - ток через обмотку 13 компенсации (з тек) - ток на выходе уравновешивающего устройства 17).

При этом после уравновешивания изменение магнитного потока от изменениятока через измеряемое сопротивление равно компенсационному магнитному потоку от выходного тока уравновешивающего устройства 17, наведенному в обмотке 13 компенсации индуктивного компаратора токов 10. Уравнение баланса моста запишется:

,

где А И - приращение тока в цепи измеряв- 35 мого сопротивления 5 при изменении его величины на величину Д R0.

вх нам

AR

хо

RXQ RBX + A RXQ

где 1вхнач - начальное значение тока в цели измеряемого сопротивления RXo до приращения его на величину A RXo,45

RBX - входное сопротивление уравновешивающего устройства 17.

Входной ток операционного усилителя уравновешивающего устройства 17 равен

к5°

U1(7)

IBX

RXQ + RBX + A Rxo

Поставляя (Т) в (2). имеем

U1 К Мтек

тек

( Rxo + RBX + A Rxo ) Nwa.cc

Поставляя (6) и (8) в (5), получим NMSKC

Ытек A RXO

шг к ( RXO 4-RBX)

.(9)

Таким образом, осуществляя подачу на вход уравновешивающего устройства 17 тока через измеряемый резистор, достигаем линейного преобразования сопротив- ление - код.

15

20

2530

35

40

45

5°

55

Формула изобретения Устройство для преобразования сопротивления в код, содержащее источник импульсного напряжения, выходы которого подключены к выводам первичной обмотки трансформатора напряжения, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым зажимом элемента измеряемого сопротивления, индуктивный компаратор токов с первой входной, компенсационной и выходной обмотками, уравновешивающее устройство, управляющие цифровые входы которого соединены с соответствующими управляющими выходами блока управления, вход которого соединен с выходом указателя равновесия, входы которого подключены к выходной обмотке индуктивного компаратора токов, первый вывод компенсационной обмотки которого соединен с выходом уравновешивающего устройства, а второй вывод компенсационной обмотки и первый вывод первой входной обмотки индуктивного компаратора токов являются общей шиной, элемент образцового сопротивления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в индуктивный компаратор токов введена вторая входная обмотка, ураа-., новешивающее устройство выполнено на умножающем цифроаналоговом преобразователе, а блок управления выполнен на регистре последовательного приближения, причем второй зажим элемента измеряемого сопротивления соединен с неинвертирующим аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, первый вывод второй входной обмотки индуктивного компаратора токов через элемент образцового сопротивления соединен с третьим зажимом элемента измеряемого сопротивления, вторые выводы первой и второй входных обмоток индуктивного компаратора токов объединены и соединены с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора напряжения.