Преобразователь погонного сопротивления проволоки в период электрических колебаний и в постоянное напряжение Советский патент 1992 года по МПК G01R27/04 H03M1/50 

(Л

С

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения погонного сопротивления проволоки. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей достигается путем введения дополнительного функционального преобразователя. Преобразователь содержит переключатель 1 диапазонов,блок 2 опорных резисторов, операционный усилитель 3, клеммы 4, 5 для контактирования, катушки 6 и 7 с проволокой, контактирующие элементы 9,10 дифференциальный усилитель 11, компаратор 12, инвертирующий интегратор 13, масштабирующий преобразователь 14, повторитель 15 напряжения, вторые контактирующие элементы 16, 17, второй повторитель 18 напряжений, амплитудный детектор 19 и второй масштпбирую- щий преобразователь 20. 3 ил.

UCM

vi ел

00

сл ю о

Выход (и Rn)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля погонного сопротивления проволоки.

Известно устройство для измерения погонного сопротивления микропроволоки. Устройство позволяет преобразовывать погонное сопротивление проволоки в период электрических колебаний в доволь- но широком диапазоне измерения сопротивления проволоки, обладает низкой чувствительностью к влиянию факторов внешней среды.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена схема преобразователя; на фиг. 2 - схема амплитудного детектора; на фиг. 3 - второй масштабирующий преобразователь.

Преобразователь содержит переключатель 1 диапазонов, блок 2 опорных резисторов с сопротивлениями R01, Ro2Ron- операционный усилитель 3, клеммы 4 и 5 для контактирования с катушкой с проволокой, катушки 6 и 7 с проволокой 0, первый 16 и второй 17, третий 9 и четвертый 10 контактирующие элементы, дифференциальный усилитель 11, компаратор 12,инвертирующий интегратор 13, первый масштабирующий преобразователь 14. первый повторитель 15 напряжения, второй повторитель 18 напряжения, амплитудный детектор 19, второй масштабирующий преобразователь 20.

Выходы переключателя диапазонов со-1 единены с выводами опорных резисторов, вторые выводы опорных резисторов объединены и соединены с инвертирующим входом операционного усилителя и с клеммой 4 для контактирования. Вторая клемма 5 для контактирования соединена с выходом операционного усилителя 3, его инвертирующий вход соединен с общей шиной, первая и вторая клеммы для контактирования соединены соответственно с первым 16 и вторым 17 контактирующим элементами. Третий 9 и четвертый 10 контактирукж(ие элементы соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя 11, выход которого соединен с первым входом компаратора 12, второй его вход - с выходом первого масштабирующего преобразователя 14, третий - с выходом инвертирующего интегратора, четвертый - с выходом компаратора, который соединен также с выходом инвертирующего интегратора, с входом первого масштабирующего преобразователя и с входом первого повторителя напряжения. В.ыход первого повторителя напряжения является первым выходом устройства и соединен с входом переключателя диапазонов. Выход дифференциального усилителя 14 соединен также

с входом второю повторителя 18 напряжения, выход которого соединен с входом амплитудного детектора 19, выход которого соединен с входом второго масштабирующего преобразователя 20, а управляющий

0 вход амплитудного детектора - с выходом первого повторителя напряжения, причем второй масштабирующий преобразователь имеет второй вход, на который подается напряжение UCMI а его выход является вторым

5 выходом устройства.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении питания о результате большого коэффициента усиления компара0 тора 12 на его выходе появляется импульс положительного или отрицательного предположим положительного напряжения с амплитудой Uo. Это напряжение через повторитель 15 напряжения, служащий для

5 развязки и повышения нагрузочной способности компаратора, подается ьа вход переключателя 1 диапазонов. Вход переключателя 1 диапазонов соединен с одним из его выходов и напряжение с ампли0 тудой Uo с выхода повторителя 15 напряжения через переключатель 1 диапазонов и один из опорных резисторов R0 блок 2 опорных резисторов подается на инвертирующий вход операционного уси5 лителя 3.

В цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 3 через клеммы 4 и 5 для контактирования включены катушки о и 7с проволокой 8, причем ток i0c обратной

0 связи операционного усилителя 3 протекает через клемму 4, катушку б, проволоку 8, катушку 7 и клемму 5. При помощи контактирующих устройств 9 и 10 снимается и подается на входы дифференциального уси5 лителя 11 падение напряжения на заданном отрезке проволоки длиной L, при протекании по проволоке тока 0с.

Поскольку входной ток инвертирующего входа операционного усилителя 3 близок

0 к нулю, ток в цепи отрицав эг.ной обратной связи IQC практически риве,н i jx на входе усилителя 3, протекающему через сопротивление RO входной цепи операционного усилителя, т.е. 10с lux, а ток IB, в свою очередь,

5 равен lux Uo/Ro, следовательно loc Uo/Ro. Значение тока 0с можно задавать, изменяя сопротивление R0 путем выбора при помощи переключателя 1 диапазонов одного из опорных резисторов R01, Ro,..,Ron из блока 2 опорных резисторов. Операционный усилитель 3 выступает, таким образом, в качестве преобразователя напряжение - ток, при этом ток loc не зависит от сопротивления Roc, включенного в цепи отрицательной обратной связи операционного усилителя 3.

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

U loc Roc Uo RnorL/R0,

где Rnor Roc/L - погонное электрическое сопротивление проволоки.

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

UAV U Кду Uo Rnor1 - Кду/RO

поступает на первый вход компаратора 12, Напряжение с амплитудой U0 с выхода компаратора 12 поступает также на входы инвертирующего интегратора 13 и первого масштабирующего преобразователя 14. Выходное напряжение инвертирующего интегратора 13

IMt)

U°

Ги

t

гдети- постоянная интегрирования инвертирующего интегратора 13, поступает на третий вход компаратора 12.

Выходное напряжение первого масштабирующего преобразователя 14

UMH Uo Кмгь

где Кмп - коэффициент передачи блока 14, поступает на второй вход компаратора 12. На четвертый вход компаратора 12 поступает его выходное напряжение Uo.

Напряжения Do, 11ду, 1)мп, 11ин, поступающие на первый, второй, третий и четвертый входы компаратора 12, суммируются с соответствующими коэффициентами суммирования Ki, К2, Кз, К4. При этом полярность выходного напряжения компаратора 12 определяется знаком суммы напряжений на его входах

sign U0 slgn(KiUAy + KaUMn +

+ Кзиин + ).

В момент изменения знака суммы напряжений на входах компаратора 12 полярность его выходного напряжения с

амплитудой Uo скачкообразно изменится на противоположную. Указанный процесс повторяется при другой 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.

KiUfly + KaUwn + Кзиин + MU0 О, К 4г- Rnor LКду+ К2(-и0КМп) +

+ Кз(----1) + K/iUo 0. Ти

Если обеспечить К2-КМп М, то равенство

Кч -J5- Rnor L Kfly - Кз

Re

ги

t 0

будет выполняться при

25

Т Ki КдУ Ги L KsRoRnor

где Т/2 - полупериод релаксационных колебаний в схеме.

Таким образом, период релаксационных колебаний на первом выходе схемы

т ДУ Ги L KaRo

R

nor

пропорционален погонному сопротивлению проволоки 8.

Схема для формирования постоянного напряжения, пропорционального погонному электрическому сопротивлению проволоки 8, работает следующим образом.

Напряжение с выхода дифференциального усилителя 11 поступает на вход второго повторителя 18 напряжения, служащего для развязки и повышения нагрузочной способности дифференциального усилителя 11. С выхода второго повторителя напряжения 18 напряжение, равное UnosT.2 иду, поступает на вход амплитудного детектора 19.

Релаксационные колебания амплитудой Uo и периодом Т с выхода первого повторителя 15 напряжения поступают на управляющий вход амплитудного детектора

UaM KaMUnoBT.2 КамКду Uo/Ro L Rnor,

где Кам - коэффициент передачи амплитудного детектора, пропорциональное погонному электрическому сопротивлению проволоки 8. Это напряжение поступает на вход второго масштабирующего преобразователя 20. На его выходе будет формироваться постоянное напряжение

имп2 Кмп2(Кам-Кду-ио ЬЯпог/По- - UCM),

где КМп2 коэффициент передачи второго масштабирующего преобразователя 20.

Изменяя постоянное напряжение от О до -U3M макс, можно получить на выходе второго масштабирующего преобразователя постоянное напряжение пропорциональное погонному электрическому сопротивле- нию проволоки 8, при UCM 0, или отклонению погонного электрического сопротивления проволоки 8 от номинального значения, задаваемого с помощью UCM.

Следовательно, предлагаемое устройство может быть использовано для преобра- зования погонного сопротивления проволоки 8 не только в период электрических колебаний, но и в постоянное напряжение.

При реализации блоков устройства могут быть использованы типовые схемные решения, неоднократно публиковавшиеся в научно-технической литературе, а также схемные решения прототипа. В качестве второго повторителя напряжения может быть использована известная схема. В качестве амплитудного детектора 19 может быть также использована известная схема. Данная схема представлена на фиг. 2. Схема представляет собой синхронный детектор, в котором роль управляющего элемента выполняет полевой транзистор, а в качестве интегратора применяется ОУ с конденсатором в цепи ОС. В качестве второго масштабирующего преобразователя может быть использована известная схема. Данная схема представлена на фиг. 3.

Преимуществом предлагаемого устройства является возможность преобразования погонного электрического сопротивления как в период электрических колебаний, так и в постоянное напряжение. По сравнению с прототипом положительный эффект - расширение функциональных возможностей устройства - достигается за счет введения новых узлов и функциональных связей.

Формула изобретения Преобразователь погонного сопротивления проволоки в период электрических колебаний и в постоянное напряжение, содержащий переключатель диапазонов, блок опорных резисторов, операционный усилитель, клеммы для контактирования, катушки с проволокой, первый, второй, третий и четвертый контактирующие элементы, дифференциальный усилитель, компаратор, инвертирующий интегратор, первый масштабирующий преобразователь, первый повторитель напряжения, причем выходы переключателя диапазонов соединены с выводами опорных резисторов, вторые выводы опорных резисторов объединены и соединены с инвертирующим входом операционного усилителя и с клеммой контактирования, вторая клемма для

контактирования соединена с выходом операционного усилителя, его неинвертирующий вход соединен с общей шиной, первая и вторая клеммы для контактирования соединены соответственно с первым и вторым

контактирующим элементами, третий и четвертый контактирующие элементы соедине- ны с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй его вход - с выходом первого масштабирующего преобразователя, третий - с выходом инвертирующего интегратора, четвертый - с выходом компаратора, который соединен также с входом инвертирующего интегратора, с входом первого масштабирующего преобразователя и с входом повторителя напряжений, выход повторителя напряжений является выходом устройства и соединен с входом переключателя диапазонов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, дополнительно введены второй повторитель напряжения, амплитудный детектор и второй масштабирующий преобразователь, причем вход второго повторителя напряжения соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход второго повторителя напряжения - с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом второго масштабирующего преобразователя, а управляющий вхсд амплитудного детектора - с выходом первого повторителя напряжения, причэи второй масштабирующий преобразователь имеет

второй вход, на который подается напряжение смещения, а его выход является вторым выходом устройства.

Вход

К вшодд повт. 18

К выходу Г Управляющий to fт. 15 6 ы

U см

°-ОЬхоЭ

К 8ыхоВу амплитудного

ЭетекторР

JT1

X

К входу пр. 20

Фиг.г

ЈZ

&ыкоЭ

U. c« fc пог