Преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов Советский патент 1979 года по МПК G01R27/00 

1

Изобретение предназначено для использования в измерительной технике для непосредственного или дистанционного измерения активного сопротивления. В частности, он может быть использован для дистанционного измерения температуры с помощью датчиков сопротивления.

Известен преобразователь активного сопротивления в частоту или период следования импульсов на основе интеграторов с переключением направления интегрирования, в котором имеются два источника тока различного направления, являющиеся источниками зарядного и разрядного токов для интегратора и попеременно подключаемые к входу последнего. В то время, как один из источников подключен к интегратору, второй подключаетея к датчику сопротивления и служит для него источником измерительного тока. Цепь датчика подключена к одному из входов компаратора, а на другой вход подается линейно изменяющееся напряжение с выхода интегратора. Компаратор фиксирует моменты равенства этого напряжения с падением напряжения на датчике. В моменты такого равенства с помощью токовых переключателей изменяется направление интегрирования и направление измерительного тока. Последний протекает через датчик все время (лишь периодически меняя направление).

Однако мощность, выделяемая в датчике при протекании измерительного тока для

многих применений (например, для низкотемпературной термометрии) является источником погрешности, связанной с паразитным разогревом датчика. Попытка снизить мощ 1ость рассеяния уменьшением величины измерительного тока может привести к тому, что падение напряжения на датчике станет соизмеримым с уровнем помех, наведенных на датчик, и шумом, действующим на входе компаратора. Уменьшенпе

отношения сигнал/шум на входе компаратора ведет к снижению точности преобразования. Кроме того, использование в этом преобразователе источников токов различного направления приводит к необходимоети выиолпять их на транзисторах противоположных тииов проводимости и использовать для них разные источники опорного напряжения, что ухудшает воспроизводимость и температурную стабильность характеристик преобразования.

Другим недостатком известного преобразователя является большая требуемая емкость конденсатора в интеграторе, особенно когда перпод преобразования задан

большим, а сопротивление датчика невелико.

Если сопротивление датчика /.,; 100 Ом, а требуемый период мс, тогда конденсатор в интеграторе прототипа должен иметь емкость

10. /JOO -- 100 мкФ.

Точный конденсатор приемлемых габаритов с такой емкостью реализовать практически невозможно.

Целью изобретения является снижение средней мощности измерительного тока, рассеиваемого датчиком сопротивления, и на этой основе повышение точности измерения, а также уменьшение требуемой емкости накопительных конденсаторов в интеграторе.

Это достигается тем, что преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, содержаш,ий дифференциальный интегратор, связанный с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к преобразуемому резистору, источник опорного напряжения, источники образцовых измерительного, зарядного и разрядного токов, а также два ключа, снабжен делителем тока, включенным между выходом источника образцового разрядного тока и инвертируюш,им входом дифференциального интегратора, неинвертируюший вход которого подсоединен к выходу источника образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измерительного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомянутыми источниками образцовых токов, причем источники измерительного и разрядного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.

На чертеже представлена схема предлагаемого преобразователя.

Он содержит дифференциальный интегратор 1, компаратор 2, преобразуемый резистор 3, источник измерительного тока 4, источник зарядного тока 5, источник разрядного тока 6, делитель разрядного тока 7, токовые ключи 8 и 9, источник опорного напряжения 10.

Выход дифференциального интегратора 1 соединен с одним из входов (например, инвертирующим) компаратора 2. Преобразуемый резистор 3 подключен к другому входу (например, неинвертирующему) компаратора. К этой же точке через токовый ключ 9 подключен источник измерительного тока 4. Источник 6 через делитель тока 7 подключен к инвертирующему входу интегратора, к неинвертирующему входу интегратора через токовый ключ 8 присоединен источник 5.

Токовые ключи 8 и 9 управляются напряжением с выхода компаратора 2. Этот же выход является выходом устройства.

Пусть в некоторый момент времени на выходе компаратора установился потенциал (например, отрицательный), при котором токовые ключи 8 и 9 замкнуты. Тогда под воздействием разности зарядного и разрядного токов напряжение на выходе интегратора будет линейно изменяться (например, увеличиваться по абсолютной величине). Когда оно станет равным падению напряжения на датчике сопротивления (в результате протекания через последний измерительного тока от источника 4), скачком изменится напряжение на выходе компаратора. Токовые ключи 8 и 9 разомкнутся, а напряжение иа выходе интегратора станет изменяться в противоположную сторону под воздействием только одного разрядного тока, постоянно воздействующего от источника 6 через делитель тока 7 на инвертирующий вход интегратора. В этот период времени измерительный ток через преобразуемый резистор не протекает и падение напряжения на нем равно нулю.

Когда напряжение иа выходе интегратора станет равным нулю, снова срабатывает компаратор, замыкающий токовые ключи 8 и 9. После этого все процессы в схеме повторяются.

Зависимость периода выходных импульсов Тх от величины преобразуемого сопротивления находят из условия равенства зарядов - накопленного интегратором при

действии зарядного тока за время ti и унесенного разрядным током за период Тх:

T,.f,t,/f,K,,(1)

где t-i - время, в течение которого замкнуты ключи 8 и 9;

оно равно

.

(2)

i

/.-/«Л-д

/4 - величина измерительного тока от

источника 4;

/5 - величина зарядного тока от источника 5;

/6 - величина разрядного тока от источника 6;

/Сд - коэффициент деления разрядного

тока;

С - емкость интегратора; RX - величина преобразуемого сопротивления.

Подставляя (2) в (1), получают

j4Л

(3)

. (5 - )

Скважность импульсов измерительного и зарядного токов

т

(4)

Л-д

ti Подставляя (4) в (3), получают 9 - 1 /еЛд Для того чтобы снизить среднюю мощность рассеяния в датчике, не снижая точности нреобразования, требуется пропускать через датчик импульсы измерительного тока с высокой скважностью Кроме того, для получения высокой воспроизводимости и термостабильности характеристики преобразования источники 4 и 6 измерительного и разрядного токов соответственно предлагается выполнить на согласованной паре транзисторов с равными величинами токов Из (5) с учетом условий (6), (7) получают выражение для характеристики преобразованияГ ,-,хС гг л„ Отсюда видно, что характеристика преобразования линейна, а ее стабильность зависит только от стабильности емкости интегратора и стабильности пассивного делителя тока. Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает возможность протекания через датчик импульсов измерительного тока со сколь угодно большой скважностью, зависящей от отношения зарядного и разрядного токов см выражение (4). Этим достигается понижение разогрева датчика измерительным током и уменьшение связанной с этим погрешности. Вместе с тем это позволяет уменьшить требуемую емкость накопительного конденсатора в интеграторе на величину, равную коэффициенту деления разрядного тока. Применение источников образцового тока на одно на510 15 20 25 30 35 40 45 правление позволяет подключить их к одному общему источнику опорного напряжения, а источники измерительного и разрядного токов отношение которых определяет коэффициент преобразования - см. выражение (5) выполнить на согласованной паре транзисторов. Это улучшает точность и воспроизводимость коэффициента преобразования. Формула изобретения 1. Преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, содерл ащий дифференциальный интегратор, связанный с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к преобразуемому резистору, источннк опорного напряжения, источники образцовых измерительного, зарядного и разрядного токов, а также два ключа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности, связанной с разогревом датчика измерительным током и снижения требуемой емкости накопительного конденсатора, он снабжен делителем тока, включенным между выходом источника образцового разрядного тока и инвертирующим входом дифференциального интегратора, неинвертирующий вход которого подсоединен к выходу источника образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измерительного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомянутыми источниками образцовых токов. 2. Преобразователь но п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабильности и воспроизводимости коэффициента преобразования, источники измерительного и разрядного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.