Измеритель изменений сопротивления Советский патент 1981 года по МПК G01R17/10 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения абсолютных и относительных изменений сопротивления, но может быть использовано в качестве преобразователя указанных величин

Известен измеритель приращений сопротивления, содержащий источник питания, мостовую измерительную цейь подключенную к полюсам источника, нуль-ерган, входы которого соединены с верщинами измерительной диагонали цепи, параллельный делитель напряжения, включающий в себя проводимости и ключи, управляющие входы которах подключены к устройству управления, дополн лтельныа ключи, выполненные на динисторах и подключенные к дополнительному источнику, а также дополнительный Р .эзистор, включенный между одной из точек диагонали питания цепи и общей щиной соединенной с положительными полюсами дополнительных ключей.

Этот прибор позволяет измерять абсолютные и относительные изменения сопротивления 1..

Известен пр;1бэр, который содержит источник напряжения, мост, два ключа рабочие входы которых присоединены

у первого к диагонали питания, а у второго - к вершине измерительной диагонали, выходы ключей подкпючены к входгц буферного усилителя, нагруженного на интегратор. Выход интегратора через усилитель-ограничитель подключен к датчику калиброванного сигнала и к вершине измерительной цепи, выходы датчика калиброванного

сигнала соединены с измерителем временных интегралов и с управляющими входами ключей. Принцип действия этого прибора основан на компенсации моста, Е результате чего формируется

интервал времени, пропорциональный абсолютному изменению сопротивления 2.

Недостатками этих приборов являются сложность конструкции и невысокЬе

быстрэдейстэие (из-за необходимости уравновешивания моста), которые ограничивают область применения. Например, при работе с объектами динамического характера они не обеспечивают требуемой точности воспроизведения функции (t) .Кроме того, недо-: таток во втором приборе заключается ещэ и в неудобстве выходного сигнала для непосредственного наблюдения измеряемой величины. Известно также устройство иэмерэния относительного изменения сопротивления, которое содержит мост,подключенный входами к полю-ам источника питания, инвертирующий усилитель и усилитель неравновесия с управляемым коэффициентом усиления, опорный вход последнего подключен к одной из верлин измерительной диагонали моста, а управляющий вход его со-эдинэн с выходом инвертирующего усилителя, вход инвертирующего усилителя Соединен с одним из полюсов источника 3, Однако в этом приборе отсутствует процесс уравновешивания, следователь но, он лишен указанных ограничений по применению, прибор также обладает низкой чувствительностью к изменениям измеряемой величины, равной 0,50. Кроме того, к качеству управления коэффициентом усиления усилителя неравновесия должны предъявляться жесткие требования, так как от этого зависит точность измерения. Достичь высокого качества мешает невысокий диапазон изменения сигнапа, поступаю щего на вход инвертирующего усилителя, а также необходимость получения обратно пропорциональной зависимости коэффициента усиления усилителя неравновесия. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является измеритепь, содержащий источник питания, измерительную цепь, подключенную входами к полюсам источника и составленную либо последовательно соединенными измеряемглм и образцовым сопротивлениями, либо частями одного и того же сопротивления, называемого дифференциальным преобразователем, и указатель, подключаемый к выходу измерительной цепи и одному из полюсов источника питания. Этот прибор также позволяет папучать измерительную информацию как об абсолютных , так и об относительных изменениях измеряемого сопротивления без уравновешивания, он имеет самую простую измерительную цепь, что облегчает настройку и уменьшает погрешность от нестабильности сопротивлений, кроме того приR i, a прибор имеет линейную шка лу./ Однако в этом приборе низкая чувствительность, которая равна 0,25U (для изменения выходного сигнала на 1% требуется изменить измеряемое (или преобразуемое) сопротивление на 4%) при обычной измерительной цепи и 0,5и для цепи с дифференциальным преобразователем, сложность отсчета измеряемой величины (абсолютного или относительного изменения сопротивления) по указателю. Последний недостаток не позволяет применять высокочувствительные нулевые указатели. Цель изобретения - повышение чувствительности и упрощение отсчета. Эта цель достигается тем, что в известный прибор, содержащий измеригельную цепь, входы которой подключены к полюсам источника питания, и указатель, введены два блока получения отношения напряжений, входы которых у первого в прямом, а у второго в обратном порядке подключены к полюсам источника питания и к выходу измерительной цепи, а выходы блоков соединены с входами указателя, кроме того, измерительная цепь выполнена в виде моста. Указанные отличительные признаки позволяют устранить постоянную составляющую в выходном сигнале измерительной цепи, выполненной в виде делителя напряжения. Кроме того, путем применения нулевых указателей появляется возможность дополнительно повысить чувствительность прибора. При использовании мостовой измерительной цепи входы блоков получения отношения напряжений должны подключаться в том же порядке к выходам измерительной цепи (к вершинам измерительной диагонали) и одному из полюсов источника питания, обеспечивая тем самым увеличение разбаланса моста. На чертежах (фиг, 1 и Фиг. 2) изображены схема и принцип работы предлагаемого прибора. Прибор содержит источник питания 1, измерительную цепь 2, у которой точки б и 7 - входы, а точки 8 и 9 выходы, блоки 3 и 4 получения отношения напряжений, указатель 5. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии (фиг. 1) измеряемая величина лКо. отсутствует, следовательно (,,,8 Так как , где R - сопротивления плеч делителя напряжения, напряжения на выходах блоков 3 и 4 определяются по формулам и игде и - напряжение источника питания 1, оказываются равными. Стрелка указателя 5 располагается на нулевой отметке. Это означает, что обеспечен нулевой режим работы измерительной цепи, и, следовательно, устранен один иэ указанных недостатков известного прибора. Пусть теперь сопротивление Нд. уменьшается на вeличинyлR,J R2(l-E,j), где §2 ТГ напряжения и,; п ни, - изменятся и станут равными . ( то изменятся величины напряжений U и Uj (1), которые могут быть определены по формулам ) Ч т:7Iт- (3) 1 Указатель 5 в этом случае находит ся под напряжением, равным Uv. . - 2иеа. (4) Выражение (4) получено в том случае, если S;j « 1. Если R и R в измерителе (фиг, 2) являются частями сопротивления одного и того же диффе ренциальногб преобразователя,то при наличии измеряемой величины R и R измёня:отся на одинаковую, но противоположную по знаку величину g R .. Пусть R увеличилось на € R , а R. уменьшилось на величину €R,j, тогда, проведя аналогичные вычисления, получими,к 4 ие(5) Анализ выражений (4) и (5) показывает, что изменение R. (или R иRa на 1% дает изменение Uj на величины соответственно равные 2U и 4U, Следо вательно, устранен и другой недостаток известного прибора, так как чувс твительность его возрастает в 8 раз. Можно показать, что введение новых блоков не нарушает однозначности информации, так как появление измеряемой величины противоположного знака вызывает отклонение выходного напряжения указателя в другую сторону. Пример . Рассмотрим результаты применения блоков получения отношения . напряжений с мостовой цепью (фиг. 2) и сравним их с известными. В случае использования в качестве элементов моста частей двух дифферен циальных преобразователей и при усло вии, что , и f ,, §3 §4.g, напряжение на указатель 5 (фиг 2), подключенный к вершинам измерительной диагонали 8 и 9, равно Т При подключении к мосту (фиг. 2) блоков 3 и 4 на их выводах имеем такие значения напряжений: т Так как Rd-e) 7,8 6,7 R(l + g)R(T-e} 7,9 (€Щ) то напряжение на указателе 5 в схеме (фиг. 2)равно 4ue. Сравнение (9) и (6) показывает, что применение новых блоков позволяет и с мостовой цепью повысить чувствительность прибора. Однако, нетрудно заметить, что выражения (9) и (5) идентичны, следовательно, мостовая цепь может быть заменена более простой схемой, имеющей вид делителя напряжения, причем, по чувствительности они эквивалентны. Указатель 5 в приборе(фиг. 1) может быть нулевым и высокочувствительным. Таким образом, введение новых блоков и новых связей позволяет добиться значительного повышения чувствительности (в 4 или 8 раз) известного прибора, а также удобства отсчета измеряемой величины. Предлагаемый измеритель дает возможность улучшить качество проведения контрольноизмерительных операций и позволяет повысить достоверность информации о протексиощем процессе. Формула изобретения 1.Измеритель изменений сопротивления, содержащий измерительную цепь, входы которой подключены к полюсг1М источника питания, и указатель, о тличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и упрощения отсчета, в него введены два блока получения отношения напряжений, входы которых у первого в прямом, а у второго в обратном порядке подключены к полюсам источника питания и к выходу измерительной цепи, а выходы блоков соединены с входами указателя. 2,Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что измерительная цепь.выполнена в виде моста. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 294108, кл. G 01 К 13/02, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 531086, кл G 01 R 17/10, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР 561141, G 01 R 17/10, 1977. 4. Электрические измерения неэлектрических величин . Под ред. Новицкого П.В., Л., Энергия, 1970, с. 120 (прототип).