Универсальное измерительное устройство Советский патент 1981 года по МПК G01K7/22 

Изобретение ОТНОСИТСЯ к измерительной технике, в частности, может быть использовано в измерителях температуры с полупроводниковыми терморезисторами . Изве.стно универсальное устройство содержащее источник питания, два измерительных преобразователя, два опе рационных усилителя и сумматор, к входу которого подключены выходы операционных усилителей, а последовательно с выходом одного из операционных усилителей включен один из преобразователей Это устройство практически не работоспособно с датчикг1ми с большой кратностью изменения сопротивления под действием измеряемого параметра, и требует значительных аппаратурных изменений приизмерении с другим типом датчиков. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уни версальное устройство, содержЕвдее источник питания, два измерительных преобразователя, два операционных усилителя, три сумматора, выход одно го из них является выходом устройства, выход первого сумматора соединен с входом нлходного сумматора, и чере резистор с входом первого операционного усилителя, выход второго сумматора также соединен с входом выходного сумматора и через измерительный пре бразователь с входом второго операционного усилителя, Первый измерительный преобразователь включен в iienb обратной связи первого операционного усилителя. На входе первого и второго сумматоров включены по два дополнительных переменных резистора. В цепь обратной связи второго операционного усилителя. включен постоянный резистор. Соединение первого и второго сумматоров.и операционных усилителей с входом выходного сумматора осуществляется через переменные резисторы С2}. Однако это устройство практически неработоспособно с датчиками, которым присуще явление релейного эффекта, приводящего к неоднозначности их характеристик при циклических изменениях измеряемого параметра в широком диапазоне, например температуры, при измерении ее с помощью полупроводниковых терморезисторов. Целью изобретения является повышение точности измерения путем создания конструкции устройства, обеспечивагацей работу с датчиками, которым присущ релейный эффект и нелинейность характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство,содержащее источник питания, два измерительных лреобразователя, два операционных усилителя, два сумматора, выходы которых соединены со входами делителей, а входы каждого сумматора соединены с выходом своего операционного усилителя и трехвходовой сумматор, ко входу которого подключены выходы операционных усилителей, а последовательно со входом одного из операционных усилителей включен один из преобразователей, при этом другой преобразователь включен а цепь обратной связи другого операционного усилителя, дополнительно введены блок вычитания, входы которого соединены с выходами операционных усилителей, инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу.блока вычитания, а выход подключен ко входу трехвходового сумматора и два сумматора, причем первый вход одного сумматора соединен с источником питания, второй вход соединен с выходом трехвходового сумматора и первым входом другого введенного выходного сумматора, а выход этого сумматора соединен со вторым входом Ш:эходного сумматора и со входами сумматоров, выходы которых подключены ко входам операдионных усилителей .

На чертеже изобрс1жена электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство содв1§жит источний 1 питания, два измерительных преобразователя 2 и 3, два операционных усилителя 4 и 5, пять сумматоров 6-10, вычитающий бяок 11, инвертирукщий усилитель 12. Шлход су в атора 7 соединен через постоянный резистор 13 со входом операционного усилителя 4.

Вход сумматора 8 через измерительный преобразователь 3 соединен с в :одом операционного усилителя 5. Измерительный преобразователь 2 включен в цепь обратной связи операционного усилителя 4. В цепь обратной связи операционного усилителя 5 включен постояншлй резистор 14. Два входа вычитагааего блоха 11 соединены с соответствуювди№€ выходами операционных усилителей 4 и 5, выходы которых также соединены совходами сумматоров, выход вычитающего блока соединен со входом инвертирующего усилителя 12. Выход инвертирукяцего усилителя соединен с третьим входом сумматора б, выход которого соединен с входами сумматоров 9 и 10. Ко входу cyi DkiaTOpa 10 подключен источник питания 1, выход сумматора 10 соединен со входами cyNtt/iaTOpoB 7, 8, 9. Выход сумматора 9 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии действия измеряемого параметра, например температуры, сопротивление преобразователей 2 и 3 равно R, и на выходе устройства нап ряжение по величине равно напряжени источника питания 1. Когда на преобразователи , которыми в данном случае будут полупроводниковые терморезисторы, начинает воздействовать измеряемый параметр, например, температура, их сопротивление изменяется на величину дК.

При этом на вход сумматора 6 поступают три сигнала: два из них,пропорциональные величине прикладываемого параметра (температуры) и третий сигнал, компенсирукнций релейный эффект датчика.

Линеаризация вьусодного напряжения, термокомпенсация и компенсгщия промышленных помех осуществляется за счет того, что измерительные преобразователи 2,3 включены в различные точки измерительных схем. Так как эти преобразователи 2,3 однотипны и работают в одинаковых условиях, их погрешности, вызванные нелинейностью одного порядка, но с противоположными знаками, и поэтому при сложении в сумматоре 6 они компенсируют друг друга. Сигналы с выхода операционных усилителей 4 и 5 поступают также на вычитающий блок 11,с выхода которого мы получаем разностный сигнал, если датчику присущ релейный эффект, который через инвертирующий усилитель 12 поступает на вход сумматора б, что позволяет компенсировать явление релейного эффекта датчика (в данном случае терморезисторов) .

Таким образом, использование описываемого устройства обеспечивает высокую линейность и однозначность измерения параметра независимо от характера измерительного цикла,, например температурного, а значит, дает возможность повысить точность измерений, унифицировать блоки аналогового ввода сигналов многоканальных систем, отказаться от жесткой привязки определенного типа датчиков к каналам устройства.

Формула изобретения

Универсальное измерительное устройство, содержащее источник питания, два измерительных преобразователя, два операционных усилителя, два суквиатора, выходы которых соединены со входами усилителей, а входы каждого сумматора соединены с выходом своего операционнбго усилителя, и трехвходовой сумматор, ко входу которого подключены выходы операцйонных усилителей, а последовательно со входом одного из операционных усилителей включен один из преобразователей, при этом другой преобразователь включен в цепь обратной связи другого операционного усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены блок вычитания, входы которого соединены с выходами операционных усилителей, инвертирующий усилитель, вход которого подключен к выходу блока вычитания, а выход подключен ко входу трехвходового сумматора, и два сумматора, причем первый вход одного сумматора

соединен с источником питания, второй вход соединен с выходом трехвходового сумматора и первым входом другого введенного выходного сумматора, а выход этого сумматора соединен с вторым входом выходного сумматора и с входами сумматоров, выходл которых подключены ко входам операционных усилителей.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 559107, кл. G 01 В 7/16, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР 624109, кл. G 01 К 7/22, 1978.