Преобразователь сопротивления резистивного датчика в период следования импульсов Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТОРНОГО ДАТЧИКА В ПЕРИОД СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

I

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для непосредственного или дистанционного измерения сопротивления резисторных датчиков, особенно в условиях ограничения допустимой мощности, рассеиваемой в датчике.

Известен измеритель сопротивления резисторного датчика, содержащий источник тока, измеритель напряжения, первый выход датчика соединяется с первыми зажимами источника тока и измерителя напряжения, инвертирующий усилитель, общий (заземлякяций) вывод которого соединен со вторыми зажимами источника тока и измерителя напряжения, а вход и выход усилителя соединяются со вторым вьшодом датчика l .

Недостатком этого измерителя сопротивления является погрешность измерения, обусловленная паразитной термоЭДС и внешними наводками в ли-

НИИ связи, возникающими при ограничении рассеиваемой мощности в датчике.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, содержащий дифференциальный интегратор, связанный с одним из входов компаратора, другой вход коtoторого подключен к преобразуемому резистору, источник опорного напряжения, источники образцовых, измерительного, зарядного и разрядного токов, два ключа, делитель тока, вклюISченный между выходом источника образцового разрядного тока и инвертирующим входом дифференциального интегратора, неинвертирующий вход которого подсоединен к выходу источни20ка образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измерительного тока, причем управляницие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомя-г нутыми источниками образцовых токов, источники измерительного и, разрядного токов выполнены на согласованной паре транзисторов. Недостатком этого преобразователя является наличие погрешности, связанной с влиянием сопротивления двухпроводной линии, соединяющей преобразователь с датчиком сопротив ление линии складывается с сопроти влением датчика, что не позволяет применять низкоомные датчики или длинные линии связи. Целью изобретения является повьше ние точности преобразования и расширение диапазона преобразуемых сопротивлений . Поставленная цель достигается тем что в преобразователь сопротивления резисторного датчика в период следов ния импульсов, содержащий интегратор компаратор, источники измерительного, зарядного и разрядного токов, входы которых соединены с выходом ис точника опорного напряжения, первый и второй токовые ключи, причем выход источника измерительного тока со динен через первый токовый ключ с пе вым токовым зажимом датчика, выход источника зарядного тока соединен со входом токового ключа,.выход компаратора - с управляющими входами то-, ковых ключей и с выходом преобразова теля, введены дифференциальный усилитель, два образцовых резистора, пр чем неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с общей шиной, инвертирующий вход подключен к первому потенциальному зажиму датчика, а выход - ко второму потенциальному, зажиму.датчика, второй токовый зажим которого соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвер тирующий вход которого соединен с вькодом интегратора, неинвертирующий . и инв.ертирующий вхрды которого зашун тированы образцовыми, резисторами и п ключены соответственно к выходам источника разрядного тока и второго токового ключа. На чертеже представлена схема пре образователя. На схеме изображены интегратор 1, компаратор 2, резисторный датчик 3, источник 4 измерительного тока, источник 5 зарядного тока, источник 6 разрядного тока, токовые ключи 7 и 8, источник 9 опорного напряжения, дифференциальный усилитель 10, образцовые резисторы J1, 12, провода ,1316 линии связи. Преобразователь работает следующим образом. Пусть в некоторый момент времени токовые ключи 7 и 8 замкнуты. Тогда ток источника 4 пройдет -через провод 13, резисторный датчик- 3 и провод . 15 на вькод дифференциального усилителя 10, а затем замкнется на общую шину. Если дифференциальный усилитель 10 имеет достаточно высокое усиление вследствие действия отрицательной обратной связи, потенциал его инвертирующего входа будет поддерживаться равным потенциалу неинвертирующего входа, т, е. нулю. Тогда потенциал инвертирующего входа компаратора 2, который определяет момент переключения направления интегрирования, .будет равен: KS-V H ex..xV (- где RX сопротивление датчика 3} величина измерительного тока от источника 4j сопротивления проводов 14 и 16 линии связи; 3g,j, входные токи соответственно дифференциального усилителя 10 и компаратора 2. Учитывая, что можно обеспечить 3jx.v я :2 по. крайней, мере на 4-6 порядков меньше, 4 (например, для.микросхемы 544 УД1А величина Эд 0,15 х 10 А , а сопротивления проводов линии обычно меньше , вторым и третьим слагаемыми формулы (1) можно с большим запасом пренебречь, т.е. (1) Из (2) следует, что сопротивление проводов, линии датчика на результат измерения не влияют даже при заметной величине падения напряжения на проводах 13 и 15 линии связи в результате протекания по ним измерительного тока 4 . Одновременно потенциал неинвертирующего входа компаратора 2 линейно нарастает, чт-о связано с совместным действием.на входы интегратора 1 образцовых зарядного 3g и разрядного J токов, соответственно, от источников 5 и 6. Действительно, неизменный во вре мени разрядный ток j вызьшает на образцовом резисторе 11 постоянное падение напряжения, которое определяет потенциал неинвертирующего вх да интегратора 1 (с учетом направления тока, указанного на чертеже): . Ч -:б-С,, , где сопротивление резистора 11 Вследствие действия отрицательной обратной связи через интегрирующий конденсатор интегратора 1, под ключенный к инвертирующему входу, при достаточно высоком усилении уси лителя интегратора разность потенци алов его входов будет пренебрежимо малой, поэтому с большой точностью U..R,, Конденсатор интегратора 1 будет заряжаться в этот промежуток времени результирующим током: -Л ---J(sКил 3 где сопротивление резистора 12 Результатом интегрирования этого тока будет-линейное нарастание напряжения на выходе интегратора 1, а значит и на неинвертирующем входе компаратора 2. На инвертирукицем входе компаратора в это время действует потенциал согласно (2). Когда разность потенциалов на бходах компаратора 2 станет равной нулю, на его вькоде скачком изменится напряжение. При этом ключи 7. и 8 разомкнутся, тогда результирующий ток в цепи интегрирующего конденсатора ста нет л--- -И RIQ. Результатом интегрирования этого тока будет линейный спад напряжения на выходе интегратора 1 и неинвертирующем входе компаратора 2. В это время измерительн1лй ток :) через резисторный датчик 3 не протекает. Поэтому согласно (2) потенциал инвер тирующего входа компаратора 2 становится равным нулю. Когда напряжение на его неинвертирующем входе в резул тате линейного спада станет равным нулю, он снова сработает и замкнет ключи 7 и 8. После этого все процессы в преобразователе повторятся. Через датчик 3 измерительный ток от источника 4 будет протекать импульсами со скважностью с. которую найдем из условия равеиства заряда, накопленного интегратором 1 за время t,- нахождения ключей 7 и 8 в замкнутом состоянии, и заряда, унесенного током через резистор 12 за весь период следования выходных импульсов TX : откуда: , U) Время Ь определяется длительностью линейного нарастания напряжения на выходе интегратора 1 под дей-. ствием тока (3J от нуля до напряжения (2) на инвертирующем входе компаратора 2: , ЗА (С, «1. где С - емкость конденсатора интегратора 1. Из (4) и С 5) найдем зависимость периода Т выходных импульсов от сопротивления датчика 3: , « Д 1 W V -Н) Так как аналогично прототипу данный преобразователь служит прежде все го для работы с высокой скважностью импульсов измерительного тока в датчике (« 1 , а источники токов 4 и 6 строго идентичны ( J Лб выражение (6) упрощается: Согласно (6J и С 7 преобразователь обеспечивает линейное преобразование сопротивления датчика в -период следования импульсов. Таким образом, благодаря введению вух образцовых резисторов II, 12 и дифференциального усилителя 10, а также включению резисторного датчика 3 в цепь отрицательной обратной связи дифференциального усилителя 10, овьшена точность преобразования за счет устранения влияния сопротивления проводов линии связи с датчиком, расширен диапазон рабочих значений сопротивления датчиков (в сторону еньших значений)} преобразователь опускает работу с длинными линияи связи, сопротивление которых может ыть соизмеримо с сопротивлением датика или даже превосходить его. Формула изобретения Преобразователь сопротивления резисторного датчика в период следо