Линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение Советский патент 1981 года по МПК G01R27/16 

(5) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА В НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть, в частности, использовано в измерительных приборах и измерительно-информационных системах, работающих с датчиками сопротивления,установленными на удаленных исследуемых объектах. Известны преобразователи сопротивления тензо- и терморезисторов в напряжение, содержащие источник опорного напряжения, токозащищающие резисторы, операционный усилитель с двух или трехпроводным включателем датчика в цепь отрицательной обратной связи 1 Однако в схемах таких преобразователей, даже при подборе сопротивлений проводом (имеется ввиду схема трехпроводного подключения датчика), не удается устранить погрешность от изме нения сопротивлений проводов при действии климатических условий, поскольку для каждого провода изменение сопротивления носит строго индивидуальный характер. Это особенно важно при работе с низкоомными резистивными датчиками, например термометрами, сопротивления с малыми номинальными значениями, когда часть провода находится в зоне нагрева исследуемого объекта. Положение осложняется еще и тем обстоятельством, что реально в каждый провод к датчику включен, по крайней мере, один ключевой элемент, переходное сопротивление которого в открытом его состоянии в ряде случаев (например при применении ключевых элементов - МДП транзисторов) соизмеримо с сопротивлением самого датчика, при этом изменение переходного сопротивления может достигать десятков Ом. Наиболее близким к предлагаемому является линейный преобразователь сопротивление - напряжение содержащий два операционных усилителя,токо- . задающий резистор и резистивный датчик, включенный в цепь обратной связи

операционного усилителя по четырехпроводной схеме включения 2,

Преобразователь сопротивления используется с ограниченными по длине проводами для подключения к датчику и предназначен для лабораторных исследований и аттестации реэистивных датчиков, например тензо- и терморезисторов. Изменение сопротивления четвертого проаода, включенного последсвательно с токозащитным резистором приводит к погрешности преобразования.

Величина вносимой погрешности может быть одного порядка с информативной преобразуемой величиной, например деформацией или температу- , рой объекта, или превышать ее, особенно в условиях промышленных натурных испытаний объемных конструкций, когда длина проводов к датчику дости гает 200 м, а протяженность каждого провода в зоне нагрева лежит в пределах м, что на несколько порядков превышает длину проводов в лабораторных исследованиях и аттестации резистивных датчиков. С другой стороны при промышленных испытаниях объемных конструкций один линейный преобразователь сопротивления работает с множеством резистивных датчиков, подключенных к нему поочередно электронными ключевыми элементами. Это приводит к еще большему возраста нию общих сопротивлений проводов и к увеличению их вариаций под действием ряда дистабилизирующих факторов В этом случае погрешность преобразования достигает недопустимо большой величины и без принятия специальных мер такой линейный преобразователь вообще не может быть испольяован.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем .что в линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение, содержащий два операцион ных усилителя, образцовый резистор, причем выход первого операционного усилителя соединен с клеммой для под ключения первого провода от резистивного датчика, клемма для подключения второго провода от того же выхода резистивного датчика соединена с выходной клеммой преобразователя, неинверсный вход первого операционного усилителя соединен с датчиком опорного напряжения, первый

вывод образцового резистора соединен с клеммой для подключения третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к резистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с землей, введен дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциольного усилителя, неинверсный

15 вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход дифференциального усилителя соединен с инверсным входом первого операционного усилителя о

20 На чертеже приведена схема линейного преобразователя сопротивления fрезистивного датчика в напряжение.

Преобразователь содержит два операционных усилителя 1 и 2, образцовый 2 резистор 3 и резистивный датчик k, провод 5 и 6 соединения, клемма выхода 7 провода 8 и 9 соединения, диф. ференциальный усилитель 10, клемма 11 опорного напряжения Ед .

Работа преобразователя сопротивления заключается в -следующем. Операционный усилитель 2 с коэффициентом усиления K(j, охваченный с помощью проводов 8, 9 и образцового резистора 35 3 (с сопротивлением RQ) стопроцентной

отрицательной обратной связью по на. пряжению, работает как повторитель напряжения.

Учитывая, что коэффициент усиления Кп в современных операционных усилителях достигает значение 10, а величина суммарного сопротивления провода 8 (глБ) и образцового резистора 3 (RQ) составляет сотни Ом для 45 напряжения в точке соединения проводов 8, 9 и резистивного датчика с большой степенью точности можно записать.

U.,Ro..,.o .

50 l

Входные сопротивления операционных усилителей 1, 2 и дифференциального усилителя 10 много больше любого из резисторов, использующегося в преобразователе, а выходные сопротивления усилителей равны нулю.

Поскольку выходное сопротивление операционного усилителя велико, ток через провод 9 пренебрежимо мал в сравнении с током в проводе 8, поэтому т 3, протекающий через резистивный дат чик А, равен току, протекающему чере образцовый резистор Зо Падение напря жения на образцовом резисторе 3 преобразуется дифференциальным усилителем 10 с коэффициентом усиления Kg в напряжение Uj( относительно шины земля и подается на инверсный вход операционного усилителя 1 с коэффициентом усиления К. Разность напряжения между УХ и опорным напряжением Е(з усиливается операционным усилителем 1 и через провод 5 подается на резистивный датчик k, при этом цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 замыкается. При использовании на выходе 7 измерителя напряжения с большим входным сопротивлением, поведение схемы описывается следующей системой уравнений(ЕО - и,} к. и U. U Кд , 5 Лы - л 5, где Цд - напряжение на выходе операционного усилителя 1; и, напряжение на выходной клем ме 7; гд5 сопротивление провода 5; RA - сопротивление резистивного датчика. Из системы уравнений, учитывая, что К Н . следует ЕО вВК R. К; откуда найдем и ЕО , т.е, Ugyx зависит от сопротивлени (и их изменений) проводов к датчику Подключение нового элемента - ди ференциального усилителя и включени образцового резистора в выходную це второго операционного усилителя выгодно отличает линейный преобразователь сопротивления в напряжение о известного, так как в этом случае практически полностью исключено вли ние на результат преобразования сопротивления {и их изменений) проводов к датчику. Использование для всей схемы преобразователя одного источника питания позволило уменьшить дополнительную погрешность преобразования при наличии помех от паразитной емкостной связи между источниками питания. Опытный образец линейного преобразователя сопротивления изготовлен, опробован, получены положительные результаты. При использовании в линейных преобразователях солротивлений одной и той же элементной базы и при одних и тех же условиях работы погрешность преобразования уменьшается в 3050 раз. Формула изобретения Линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение, содержащий два операционных усилителя,, образцовый резистор, причем выход первого операционного усилителя соединен с клеммой для подключения первого провода от резистивного датчика, клемма для подключения второго провода от того же выхода резистивного датчика, соединена с выходной клеммой преобразователя, неинверсный вход первого операционного усилителя соеди/нен с источником опорного напряжения, первый вывод образцового резистора соединен с клеммой для подключения третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к резистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилителя .соединен с землей, о т л и ч а ю IU и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования в него дополнительно введен . дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциального усилителя, неинверсный вход.которого соединен с первым выводом образцового резистора; а выход дифференциального усилителя соединен с инверсным входом первого операционного усилит.еля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1„ Заславский Л.С., Позднеев В.А, Фурман А.В Анализ преобразователей параметров резистивных датчиков в напряжение,, (тргуды ВНИИЭП) , Л., 1979

вып. Проектирование средств электроизмерительной техники.

2. Гальперин М.В.,Злобин Ю.П. Линейный преобразователь на базе дифференциального операционного усилителя Приборы и системы управления, № 7, 1976(прототип),

А

А

DD

8

9

DD

V У

ИЛЬ 3

Ко

-

5ьп((}д