Преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал Советский патент 1982 года по МПК G01R27/02 G01R17/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть .применено при измерении малых изменений сопротивления резисторных датчиков, в .частности оно может быть использовано для измерения температуры.

Известен цифровой измеритель сопротивления, содержасщй измерительную цепь из токозадающего и измеряемого сопротивлений, блок сравнения, генератор развертывающего напряжения, формирователь и цифровой измеритель интервалов времени, вход которого соединен через формирователь с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен со средней точкой измерительной цепи, а выход соединен также через двухтактный усилитель с измерительной цепью и генератором развертывающего напряжения 1 .

Недостатком известного устройства является то, что измерительный ток, протекающий через контролируемый резистор, не мржет быть существенно уменьшен с целью снижения погрешности от разогрева датчика измерительным током, так как устройство имеет недостаточную защиту от внешних помех.

Которые могут наводиться на измеряемом сопротивлении.

Наиболее близким по Технической сущности является преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал, содержащий интегратор, выход которого соединен с неинвертируюгдим входом блока сравнения, выход которого соединен с входом ин10тегратора и с одним из выводов диагонали питания резистивного моста, другой вывод которой подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, неинвертирующий вход которого соеди15нен с общей шиной преобразсвателя, а инвертирующий вход соединен с неинвертирующим входом усилителя разбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой

20 также подключен первый входной зажим для подключения измеряемого резистора, второй входной зажим подклпчен к выходу компенсатора синфазного сигнала, а другой вывод измерительной

25 диагонали моста подключен к инвертирующему входу усилителя разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения 2.

Однако устройство с такой струк30турой мало чувствительно к riiuoniHHM помехам только при условии относительно невысоких требований по точности. На точность и чувствительность такого устройства при наличии внешних помех влияпт конечная линейность интегратора, конечный коэффициент ослабления синфазного сигнала сравнивающего устройства и линейност усилителя разбаланса. Практически наличие помехи приводит к нестабильности периода выходного сигнала, что ограничивает точность и чувствительность преобразовате:;я. Причем, так как преобразователь имеет цикл измерения, зависимый от значения измеряемого параметра, усре нение результатасинхронно с частото помехи трудно осуществимо. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности пу тем повышения помехозащищенности и уменьшения измерительного тока через измеряемый . Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь малых изменений сопротивления во вpeмeн oй интервал, содержащий интегратор, выход которого соединён с неинвертирующим входом блока сравнения, выход которого соединен с входом интегратора и с одним из выводов диагонали питания резистивного моста,. Другой вывод которой подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя, а инвертирующий вход соединен с н инвертирующим входом усилителя разбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой также подключен первый зажим для подключения измеряемого резистора, второй зажим Подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала,.,а другой вывод измерительной диагонали моста подключен к инвертирующему вхо ду усилителя разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения, введены последовательно соединенные измеритель разности амплитуд, управляемый резистор второй интегратор, вход измерителя разности амплитуд подключен к выходу усилителя разбаланса, неинвертирующи вход которого соединен с выходом второго интегратора, а управляющий вход управляемого резистора подключен к второму выходу измерителя раз ности амплитуд. На чертеже представлена функциональная схема преобразователя. Преобразователь содержит первый интегратор 1, блок 2 сравнения, реэистивный мост 3, измеряемый резистор 4, усилитель 5 .разбаланса, компенсатор б синфазного сигнала, изме ритель 7 разности амплитуд, управ- ляемый резистор 8,,второй интеграто 9, резисторы 10-12 резистивного мое-) та 3, Преобразователь работает следующим образом, Разнополярные перепады напряжения с выхода блока 2- сравнения поступают на вход интегратора 1 и резистивный мост 3. При этом на выходе интегратора 1 образуется линейно изменяющееся напряжение. С диагонали моста 3 сигнал разбаланса, пропорциональный отклонению измеряемого резистора 4, усиливается усилителем 5 разбаланса и поступает на вход блока 2 сравнения. В течение полупериода выходного напряжения блока 2 сравнения напряжение на выходе/интегратора 1 изменяется до тех пор, пока не сравняется с потенциалом выхода усилителя 5 разбаланса. При этом на выходе блока 2 сравнения происходит (за счет общей положительной обратной связи; быстрое изменение полярности сигнала на противоположную, и начинается второй полупериод работы преобразователя. При этом изменяется направление . интегрирования и потенциал на выходе усилителя 5 разбаланса. Это устойчивое состояние продолжается до нового достижения равенства напряжения интегратора 1 напряжению на выходе усилителя 5 разбаланса, после чего процессы повторяются. При работе преобразователя компенсатор 6 синфазного сигнала поддерживает потенцидл Измерительной диагонали моста близким к потенциалу общего провода Устройства как -при изменении полярности питания моста 3, так и при изменении сопротивления измеряемого резистора 4. Усилитель 5. разбаланса за счет того, что он ох.вачен отрицательной обратной связью, пОдцернсивает разность потенциалов измерительной диагонали моста 3, близкой к нулю. Длительность периода Т .выходного, сигнала преобразователя определяется из равенства приреицения напряже- . ния интегратора 1 за полупериод преобразования удвоенному напряжению на выходе усилителя 5 разбалансаит ;2UR-.(Re-- ) где и -.значение напряжения на выходе блока 2 сравнения; f - постоянная времени интегратора 1; R. - значение сопротивлений резисторов 10 и 11 (при выборе их одинаковыми по значению) резистивного моста 3 г R,j - значение сопротивления в цепи обратной связи усилителя 5 разбаланса;

- значение сопротивления резистора 12 резистивного моста 3 J

- текущее значение сопротивления измеряемого резистора 4. получаем

- MRo- ДА)

(2)

Т

R-f«o

При наличии помехи нормального вида с периодом существенно большим, чем период выходного сигнала преобразователя (например сетевой помехи), наводиг«эп на измеряемом резисторе 4, на выходе усилителя 5 разбаланса эта помеха проявляется в виде изменения ;огибающей переменного прямоугольного напряжения, размах и длительность j периода которого пропорциональны .уменьшению измеряемого резистора 4.

В каждый рассматриваемый период частоты преобразователя такая помеха на выходе усилителя 5 разбаланса будет проявляться в виде смещения постоянной составляющей этого сигнала, т.е. в виде увеличения амплитуды одного полупериода и такого же уменьшения амплитуды другого полупериода.

Измерение разницы амплитуд положительного и отрицательного полупериодов сигнала на выходе усилителя 5 разбаланса в течение одного периода .осуществляется с помощью измерителя 7 разности амплитуд.

Сигнал смещения интегрируется вторым интегратором 9 и в противофазе с вызвавшей его появление помехой подается в измерительную диагональ мбста 3 на резистивный датчик 4.

Постоянная времени второго интегр тора 9 выбрана так, что к концу периода осуществляется кок пенсация смещения уровня напряжения на выходе усилителя 5 разбаланса, имевшегося в предыдущем периоде.

Изменение постоянной времени второго интегратора 9 в соответствии с изменением длительности периода преобразователя осуществляется с помощью управляемого резистора 8.

Так как период и амплитуда сигнал на выходе усилителя 5 разбаланса свя заны однозначно (в отсутствие помех и смещений нуля используемых операционных усилителей, то для управления постоянной времени второго интегратора 9 используется напряжение ймпли туды положительного полупериода.

При увеличении периода преобразователя увеличивается амплитуда сигнала на выходе усилителя разбаланса 5 и увеличивается сопротивление управляемого резистора В.

Технико-экономическая эффективность изобр.етения заключается в уменьшении нестабильности выходного

периода преобразователя, вызванной наличием низкочастотных периодических, непериодических помех в цепи измеряемого резистора .4 и конечным значением коэффициента ослабления . синфазного сигнала блока 2 сравнения конечной линейностью первого интегратора 1, усилителя 5 разбаланса и компенсатора б синфазного сигнала. Кроме того, повышение помехозащищенности позволяет повысить чувствительность преобразователя путем увеличения коэффициента передачи усилителя 5 разбаланса, а также уменьшить ток через измеряемый резисТОР 4, что уменьшает погрешность от его разогрева измерительным током .

При оптимальном быстродействии введенного контура компенсации помехи степень ослабления влияния помехи достигает величины, равной отношению периода помехи к удвоенному значению периода выходного сигнала преобразователя.

Причем, такой контур, уменьшая низкочастотную помеху, не уменьшает быстродействия преобразователя по информативному параметру.

Формула изобретения

Преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал,

содержавши интегратор, выход которого соединен с неинвертирующим входом блока сравнения,выход которого соедИ нен с входом интегратора и с одним из выводов диагонали питания резистивного моста, другой вывод которой подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразователя, а инвертирующий вход

соединен с неинвертирующим входом усилителя разбслЛанса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой также подключен первый, зажим для подключения измеряемого

резистора, второй зажим подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, а другой вывод измерительной диагонали моста подключен к инвертирующему входу усилителя разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом бцрка сравнения, о т л.ичающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности преобразователя путем повышения его помехозащищенности, введены последовательно соединенные измеритель разности амплитуд управляемый резистор, второй интегратор, вход измерителя разности амплитуд подключен к выходу усилителя разбаланса,

неинвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора, а управляющий вход управляемого резистора подключен к второму выходу измерителя разности амплитуд.

,Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1.Атэторское свидетельство СССР 405078, кл. G 01 R 27/00, 1976.

2.Мартяшин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М.,

энергия, 1978, с. 287, р. 5-4-10 (прототип).