Цифровой многоточечный измерительный мост Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения темпе- ратур и деформаций с помощью термои тензорезисторов в комплекте с МИНИ- или микроэвм.

{Тзвестен многоточечный- измерительный мост, содержащий мостовую схему, внутренняя часть которой выполнена в виде полумоста из образцовых резисторов, а внешняя часть представлена полумостами из измерительных резисто- ров, поочередно подключаемых к внутреннему полумосту с псидощью коммутатора, источник питания мостовой схемы и нуль-орган. При этой контакты кстлмутатора и соединительные провода включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1.

Недостатком указанного многото.чечного-измерительного моста является низкая точность измерения, обусловленная неполной компенсацией сопротивления соединительных проводов и кон.тактов коммутатора..

Наиболее близким по техническому, решению к предлагаемому является цифровой многоточечный измерительный ftoCTf содержащий «остовую схему,, одно из плеч которой образовано измеря:емым резистором, вклн чаемым по четырехзажимной схеме подключенияj первый потенциальный зажим резистора через комму;гатор подключен к замкнутому контакту-первого переключателя, подвижный контакт которого подсоединен к первому входу нуль-органа, первый токовый зажим резистора через коммутатор подключен к разомкнутоМу

10 контакту первого переключателя и к постоянному резистору, образующему с измеряемым резистором ветвь моста, второй токовый зажим резистора подсоединен к общей шине; источник пи15тания, подключенный к диагонали моста, цифровую проводимость, состоящую из разрядных резисторов и разрядных переключателей, общая точка соединения разрядных резисторов подключена

29 к переключающему контакту второго переключателя, замкнутый контакт которого подсоединен к первому выводу первого образцового резистора и к замкнутому контакту третьего пере25/слючателя, переключающий контакт которого :подключенк второму входу нуль-органа, а разомкнутый контакт к разомкнутому контакту второго переключателя и к одному из выводов

30 ря-орого образцового резистора, другой ВЫВОД которого подключен к источнику, блок управления, вход которого подсоединен к выводу нуль-орган а выходы - к управляющим входам пере ключателей и через регистр к управляющим входам разрядных переключателей 2J. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения в случае, когда сопротивление соединительных проводов становится соизмеримым с сопротивлением измеряемого резистора. Цель изобретения - повышение точности измерения путем компенсации сопротивления соединительных проводов, соизмеримого с сопротивлением меряемого резистора. доставленная цель достигается тем, что цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий источни питания, подключенный к диагонали мо ста, одно из плеч которого образован измеряемым резистором, включаемым по четырехзажимной схеме подключения, первый потенциальный зажим резистора через коммутатор подключен к замкнут му контакту первого переключателя, подвижный контакт которого подсоединен к первому входу нуль-органа, первый токовый зажим резистора через ког Флутатор подключен к разомкнутому контакту первого переключателя и к постоянному резистору, образующему с измеряемым резистором ветвь моста, второй токовый -зажим резистора подсоединен к общей шине, цифровую проводимость , состоящую из разрядных резисторов и разрядных переключателей, общая точка соединения разрядных резисторов подключена к. переключающему ко нтакту второго переключат ля, замкнутый контакт которого подсо динен к первому выводу первого обра цового резистора и к замкнутому контакту третьего переключателя, переключающий контакт которого подключен к второму входу нуль-органа, разомкнутый контакт - к разомкнутому контакту второго переключателя и к одному из выводов второго образцово.го резистора, другой вывод которого подключен к источнику питания, блок управления , вход которого подсоединен к выходу нуль-органа, в выходы - к управляющим входам переключа 1)елей и через первый регистр к 51 правляющим входам разрядных перекл чателей, снабжен цифровым управляемым сопротивлением, включенным межд первым и вторым образцовыми резисто рами, операционным усилителем, выход которого подсоединен к второму выводу первого образцово.го резистор к разомкнутым и замкнутым контактам разрядных переключателей цифровой п водимости соответственно, замкнутые и разомкнутые контакты разрядных nepe-i ключателей подключены к источнику питания, Bxoq усилителя через коммутатор соединен с вторым потенциальным зажимом измеряемого резистора, причем управляющие входы ключей цифрового сопротивления через второй регистр подсоединены к блоку управления. На чертеже представлена блок-схема цифрового многоточечного измерительного моста. Устройство содержит измеряемый резистор 1, постоянный резистор 2, образцовые резисторы 3 и 4, источник 5 .питания, нуль-орган б, включенный через переключатели 7 и 8, соедини- . тельные провода 9-12, коммутатор 13, контактами .14-16 которого измеряемый резистор включается в мостовую схему, цифровую проводимость 17, состоящую из разрядных резисторов 18 и разрядных переключателей 19, первый регистр 20Подключен к управляющим входам разрядных переключателей 19, цифровое управляемое сопротивление 21, состоящее из разрядных резисторов 22 и ключей 23, управляемые входы которых подключены к второму регистру 24, переключатель 25, подключенный к общей точке соединения разрядных резисторов 18 и к образцовым резисторам 3 и 4, операционный усилитель (ОУ) 26, вход которого через контакт 14 и соединительный привод 10 подключен к потенциальному зажиму измеряемого резистора 1, токовый зажим которого проводом 9 соединен с общей шиной, выкод ОУ 26 подключен к образцовому резистору 3 и разрядным переключателям 19, блок 27 управления, вход которого соединен с выходом нуль-органа 6, а выходы - с управляющими входами переключателей 7, 8, 25 регистров 20 и 24. Устройство имеет три режима работы: адаптации, установки нуля и измерения. Первый режим работы - режим адаптации. В этом режиме для каждого измеряемого резистора производится уравновешивание моста с помощью цифрового управляемого сопротивления 21. При этом цифровая- проводимость 17 устанавливается в- исходное состояние, а переключатели 7, 8, 25 устанавливаются в нормально разомкнутые положения. . , Суммарное сопротивл ение разрядных резисторов 22 выбирают из следующего соотношения: Ш где R,x- сопротивление цифрового управляемого сопротивления 21 при разомкнутых ключах 23;

r суммарное сопротивление провода 12 и контакта 16; сопротивление измеряемого резистора;

R, сопротивления образцовых резисторов.

Соотношение номиналов разрядных резисторов 22 выбирают в соответствии с двоичным кодом

г- г г,- -i г,

где г - сопротивление резистора 22 младшего разряда.

Уравновешивание осуществляется блоком 27 управления, нуль-органом 6 и регистром 24. При этом уравновешивание цифровым управляемым сопротивлением 21 осуществляется ррубо. Код, сформированный регистром 24 в момент равновесия (-np/R, запоминается, после чего коммутатором 13 в мостовую схему включают следующий измеряемый резистор. По окончании опроса всех измерительных точек устройство переводится в режим установки нуля.

В режиме установки нуля для каждого измеряемого резистора производится два уравновешивания моста уже цифровой проводимостью 17, Ъричем.. в регистр 24 вводится код m данного измеряемого резистора, сформированны в предыдущем режиме измерения. При первом уравновешивании перекл чатели 7, 8, 25 устанавливают в нормальНо замкнутое положение. В резуль тате уравновешивания состояние определеных разрядов цифровой проводимости 17 изменяется, и в соответс вии с этим, изменяются проводимости цифровых плеч, причем проводимость одного плеча увеличивается, а друго го - уменьшается на одну и ту же вел чину. При этом в регистре 20 формиру ся код уравновешивания R(2tn,C+m,C+)-()() Н,.Я где RJ- сопротивление постоянного ре зистора; с - коэффициент преобразования цифровой проводимости 17. Ан.алогичное уравновешивание про«вводится при нормально разомкнутом (Положении переключателей 7, 8, 25 с формированием в регистре 20 кода уравновешивания ()-R,(am Ctm fCti; , После чего вычисляетсяи запоминается код Rn . N г . . о . RI

На этом режим установки нуля заканчивается .

В режиме измерения, когда измеряемый резистор получает рабочее приращение сопротивления д R,,, работа собственно цифрового моста ничем не отличается от режима установки нуля, и для каждого измеряемого резистора производится два уравновешивания цифровой проводимостью 17 с формированием кодов Nj, N. Если в процессе измерения измеряют температурные, условия (например испытания с нагревом объекта), то сопротивление проводов может значительно отличаться

от исходного и тогда устройство вновь переводится в режим адаптации, где для каждого измеряемого резистора Определяют новый код точно так же, как и в первом случае. Поэтому значение кодов Ы,Ы4МОжно записать, используя уравнение уравновешивания (1), (2), с учетом того, что в этом случае R-Iнaдo заменить на R R.,+AR, на mi, riy.

После чего для каждого измеряемого резистора по кодам Ыу,М4И Ы производят вычисление выходной кода N вых

-l+Nj+C R:; . Rg

-3R

NBbrx %TTt: -- o R;- R7--TT

30 Полученный выходной код, отображающий измеряемое сопротивление, не зависит от величины компенсирующего сопротивления г„р,а также от величины кода т,т.е. значения цифрового сопротивления. Независимость выходного кода от величины m означает, что точность измерения не зависит от точности изготовления цифрового сопротивления и точности у|5авновешивания в режиме адаптации. Вместе с тем использование цифрювого сопротивления 21 и предварительное грубое уравновешивание в режиме адаптации позволяет сохранить узкий диапазон цифровой проводимости, задаваемый диапазоном измеряемой величины. При изменении компенсируют сопротивление в диапазоне, значительно превосходящем диапазон измеряемой величины.Формула изобретения Цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий источник питания, подключенный к диагонали моста, одно из плеч которого образовано измеряемым резистором, включаемым по четырехзажимной схеме подключения, первый потенциальный зажим резистора через коммутатор подключен к замкнутому контакту первого переключателя, подвижный контакт которого подсоединен к первому входу нуль-органа, пер вый токовый зажим резистора через Коммутатор подключен к разомкнутому контакту первого переключателя и к

постоянному резистору, образующему с измеряемьм резистором ветвь моста., второй токовый зажим резистора подсоединен к общей шине, цифровую проводимость, состоящую из разрядных

резисторов и разрядных переключателей, общая точка соединения разрядных резисторов подключена к переключающему контакту второго переключателя, замкнутый контакт к.оторого подсоедЛа&н к первому выводу первого образцового резистора и к замкнутому контакту третьего переключателя, переключающий контакт которого подключен в :второму входу нуль-органа, разомкйутйй lioHTaKT - к разомкнутому контакту второго переключателя и-к одному из выводов второго образцового резистора, другой вывод которого подключен к источнику питания, Ьлок управления, вход которого подсоединен к выходу нуль-органа, а выходы- к управляющим входам переключателей и через первый регистр к управляющим входам разрядных переключателей, отличающийся

тем, что, целью повышения точности измерения путем компенсации сопротивления соединительных проводов, соизмеримого с сопротивлением измеряемого резистора, измерительный мост снабжен цифровым управляемым сопротивлением, включенным между, первым и вторым образцовыми резисторами, опера- . ционным усилителем, выход которого

подсоединен к второму выводу перво-. го образцового резистора, к разомкнутым и замкнутым контактам разрядных переключателей цифровой проводимости соответственно, замкнутые и разомкнутые контакты разрядных переключателей подключены к источнику питания, вход усилителя через коммутатор соединен с вторым потенциальным зажимом измеряемого резистора, причём управляющие входы ключей цифрового сопротивления через второй регистр подсоединены к блоку управлеления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1458765, кл. G 01 V, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР 746300, кл. G 01 R 17/10, 1978 (прототип).