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

(5k) ЦИФРОВОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сопротив- . ления, а также относительного приращения сопротивления мостовым методом.

Известен цифровой измерительный неуравновешенный мост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой ; образовано измерительным резистором, Q а три плеча образованы постоянными резисторами, источник питания, включенный в диагональ моста, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП ) с. входными клеммами, причем клемма для подключения опорного сигнала соединена с вершиной мостовой схемы. АЦП устройства содержит последовательно соединенные переключатель , подключенный к входным клем- 20 мам, интегратор и пороговое устройство, формирователь временных интервалов и цифровой измеритель временных интервалов. Управляющий вход переключателя соединен с формирователем временных интервалов. Измеритель времен1 1х интервалов содержит генератор импульсов и счетчик, вход которого связан с выходом генератора импульсов 1.

Недостатком известного устройства является то, что формируемый отсчет в виде цифрового кода связан нелинейной зависимостью с измеряемой величиной - сопротивлением или относительным приращением сопротивления измерит ьного резистора.

Целью изобретения является повышение точности путем повышения линейносТи преобразования.

Указанная цель достигается1тем,что в цифровой неуравновешенный измерительный мост, одно плечо которого образовано измер 1тельным резистором, а три других - постоянными резисторами , содержащий источник напряжения, подключенный к диагонали питания моста, интегрирующий аналого-цифровой преоб398разователь, выполненный в виде послед ва гельно соединенных первого переключателя, интегратора и порогового элемента, подключенного к управляющему входу счетчика импульсов, генератор импульсов, соединенный через фop иpoватель временных интервалов с управля ющим входом переключателя , введен вто рой переключатель, управляющий вход которого подключен к формирователю временных интервалов, переключающий контакт - к общей шине;нормально замк нутый контакт - к положительному, нор мально разомкнутый контакт - к отрицательному полюсам источника напряжения, делитель частоты, включенный меж ду выходом гe epaтopa импульсов и вхо дом счетчика, регистр, включенный между выходом счетчика и управляющим входом делителя частоты, причем нормально разомкнутый контакт первого пе реключателя подключен к вершине измерительной диагонали моста, смежной с измерительным резистором, нормально замкнутый контакт - к второй вершине измерительной диагонали, а выход порогового элемента подсоединен к управляющему входу регистра. На чертеже представлен неуравновешенный измерительный мост. Цифровой неуравновешенный измерительный мост,образованный измерительным резистором 1 и постояннь1ми резисторами 2-k, содержит источник 5 питания, аналого-цифровой преобразователь 6, входные клеммы 7 и 8 которого соединены с вершинами 9 и 10 измерительной диагонали. При этом входная клемма 7 АЦП предназначена для подключения измерительного сигнала, а клемма 8 - для подключения опорного сигнала. Поскольку АЦП измеряет фактически отношение измерительного сигнала к опорному сигналу, то для кода аналого цифрового преобразования имеем соотношениесигнал вершины 9 где UQ J.Q - сигнал вершины 10; Кг. - коэффициент преобразования Сигналы в вершинах 9 и 10 соответственно равны: %°oFvt о У - напряжение питания источнигдека 5; R.,R ,R ,R - сопротивления резис2- 4 т-оров i-/t. Поскольку для мостов обычно выполняется условие -RjlRi. Ri -Н/зсс KH Ro. Выходной код получают, вычитая единицу из кода NJ tl N. ЬЫХ Таким образом, выходной код связан линейной зависимостью с измеряемой величиной - сопротивлением измерительного резистора. Лл формирования кода, отображающего относительное приращение сопоотивления, аналого-цифровой преобразеватель 6 содержит последовательно соединенные переключатель 11, интегратор 12, пороговый элемент 13 и измеритель 1 временных интервалов, формирователь 15 временных интервалов. Измеритель 1 временных интерваловсодержит последовательно соединенные генератор 16 импульсов, цифровой делитель 17 частоты и счетчик 18, выходы которого связаны с входами делителя 17 через регистр 19. Переключателем 20 изменяется точка заземления источника 5 питания. АЦП работает следующим образом. Переключатели 11 и 20 находятся в положении, указанном на чертеже. До момента tj и, выходное напряжение интегратора 1 тегратора 12 равно нулю. В момент времени t,| формирователем 15 запускается интегратор 12. В промежутке времени Т tq Ц интe pиpyeтcя сигнал вершины 9 отрицательной полярности. Поскольку интегратор 12 инвертирует выходной сигнал, то выходное напряжение его в интервале Т положительно. В момент t формирователь 15 переключает переключатели 11 и 20 и к входу интегратора 12 подключается сигнал вершины 10 положительной полярности. Выходное напряжение интегратора 12 уменьшается в момент t, фикcиpye « lй пороговым элементом 13 становится равным нулю. В результате имеет соот ношение: llg-T U.r, (5) гр.еС- - t. В интервале времени Т+т импульсы генератора 16 поступают через делитель 17 частоты на счетчик 18, установленный в ноль в момент -t . При этом в интервале времени Т -.д7 t счетчик 18 работает на вычитание, и частота импульсов, поступащих на делитель 17 частоты, равна fo. В интервале Т - ij,-Ь счетчик 18 работает на сложение и частота импульсов, поступающих на делитель 17 частоты, ус танавливается равной Zfo. В результа те для кода М счетчика 18 имеем выражение , i-ig f о Kg - коэффициент деления делителя 17 частоты. Поскольку, согласно выражения (5) r-Uplu o-, CD то на основании выражений ( 2 ) и ( 3) получим io /RiiRa о , Kqj При исходном сопротивлении измери тельного резистора 1 коэффициент деления делителя 17 устанавливается равным единице, т.е. 1 « Теперь для базового отсчета окончательно . получим f т 5i (В) м ъ, (8), являющий Код N. из выражения ,, , .... ся базовым или вспомогательным при измерении относительного приращения сопротивления, является выходным при работе устройства в режиме измерения сопротивления резистора R при образ цовом значении сопротивления резистора 2 R/X. из счетчика 18 В момент t код 19, в результа переносится в регистр те устанавливается: ,, (9) работе и устройство готово к во втором такте. Во втором такте, при наличии приращения сопротивления, устройство работает также, но с учетом выражения (9), поэтому для кода . можно, по аналогии с выражением (7), сразу записать:ы г ° о W . 2. rvy где.Рч ; RjfuRj Rg. VAR N Т -. N PT-R; R R., Выходной код получают инвертированием кода N.j для отрицательных ДД , т.е. когда fj. При положительном , т.е. когда 1 1 учитывают только дробную часть кода Мл. В результате получим N 1 Таким образом, устройство обеспечивает непосредственное измерение относительного приращения сопротивления измерительного резистора. При этом выходной код связан линейной зависимостью с измеряемой величиной. Для исключения влияния нестабильности временных параметров формирователя 15 и генератора 16 на точность измерения формирователь временных интервалов выполнен в виде делителя частоты с Фиксированным коэффициентом деления, соединенного с генератором импульсов 16. Выходной величиной делителя является частота F 1/Т. Если коэффициент деления принять равным п, то при входной частоте, равной f. , ° - ЧТеперь в выражениях (8) и (10) f-Т п const. В результате чего стабильность величин Т и fg не сказывается на точности измерения. Формуле изобретения Цифровой неуравновешенный измерительный мост, одно плечо которого образовано измерительным резистором, .а три других - постоянными резисторами, содержащий источник напряжения, подключенный к диагонали- питания моста, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных первого переключателя, интегратора и порогового элемента, подключенного к управлпщему входу счетчика импульсов, генератор импульсов, соединенный через формирователь временных интервалов с управляющим входом переключате ля, отли чающи и ся тем, что, с целью повышения точности путем повышения линейности преобразования, в него введен второй переключатель, управляющий вход которого по ключен к формирователю временных интервалов, переключаю1чий контакт - к общей шине, нормально замкнутый контакт - к положительному, нормально разомкнутый контакт - к отрицательному полюсам,источника напряжения, д литель частоты, включенный между выходом генератора импульсов и входом счетчика, регистр, включеннь1Й между выходом счетчика и управлящим входом делителя частоты, причем нормально разомкнутый контакт первого переключателя подключен к вершине измерительной диагонали моста, смежной с измерительным резистором, нормально замкнутый контакт - к второй вершине измерительной диагонали, а выход порогового элемента подсоединен к управляющему входу регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 23055, кл. G 01 R 17/10, 1971 (прототип).