Преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал

Патент 976398

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G 01 R 27/02

G01 R 17/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .3 (088.8) Дата опубликования описания 23 ° 11.82 (72) Авторы изобретения

В.В.Родионов, В.A.Èàãëûø и A.Ï.Øàáàíîâ

Особое конструкторское бюро технической кибернетики

Ленинградского политехнического института им. M.È.Êàëèíèíà (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ

Изобретение относится к электроиэмерительной 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, содержащий 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 усилительвЂ” с измерительной цепью и генератором развертывающего напряжения j1 ).

Недостатком известного устройства является то, что измерительный ток, протекающий через контролируемый резистор, не может 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 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 преобразсвателя, а инвертирукщий вход соединен с неинвертирующим входом усилителя разбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой также подключен первый входной зажим для подключения измеряемого резистора, второй входной зажим подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, а другой вывод измерительной диагонали моста подключен к инвертирующему входу усилителя разбалннса, выход которого соединен с ип ертирующим входом блока сравнения j 2 ).

Однако устройство с такоя структурой мало чувствительно к вненнним

976398 помехам только при условии относительно невысоких требований по точности. На точность и чувствительность такого устройства при наличии внешних помех влияют конечная линейность интегратора, конечный коэффициент ослабления синфаэного сигнала сравнивающего устройства и линейность усилителя раэбаланса. Практически наличие помехи приводит к нестабильности периода выходного сигнала, что. ограничивает точность и чувствительность преобразователя.

Причем, так как преобразователь имеет цикл измерения, зависимый от значения измеряемого параметра, усред нение результата синхронно с частотой помехи трудно осуществимо.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности путем повышения помехозащищенности и уменьшения измерительного тока через измеряемый резистор.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал, содержащий интегратор, вы-. ход которого соединен 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 неинвертирующим 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 входу 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 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, измеритель 7 разности амплитуд, управ= ляемый резистор 8 >,второй интегратор

9, резисторы 10-12 резистивного мос1

3 .

Преобразователь работает следующим образом.

Разнополярные перепады напряжения

5 с выхода блока 2 сравнения поступают на вход интегратора 1 и резистивный мост 3. При этом на выходе интегратора 1 образуется линейно изменяющееся напряжение.

19 С диагонали моста 3 сигнал раэбаланса, пропорциональный отклонению измеряемого резистора 4, усиливается усилителем 5 раэбаланса 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 о. достижения равенства напряжения интегратора 1 напряжению на выходе усилителя 5 разбаланса, после чего процессы повторяются.

При работе преобразователя компен353 сатор 6 синфазного сигнала поддерживает потенциал измерительной диагонали моста близким к потенциалу общего провода устройства как -при изменении полярности питания моста 3, 4G так и при изменении сопротивления измеряемого резистора 4. Усилитель 5. разбаланса за счет того, что он ох.вачен отрицательной обратной связью, поддерживает разность потенциалов

45 измерительной диагонали моста 3, близкой к нулю.

Длительность периода Т выходногс сигнала преобразователя определяется из равенства приращения напряжено ния интегратора 1 за полупериод пре образования удвоенному напряжению усилителя раэбаланса, неинвертирующий на выходе усилителя 5 разбаланса. ). )

2 Г R R

55 где U вЂ” - значение напряжения на выходе блока 2 сравнения; постоянная времени интегратора 1;

R вЂ” значение сопротивлений ре60 Л зисторов 10 и 11 (при выборе их одинаковыми по значению) резистивного моста 3;

R - значение сопротивления в цепи обратной связи усили65 теля 5 разбаланса;

97б 398

Откуда т = 4 и (Ro- В ) (2)

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

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

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 вто З5 рым интегратором 9 и н протинофазе с вызвавшей его появление помехой подается в измерительную диагональ моста 3 ка резистивный датчик 4.

Постоянная времени второго интегра-40 тора 9 выбрана так, что к концу периода осуществляется компенсация смещения уровня напряжения на выходе усилителя 5 разбаланса, имевшегося в предыдущем периоде. 45

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

Так как период и амплитуда сигнала ка выходе усилителя 5 разбаланса свя закы однозначно {в отсутствие помех и смещений нуля используемых операционных усилителей), то для управления постоянной времени второго интегратора 9 используется напряжение нмпли туды положительного полупериода.

При увеличении периода преобразователя увеличивается амплитуда сигнала на выходе усилителя разбаланса

5 и увеличивается сопротивление управляемого резистора 8.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в уменьшении нестабильности выходного 65

Формула изобретения значение сопротивления резистора 12 резистинного моста 3; текущее значение сопротивления измеряемого резистора 4. получаем

1 периода преобразователя, вызванной наличием низкочастотных периодических, непериодических помех в цепи измеряемого резистора,4 и конечным значением коэффициента ослабления сннфазного сигнала блока 2 сравнения конечной линейностью первого интегратора 1, усилителя 5 раэбалакса и компенсатора б синфазного сигнала.

Кроме того, повышение помехоза- lO щищенности позволяет повысить чувствительность преобразователя путем увеличения коэффициента передачи усилителя 5 разбаланса, а также уменьшить ток через измеряемый реэис.

15 тор 4, что уменьшает погрешность от его разогрева измерительным током.

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

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

Преобразователь малых изменений сопротивления во временной интервал, содержащий интегратор, выход которого соединен с неиннертирующим входом блока сравнения, выход которого соеди. нен с входом интегратора и с одним иэ 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 раэбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой также подключен первый, зажим для подключения измеряемого резистора, второй зажим подключен к выходу компенсатора синфаэного сигнала, а другой вывод измерительной диагонали моста подключен к инвертирующему входу усилителя разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнения, о т л.ич а ю шийся тем, что, .с целью повышения точности н 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 соеди976398

Составитель Л.Фомина

Редактор В.Иванова Техред Т.Фанта Корректор H.Áóðÿê

Заказ 8998/73 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная, 4 нен с выходом интегратора, а управляющий вход управляемого резистора подключен к второму выходу измерителя разности амплитуд.

,Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 405078, кл, G 01 R 27/ОО, 1976.

2. Мартяшин A.È. и др. Преобразователи электрических tIBpBMBTpoB для систем контроля и измерения. М., "Энергия", 1978, с. 287, р. 5-4-10 (прототип).