PL101770B1 - Two-wire intensity-resistance converter - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest dwuprzewodowy przetwornik pomiarowy opornosc-prad, przeznaczony do przetwarzania zmian opornosci bedacej funkcja wielkosci mierzonej np. temperatury na znor¬ malizowany sygnal pradowy, liniowo zalezny od zmian wielkosci mierzonej. Przetwornik ten jest stosowany zwlaszcza do wspólpracy z czujnikiem oporowym, w którym zaleznosc opornosci od wielkosci mierzonej W moze byc dobrze aproksymowana przez funkcje w postaci P/W//Q/W/, gdzie P i Q sa funkcjami liniowymi wielkosci W, w szczególnosci z czujnikiem oporowym temperatury. Przetwornik wedlug wynalazku przeznaczony jest do pracy w ukladach pomiarowych automatyki.

Stan techniki. Znane dwuprzewodowe przetworniki pomiarowe opornosc-prad budowane sa w oparciu o zasade dzialania mostka zrównowazonego, zawierajacego dwa oporniki stale, czujnik oporowy, oraz element nieliniowy zalezny od pradu np. dioda Zenera lub aktywne dwubiegunowe zródlo napiecia odniesienia. Jedna przekatna mostka zasilana jest pradem wyjsciowym poprzez tranzystor regulujacy, sterowany z wyjscia wzma¬ cniacza napiecia stalego, którego wejscie przylaczone jest do drugiej przekatnej mostka. Na skutek istnienia silnego ujemnego pradowego sprzezenia zwrotnego napiecie przekatnej mostka przylaczonej do wzmacniacza dazy do zera i prad wyjsciowy jest wymuszany przez zmiany opornosci czujnika, przy czym jest on niezalezny od zmian opornosci obciazenia i napiecia zasilajacego.

Poniewaz charakterystyki wiekszosci czujników oporowych sa nieliniowymi funkcjami wielkosci mierzonej, zachodzi koniecznosc nieliniowego ksztaltowania zaleznosci opornosc-prad przetwornika tak, aby wypadkowa charakterystyka wielkosc mierzona-prad byla liniowa.

Znany dwuprzewodowy przetwornik opornosc-prad wedlug opisu patentowego Republiki Federalnej Nie¬ miec nr 1948517 zawiera dwa tranzystory regulujace w ukladzie szeregowym i równoleglym, tranzystor polowy, wzmacniacz napiecia stalego oraz mostek oporowy z czujnikiem oporowym. Cecha szczególna tego przetwornika jest brak wyodrebnionego dwójnikowego zródla napiecia odniesienia, zas wada jest zaleznosc pradu przetworni¬ ka od parametrów tranzystora polowego oraz brak ukladu linearyzacji.

Dwuprzewodowy przetwornik wedlug opisu patentowego RFN nr 1942501 posiada mostek oporowy z dio¬ da Zenera, tranzystor regulujacy, tranzystor polowy, wzmacniacz napiecia stalego, przy czym uklad linearyzacji2 101770 sklada sie z szeregowo-równoleglej kombinacji dwóch oporników stalych i czujnika wlaczonych w jedna z gale¬ zi mostka. Przetwornik ten jest przeznaczony do wspólpracy z czujnikami termistorowymi.

Praktyczne rozwiniecie rozwiazania przetwornika wedlug powyzszego patentu, przedstawione jest w mie¬ sieczniku Elektronik z 1972 roku zeszyty nr 11 i 12. W przetworniku tym mostek oporowy wyposazony jest w czujnik polaczony szeregowo z opornikiem stalym o duzej wartosci, dwubiegunowe zródlo napiecia odniesie¬ nia zbocznikowane oporowym dzielnikiem napiecia oraz inne dwa stale oporniki, z których jeden o bardzo malej wartosci, rzedu omów lub ulamków oma, jest opornikiem sprzezenia zwrotnego. Mostek zasilany jest czescia pradu emitera tranzystora regulujacego. Wzmacniacz róznicowy napiecia stalego przylaczony jest na napiecie wyjsciowe mostka, to jest róznice potencjalów dzielnika bocznikujacego zródlo napiecia odniesienia oraz innego dzielnika utworzonego z tych dwóch galezi mostka, w których znajduje sie czujnik oporowy i jeden z oporników stalych. Wyjscie wzmacniacza poprzez tranzystor polowy steruje baza tranzystora regulujacego. Wzmacniacz ten zasilany jest z zacisków zródla napiecia odniesienia stanowiacego dwubiegunowy aktywny stabilizator napiecia skladajacy sie z mostka oporowego z dioda Zenera, osobnego wzmacniacza napiecia stalego oraz równoleglego tranzystora regulujacego. Linearyzacje charakterystyki wielkosc mierzona-prad uzyskuje sie w tym ukladzie poprzez dobór dynamicznej opornosci wewnetrznej zródla napiecia odniesienia.

Wada opisanego ukladu przetwornika jest nadmierna wrazliwosc na zmiany parametrów oporników stalych mostka np. pod wplywem temperatury. Wynika to z duzej ogólnej czulosci ukladu, która jest tu potrzebna, gdyz wskutek wlaczenia w galezi mostka opornika stalego o duzej wartosci w szereg z czujnikiem, wzgledne zmiany opornosci w tej galezi mostka pod wplywem zmian wielkosci mierzonej sa male. Podwyzszona czulosc uzyska¬ no w opisanym ukladzie przez zastosowanie opornika sprzezenia zwrotnego o bardzo malej wartosci. Konse¬ kwencja tych wad ukladowych jest koniecznosc stosowania oporników o bardzo wysokich wymaganiach odno¬ snie stabilnosci i dokladnosci, a zbyt mala wartosc opornika sprzezenia zwrotnego jest niewygodna w praktyce.

Wada zastosowanego sposobu linearyzacji charakterystyki, poprzez dobór dynamicznej opornosci wewne¬ trznej zródla napiecia odniesienia, jest zaleznosc pradu wyjsciowego od zmian pradu pobieranego przez podze¬ spoly elektroniczne przetwornika, która wystepuje gdy opornosc dynamiczna zródla napiecia odniesienia jest rózna od zera, a to wlasnie jest warunkiem linearyzacji w opisanym ukladzie. Inna niedogodnoscia tego sposobu linearyzacji jest brak prostego algorytmu dostrajania przetwornika do pozadanej charakterystyki, gdyz zmiana wartosci któregokolwiek z oporników ukladu celem strojenia przetwornika wplywa na zmiane ksztaltu calej charakterystyki opornosc-prad przetwornika.

Istota wynalazku. Dwuprzewodowy przetwornik opornosc-prad wedlug wynalazku posiada uklad dziewie¬ ciu oporników stalych, z których szesc kolejnych, w tym opornik sprzezenia zwrotnego, polaczonych jest szere¬ gowo i przylaczonych do zacisków wejsciowych przetwornika, siódmy opornik stanowiacy galaz poprzeczna ukladu oporników, przylaczony jest z jednej strony do jednego z zacisków wejsciowych przetwornika, a z drugiej strony do punktu wspólnego trzeciego i czwartego opornika, natomiast ósmy i dziewiaty opornik, polaczone szeregowo, bocznikuja opornik sprzezenia zwrotnego, tworzac wraz nim obwód regulacji nieliniowosci charakte¬ rystyki wielkosc mierzona-prad. Do zacisków wyjsciowych ukladu dziewieciu oporników przylaczone jest wej¬ scie pierwszego wzmacniacza napiecia stalego, którego wyjscie polaczone jest poprzez pierwszy uklad sprzegaja¬ cy z baza pierwszego tranzystora regulujacego.

Uklad dziewieciu oporników polaczony jest z zaciskami zródla napiecia odniesienia, które stanowi cztero- zaciskowy potencjostat posiadajacy mostek oporowy z dioda Zenera, do którego jednej przekatnej przylaczone jest wejscie drugiego wzmacniacza napiecia stalego, którego wyjscie polaczone jest poprzez drugi uklad sprzega¬ jacy z baza drugiego tranzystora regulujacego. Druga przekatna mostka stanowi pare zacisków napieciowych potencjostatu, a elektrody emiter kolektor tranzystora regulujacego — pare zacisków pradowych potencjostatu.

Jeden zacisk pradowy i jeden napieciowy sa zwarte i dolaczone do punktu wspólnego pierwszego i drugiego opornika ukladu dziewieciu oporników, natomiast drugi zacisk pradowy polaczony jest z punktem wspólnym czwartego, piatego i ósmego opornika tego ukladu. Drugi zacisk napieciowy polaczony jest z punktem wspólnym ósmego i dziewiatego opornika tego ukladu. Zaciski pradowe potencjostatu stanowia zródlo zasilania dla obu wzmacniaczy napiecia stalego przetwornika.

Zastosowanie w dwuprzewodowym przetworniku wedlug wynalazku ukladu dziewieciu oporników, powo¬ duje znaczne zmniejszenie (kilkadziesiat razy) wrazliwosci pradu wyjsciowego przetwornika na zmiany tempera¬ turowe oporników tego ukladu oraz umozliwia dobór opornika sprzezenia zwrotnego o niezbyt malej wartosci.

Dzieki zastosowaniu czterozaciskowego potencjostatu zostal wyeliminowany wplyw zmian pradu pobieranego przez wzmacniacz napiecia stalego na prad wyjsciowy przetwornika. Czterozaciskowy potencjostat oraz opornik sprzezenia zwrotnego wraz z opornikami bocznikujacymi ulatwiaja linearyzacje przetwornika i ksztaltowanie charakterystyki opornosc-prad.101 770 3 W rozwiazaniu tym, w procesie trójpunktowego dostrajania przetwornika do pozadanej charakterystyki, po ustaleniu jednego z punktów skrajnych zakresu pomiarowego — regulacja wartosci opornika w galezi poprzecznej ukladu dziewieciu oporników, celem ustawienia drugiego punktu skrajnego zakresu, nie wplywa juz na poloze¬ nie pierwszego punktu charakterystyki. Podobnie regulacja wartosci jednego z oporników bocznikujacych opor¬ nik sprzezenia zwrotnego, celem ustawienia srodkowego punktu charakterystyki, nie wplywa zupelnie na polo¬ zenie pierwszego punktu skrajnego zakresu, a na drugi punkt skrajny tylko w minimalnym stopniu.

Objasnienie rysunku. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat elektryczny dwuprzewodowego przetwornika opornosc-prad.

Do zacisków wejsciowych 21, 22 przetwornika przylaczony jest czujnik oporowy 10 oraz dziewiec oporni¬ ków 1, 2, 3, 4, 5, 6,7, 8, 9. Szesc kolejnych oporników 1, 2, 3, 4, 6 oraz opornik sprzezenia zwrotnego 5 polaczonych jest szeregowo, siódmy opornik 7 stanowiacy galaz poprzeczna ukladu oporników, przylaczony jest z jednej strony do jednego z zacisków wejsciowych 22 przetwornika, a z drugiej strony do punktu wspólnego trzeciego 3 i czwartego 4 opornika. Ósmy 8 i dziewiaty 9 opornik polaczone szeregowo, bocznikuja opornik sprzezenia zwrotnego 5, tworzac wraz z nim obwód regulacji nieliniowosci charakterystyki przetwornika. Do zacisków wyjsciowych ukladu dziewieciu oporników, to jest zacisku 21 usytuowanego pomiedzy czujnikiem oporowym 10 a pierwszym opornikiem 1 tego ukladu oraz zacisku 23 usytuowanego pomiedzy drugim oporni¬ kiem 2 a trzecim opornikiem 3 tego ukladu, przylaczone jest wejscie wzmacniacza napiecia stalego 11, którego wyjscie polaczone jest z wejsciem ukladu sprzegajacego 12. Wyjscie ukladu sprzegajacego 12 polaczone jest z baza tranzystora regulujacego 13 wlaczonego szeregowo w obwód pradu wyjsciowego przetwornika tak, ze jego emiter wlaczony jest pomiedzy pierwszy i drugi opornik 1 i 2 ukladu dziewieciu oporników, a kolektor stanowi jeden z zacisków wyjsciowych 28 przetwornika.

Uklad dziewieciu oporników polaczony jest za posrednictwem oporników pierwszego 1, drugiego 2, czwar¬ tego 4, piatego 5, ósmego 8 i dziewictego 9 z zaciskami zródla napiecia odniesienia, które stanowi czterozacisko- wy potencjostat, posiadajacy mostek skladajacy sie z trzech oporników 14, 15, 16 oraz diody Zenera 17, wzmacniacz napiecia stalego 18, którego wejscie przylaczone jest do jednej przekatnej mostka a wyjscie poprzez uklad sprzegajacy 19 do bazy równoleglego tranzystora regulujacego 20. Druga przekatna mostka stanowi pare zacisków napieciowych 26, 27 potencjostatu, a elektrody emiter, kolektor tranzystora regulujacego 20 — pare zacisków pradowych 24, 25 potencjostatu. Z,acisk pradowy 24 i napieciowy 26 potencjostatu sa zwarte i dola¬ czone do punktu wspólnego pierwszego i drugiego opornika 1 i 2 ukladu dziewieciu oporników oraz emitera tranzystora regulujacego 13, natomiast drugi zacisk pradowy 25 dolaczony jest do punktu wspólnego czwartego 4, piatego 5 i ósmego 8 opornika tego ukladu, zas drugi zacisk napieciowy 27 polaczony jest z punktem wspólnym ósmego 8 i dziewiatego 9 opornika tego ukladu. Drugi zacisk wyjsciowy 29 przetwornika dolaczony jest do punktu wspólnego oporników piatego 5, szóstego 6 i dziewiatego 9 ukladu dziewieciu oporników.

Wzmacniacze 11 i 18 napiecia stalego zasilane sa z zacisków pradowych 24, 25 potencjostatu. Obwód zewne¬ trzny przetwornika stanowi zródlo zasilania 33, mierniki 30, przekazniki 31 oraz inne urzadzenia pomiaro¬ wo-kontrolne 32.

Claims (2)

Zastrzezenia patentowe

1. Dwuprzewodowy przetwornik opornosc-prad przeznaczony do wspólpracy z czujnikiem oporowym, zawierajacy uklad oporników, do którego zacisków wyjsciowych przylaczone jest wejscie wzmacniacza napiecia stalego, którego wyjscie polaczone jest poprzez uklad sprzegajacy z tranzystorem regulujacym, przy czym uklad oporników polaczony jest z zaciskami zródla napiecia odniesienia, znamienny tym, ze posiada uklad dziewieciu oporników stalych, z których szesc — pierwszy (1), drugi (2), trzeci (3), czwarty (4), szósty (6) i opornik sprzezenia zwrotnego (5) polaczonych jest szeregowo i przylaczonych do zacisków wejsciowych (21, 22) przetwornika, siódmy opornik (7), stanowiacy galaz poprzeczna ukladu oporników, przylaczony jest z je¬ dnej strony do jednego z zacisków wejsciowych (22) przetwornika, a z drugiej strony do punktu wspólnego trzeciego (3) i czwartego (4) opornika, zas ósmy i dziewiaty opornik (8, 9), polaczone szeregowo, bocznikuja opornik sprzezenia zwrotnego (5), tworzac wraz z nim obwód regulacji nieliniowosci charakterystyki wielkosc mierzona-prad, zas do zacisków wyjsciowych ukladu dziewieciu oporników, to jest zacisku (21) usytuowanego pomiedzy czujnikiem oporowym (10) a pierwszym opornikiem (1) tego ukladu oraz zacisku (23) usytuowanego pomiedzy drugim opornikiem (2) a trzecim opornikiem (3) tego ukladu, przylaczone jest wejscie pierwszego wzmacniacza napiecia stalego (11), którego wyjscie polaczone jest poprzez pierwszy uklad sprzegajacy (12) z baza pierwszego tranzystora regulujacego (13), przy czym uklad dziewieciu oporników polaczony jest za posrednictwem oporników pierwszego (1), drugiego (2), czwartego (4), piatego (5), ósmego (8) i dziewiatego (9)4 101 770 z zaciskami zródla napiecia odniesienia/które stanowi czterozaciskowy potencjostat posiadajacy mostek oporo¬ wy z dioda Zenera (17), do którego jednej przekatnej przylaczone jest wejscie drugiego wzmacniacza napiecia stalego (18), którego wyjscie polaczone jest poprzez drugi uklad sprzegajacy (19) z baza drugiego tranzystora regulujacego (20), zas druga przekatna mostka stanowi pare zacisków napieciowych (26, 27) potencjostatu, a elektrody emiter, kolektor drugiego tranzystora regulujacego (20) stanowia pare zacisków pradowych (24, 25) potencjostatu, przy czym jeden zacisk pradowy (24) i jeden zacisk napieciowy (26) sa zwarte i dolaczone do punktu wspólnego pierwszego (1) i drugiego (2) opornika ukladu dziewieciu oporników, natomiast drugi zacisk pradowy (25) dolaczony jest do punktu wspólnego oporników czwartego (4), piatego (5) i ósmego (8) tego ukladu, a drugi zacisk napieciowy (27) polaczony jest z punktem wspólnym ósmego (8) i dziewiatego (9) opornika tego ukladu.

2. Dwuprzewodowy przetwornik wedlug zastrz. 1,znamienny- tym, ze zaciski pradowe (24 i 25) potencjostatu stanowia zródlo zasilania dla wzmacniaczy napiecia stalego (11 i 18) przetwornika. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 45 zl