PL177467B1 - Sposób pomiaru zmian rezystancji i układ do pomiaru zmian rezystancji - Google Patents

Abstract

1 Sposób pomiaru zmian rezystancji z wykorzystaniem czteroramiennego mostka rezystancyjnego, polegający na tym, ze zwiera się bezprądowo przekątną mostka, a następnie odłącza się jedno z ramion mostka na określony czas, w którym gromadzi się porcję ładunku w przekątnej mostka, po czym dołącza się to ramię na czas, w którym dopiowadza się do rozładowania określonej porcji ładunku zgromadzonego uprzednio w przekątnej mostka, znamienny tym, że określa się odpowiadającą stanowi początkowemu proporcję dwóch rezystancji, których wartość zmienia się w czasie pomiaru, natomiast równocześnie z dołączeniem pierwotnie odłączonego ramienia mostka, odłącza się inne jego ramię na czas, w którym doprowadza się do rozładowania określonej porcji ładunku zgromadzonego uprzednio w przekątnej mostka, az do momentu uzyskania zrównoważenia ładunku w jego przekątnej, przy czym jednocześnie mierzy się zmianę różnicy czasów dołączenia naprzemiennie przyłączanych gałęzi mostka w stosunku do różnicy tych czasów w stanie początkowym dla stanu, w którym bilans energetyczny kondensatora równoważy się w jednym cyklu pomiarowym lub w przypadku, w którym bilans energetyczny kondensatora równoważy się w więcej niż jednym cyklu przełączania naprzemiennie dołączanych gałęzi mostka, mierzy się tóżnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością przełączania gałęzi mostka i częstotliwością określoną uprzednio dla zadanej proporcu rezystancji w przełączanych gałęziach mostka, odpowiadającą stanowi początkowemu, a na podstawie tak otrzymanego wyniku pomiaru określa się wielkość względnej zmiany rezystancji 2. Układ dó' pomiaru zmian rezystancji z mostkiem rezystancyjnym, w którego przekątnej jest włączony integrator mający w pętli sprzężenia zwrotnego kondensator, a wyjście integratorajest połączone z wejściem bloku równoważącego, znamienny tym, ze wyjście (13) równoważącego bloku (12) jest połączone z przełącznikiem (5) usytuowanym pomiędzy dwoma ramionami (R3, R4) mostka (R1-R4), który jest przyłączony do odwracającego wejścia integratora (10)

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru zmian rezystancji i układ do pomiaru zmian rezystancji, zwłaszcza w konfiguracji czteroramiennego mostka rezystancyjnego do pomiaru względnej zmiany dwóch rezystancji o określonej uprzednio proporcji, znajdujący zastosowanie w szczególności w pomiarach tensometrycznych.

Z polskiego opisu patentowego nr 146 539 jest znany sposób pomiaru rezystancji i układ do pomiaru rezystancji umożliwiający uzyskanie liniowej funkcji przejścia, dodatkowo przechodzącej przez początek układu współrzędnych. Ujawniony sposób polega na tym, że zwiera się bezprądowo przekątną mostka rezystancyjnego, a następnie odłącza się jedno z ramion mostka na czas potrzebny do zgromadzenia określonej porcji ładunku w przekątnej mostka. Następnie dołącza się uprzednio odłączone ramię mostka, na czas niezbędny do rozładowania określonej porcji zgromadzonego ładunku, przez co doprowadza się do zrównoważenia mostka, przy czym mierzy się częstotliwość przełączania ramienia mostka i określa się wielkość mierzonej rezystancji w funkcji mierzonej częstotliwości. Układ do realizacji opisanego sposobu ma konfigurację czteroramiennego mostka rezystancyjnego, w którego przekątnej jest włączony integrator z kondensatorem usytuowanym w pętli sprzężenia zwrotnego, a wyjście integratora jest połączone z wejściem bloku równoważącego zbudowanego na uniwibratorze, którego wyjście jest połączone z przełącznikiem połączonym szeregowo z rezystancją umieszczoną w pomiarowym ramieniu mostka rezystancyjnego.

177 467

Sposób pomiaru zmian rezystancji według wynalazku polega na tym, że przy określonej w stanie początkowym proporcji dwóch rezystancji, których wartość zmienia się podczas pomiarów, zwiera się bezprądowo przekątną mostka rezystancyjnego, a następnie odłącza się jedno z ramion mostka na określony czas, w którym gromadzi się porcję ładunku w przekątnej mostka. Następnie dołącza się uprzednio odłączone ramię mostka i równocześnie odłącza się inne ramię tego mostka na czas, w którym doprowadza się do rozładowania określonej porcji ładunku zgromadzonego uprzednio w przekątnej mostka, aż do momentu uzyskania zrównoważenia ładunku w jego przekątnej, przy czym jednocześnie mierzy się zmianę różnicy czasów dołączenia naprzemiennie przyłączanych gałęzi mostka w stosunku do różnicy tych czasów w stanie początkowym lub różnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością przełączania gałęzi mostka a częstotliwością określoną uprzednio dla zadanej proporcji rezystancji w przełączanych gałęziach mostka, z tym, że czynności te powtarza się sekwencyjnie, a na podstawie tak otrzymanego wyniku pomiaru określa się wielkość względnej zmiany rezystancji.

Układ do pomiaru zmian rezystancji z wykorzystaniem sposobu według wynalazku ma konfigurację czteroramiennego mostka rezystancyjnego, w którego przekątnej jest włączony integrator mający w pętli sprzężenia zwrotnego kondensator. Wyjście integratora jest połączone z wejściem bloku równoważącego, wyposażonego w wewnętrzny komparator, natomiast wyjście tego bloku jest połączone z przełącznikiem usytuowanym pomiędzy dwoma ramionami mostka, który z kolei jest połączony z odwracającym wejściem integratora. Drugie wyjście równoważącego bloku jest wyjściem pomiarowym.

Układ według wynalazku zapewnia uzyskanie liniowej funkcji przejścia, przechodzącej przez początek układu współrzędnych. Przykładowo, dla typowego mostka tensometrycznego, w którym rezystancje dwóch rezystorów w stanie zerowym mostka są równe, zaś pod wpływem działających sił jeden z tych rezystorów zwiększa swoją rezystancję, a drugi w takim samym stopniu zmniejsza swoją rezystancję pierwotnią wynik pomiaru jest liniową funkcją ilorazu zmiany rezystancji do rezystancji pierwotnej, a w konsekwencji dokładnie liniową zależnością od działających na mostek tensometryczny sił. Ponadto, opisany układ umożliwia uzyskanie wyniku pomiarowego w postaci cyfrowej, który dodatkowo jest niewrażliwy na zmiany napięcia zasilającego układ, a przy tym niewrażliwy na zmiany temperatury. Układ zapewnia uzyskanie bardzo wysokiej stabilności przetwarzania, a tym samym dużej dokładności prowadzonych pomiarów.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku przedstawiającym schemat ideowy układu do pomiaru zmian rezystancji.

Ujawniony układ ma konfigurację czteroramiennego mostka rezystancyjnego utworzonego z rezystorów R1, R2 oraz R3 i R4, pomiędzy którymi jest włączony przełącznik 5. Układ jest zasilany napięciem stałym doprowadzonym do zacisków 6 i 7. Przełącznik 5 jest połączony z odwracającym wejściem usytuowanego w przekątnej 8-9 mostka integratora 10 w postaci operacyjnego wzmacniacza, w którego pętli sprzężenia zwrotnego jest usytuowany kondensator 11. Wyjście integratora 10 jest połączone z wejściem równoważącego bloku 12 z wewnętrznym komparatorem, natomiast wyjście 13 bloku 12 jest połączone z przełącznikiem 5, a drugie wyjście 14 tego bloku jest wyjściem pomiarowym.

Po przyłożeniu do zacisków 6, 7 układu stałego napięcia zasilającego zwiera się bezprądowo przekątną 8-9 mostka rezystancyjnego R1-R4 przy odłączonym na określony czas ramieniu R3, w którym to czasie ładuje się kondensator 11. Na wyjściu integratora 10 pojawia się napięcie proporcjonalne do napięcia na kondensatorze 11, a tym samym do ilości zgromadzonego przez niego ładunku. Wejście równoważącego bloku 12 jest wyposażone w wewnętrzny komparator, wskutek czego przełączanie tego bloku 12 następuje przy określonym napięciu progowym. Pojawiające się na wyjściu 13 bloku 12 impulsy przełączają przełącznik 5 tak, że teraz przyłącza on uprzednio odłączone ramię R3 i równocześnie odłącza ramię R4 mostka R1-R4, przy czym przełącznik 5 w każdym z dwóch możliwych stanów pozostaje przez czas ściśle odpowiadający cyklom ładowania lub odpowiednio rozładowywania kondensatora 11. Częstotliwość przełączania przełącznika 5 na czas jednego z możliwych położeń, określony parametrami równoważącego bloku 12, jest zależna od szybkości zmian

177 467 napięcia na kondensatorze 11. W przypadku, w którym porcja ładunku zgromadzona przez kondensator 11 podczas jego ładowania równoważy się z ładunkiem traconym podczas jego rozładowywania w jednym cyklu, mierzy się różnicę czasów przyłączenia dołączanych naprzemiennie gałęzi R3. R4 mostka R1-R4, natomiast w przypadku, w którym bilans energetyczny ładunku kondensatora 11 równoważy się po wielu cyklach przełączeń przełącznika 5, miernikiem częstotliwości przyłączonym do wyjścia 14 bloku 12 mierzy się różnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością przełączania gałęzi R3, R4 i częstotliwością określoną uprzednio dla zadanej porcji rezystancji R3, R4 w przełączanych gałęziach, a na podstawie tą drogą otrzymanego wyniku pomiaru określa się wielkość względnej zmiany rezystancji R rezystorów usytuowanych w gałęziach R1 i R2 mostka R1-R4.

Ujawniony układ znajduje zastosowanie przy wszelkich pomiarach, w których wielkością wyjściową czujnika pomiarowego jest względna zmiana rezystancji, zwłaszcza przy pomiarach ciśnienia, siły, masy lub innych pomiarach, w których czujnik pomiarowy tworzy co najmniej jedna para tensometrów.

Przykładem realizacji wynalazku jest ciśnieniomierz cyfrowy, w którym czujnik ciśnienia jest wyposażony w dwa rezystory o jednakowej rezystancji R przy ciśnieniu o wartości p = 0, usytuowane w gałęziach R1 i R2. Gdy ciśnienie zmienia swoją wartość o dp, to rezystancja umieszczona w gałęzi R2 zwiększa swoją wartość o dR, natomiast wartość rezystancji usytuowanej w gałęzi R1 zmniejsza się również o taką samą wartość dR. Zatem jakiejkolwiek zmianie ciśnienia o dp odpowiada zmiana rezystancji względnej o wartość dR/R. Jeżeli w przełączanych gałęziach R3, R4 mostka umieści się rezystory o jednakowej wartości rezystancji, to różnica czasów dołączenia tych gałęzi lub różnica częstotliwości na wyjściu 14 układu będzie liniowo proporcjonalna do dR/R, a zatem w konsekwencji do zmiany ciśnienia o dp.

Departament Wydawnictw UPRP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób pomiaru zmian rezystancji z wykorzystaniem czteroramiennego mostka rezystancyjnego, polegający na tym, że zwiera się bezprądowo przekątną mostka, a następnie odłącza się jedno z ramion mostka na określony czas, w którym gromadzi się porcję ładunku w przekątnej mostka, po czym dołącza się to ramię na czas, w którym doprowadza się do rozładowania określonej porcji ładunku zgromadzonego uprzednio w przekątnej mostka, znamienny tym, że określa się odpowiadającą stanowi początkowemu proporcję dwóch rezystancji, których wartość zmienia się w czasie pomiaru, natomiast równocześnie z dołączeniem pierwotnie odłączonego ramienia mostka, odłącza się inne jego ramię na czas, w którym doprowadza się do rozładowania określonej porcji ładunku zgromadzonego uprzednio w przekątnej mostka, aż do momentu uzyskania zrównoważenia ładunku w jego przekątnej, przy czym jednocześnie mierzy się zmianę różnicy czasów dołączenia naprzemiennie przyłączanych gałęzi mostka w stosunku do różnicy tych czasów w stanie początkowym dla stanu, w którym bilans energetyczny kondensatora równoważy się w jednym cyklu pomiarowym lub w przypadku, w którym bilans energetyczny kondensatora równoważy się w więcej niż jednym cyklu przełączania naprzemiennie dołączanych gałęzi mostka, mierzy się różnicę częstotliwości pomiędzy częstotliwością przełączania gałęzi mostka i częstotliwością określoną uprzednio dla zadanej proporcji rezystancji w przełączanych gałęziach mostka, odpowiadającą stanowi początkowemu, a na podstawie tak otrzymanego wyniku pomiaru określa się wielkość względnej zmiany rezystancji.
2. 2. Układ do pomiaru zmian rezystancji z mostkiem rezystancyjnym, w którego przekątnej jest włączony integrator mający w pętli sprzężenia zwrotnego kondensator, a wyjście integratora jest połączone z wejściem bloku równoważącego, znamienny tym, że wyjście (13) równoważącego bloku (12) jest połączone z przełącznikiem (5) usytuowanym pomiędzy dwoma ramionami (R3, R4) mostka (R1-R4), który jest przyłączony do odwracającego wejścia integratora (10).