Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 01.06.1973 Opis patentowy opublikowano: 31.05.1975 76168 KI. 21e,27/00 MKP GOlr 27/00 |a*DJPi li-;' YIN131AZD Twórcy wynalazku: Slawoj Gwiazdowski, Wieslaw Mulak Uprawniony z patentu tymczasowego: Politechnika Warszawska, Warszawa (Polska) Uklad pomiarowy czujników rezystancyjnych Przedmiotem wynalazku jest uklad pomiarowy czujników rezystancyjnych, o charakterystyce za¬ równo liniowej jak i nieliniowej, jak na przyklad czujników termistorowych, tensometrów itp.Dotychczas do pomiaru rezystancji czujników sto¬ sowane byly uklady mostkowe, zarówno staloprado- we na przyklad mostek Wheastone'a jak i zmienno¬ pradowe na przyklad mostek róznicowy, de Sau- ty'ego i inne. Wada ukladów mostkowych jest ko¬ niecznosc zastosowania wysokostabilnych elemen¬ tów, a zwlaszcza rezystorów. Niestabilnosc tych elementów powoduje powazne bledy pomiarowe.Ponadto mostki stalopradowe i cztero lub wiecej galezne mostki zmiennopradowe nie pozwalaja na jednoczesne uziemienie jednego bieguna zródla za¬ silania i bieguna czujnika rezystancyjnego. Skut¬ kiem tego, zwlaszcza przy pomiarach wielopunkto- wych, gdzie stosuje sie wielka ilosc czujników, ko¬ nieczne jest uzycie wielu zródel zasilania, a ponadto utrudniane jest elektroniczne przetwarzanie sygna¬ lu pomiarowego, gdyz kazdy czujnik wymaga albo osobnego zródla zasilania mostka, albo osobnego zródla zasilania ukladów elektronicznych przetwa¬ rzajacych sygnal pomiarowy.Ponadto wystepujace prady bladzace wytwarzaja w tym przypadku powazne bledy przypadkowe.Mostek róznicowy umozliwia wprawdzie uziemienie zarówno jednego bieguna wspólnego generatora za¬ silajacego wszystkie czujniki, jak i jednego z bie¬ gunów czujnika, ale w tym przypadku pomiar za- 10 15 30 klócony jest indukcyjnoscia i pojemnoscia przewo¬ dów doprowadzajacych sygnal z czujnika pomiaro¬ wego oraz przez szkodliwe sprzezenia indukcyjne i pojemnosciowe miedzy poszczególnymi czujnikami.Zaklócenia te, zwlaszcza w przypadku dlugich po¬ laczen, co ma miejsce w przemyslowych pomiarach technologicznych, sa bardzo znaczne, tak ze czesto stosuje sie dla odseparowania czujników osobne zródla zasilania o innej czestotliwosci pracy, co w przypadku pomiaru wielopunktowego na przyklad za pomoca kilkudziesieciu czujników, bardzo roz¬ budowuje i podraza uklad. Ponadto w ukladach mostkowych linearyzacja sygnalu w funkcji para¬ metru mierzonego czujnikiem nieliniowym na przy¬ klad linearyzacja sygnalu w funkcji temperatury mierzonej termistorem nastrecza duze trudnosci, gdyz konieczne jest wówczas stosowanie nielinio¬ wych wzmacniaczy korekcyjnych, co równiez zwieksza koszt ukladu i zmniejsza jego niezawod¬ nosc.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu po¬ miarowego czujników rezystancyjnych, pozbawio¬ nego wad i niedogodnosci znanych ukladów most¬ kowych.Wytyczony cel spelnia uklad, w którym jeden z biegunów generatora impulsowego, generujacego fale prostokatna o stalej czestotliwosci, stalej am¬ plitudzie oraz stalym wypelnieniu, polaczony jest z anoda diody, której katoda polaczona jest poprzez kondensator z drugim z biegunów tego generatora. 7616876168 3 Jednoczesnie katoda tej diody polaczona jest z ano¬ da drugiej diody, której katoda polaczona jest po¬ przez kondensator integracyjny z anoda pierwszej diody. Równolegle do kondensatora integracyjnego dolaczony jest miernik napiecia oraz mierzony czuj¬ nik rezystancyjny.Rozwiazanie wedlug wynalazku pozwala na uzie¬ mienie jednego z biegunów generatora oraz jednego z biegunów mierzonego czujnika rezystancyjnego, a tym samym umozliwia zastosowanie wspólnego generatora w pomiarze wielopunktowym oraz eli¬ minuje bledy pomiarowe w przypadku gdy czujniki laczone sa z ukladem pomiarowym dlugimi prze¬ wodami. Poza tym uklad nie zawiera rezystorów, których niestabilnosc jest przyczyna znacznych uchybów pomiarowych. Dodatkowa zaleta ukladu wedlug wynalazku jest mozliwosc prostej lineary- zacji wskazan ukladu pomiarowego.Uklad wedlug wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu, fig. 2 — charakte¬ rystyke stalopradowa sygnalu wyjsciowego w funk¬ cji stalej czasu ukladu, zas fig. 3 — przykladowa charakterystyke rezystancji czujnika termistoro- wego.Na fig. 1 wyjscie generatora impulsowego GI ge¬ nerujacego fale prostokatna o stalej czestotliwosci, stalej amplitudzie i stalym wypelnieniu obciazone jest szeregowym polaczeniem kondensatora Cl i diody Dl. Równolegle do diody Dl dolaczono sze¬ regowe polaczenie diody D2 i kondensatora integra¬ cyjnego C2 tak, ze dioda D2, przewodzaca w prze¬ ciwnym kierunku niz dioda Dl, dolaczona jest do punktu polaczenia kondensatora Cl i diody Dl, a przeciwlegly biegun kondensatora C2 jest uzie¬ miony wraz z przeciwleglym biegunem diody Dl i generatora Gl.Do kondensatora C2 dolaczono woltomierz V mie¬ rzacy sygnal wyjsciowy i czujnik rezystancyjny CR.Generator GI laduje kondensatory Cl i C2 poprzez 4 diode D2, przy czym kondensator Cl na przemian ladowany jest z generatora GI przez diode D2 i rozladowywany w przeciwnych polówkach okresu przez diode Dl, natomiast kondensator C2 dolado- 5 wywany jest z generatora GI przez kondensator Cl i diode D2 do napiecia stalego, a rozladowywany jest przez czujnik rezystancyjny CR. Stale napiecie wyjsciowe mierzone woltomierzem V zalezy od cze¬ stotliwosci generatora, wartosci pojemnosci konden- 10 satora Cl i wartosci rezystancji czujnika CR przy warunku, ze pojemnosc kondensatora C2 jest wie¬ lokrotnie wieksza od pojemnosci kondensatora Cl, a rezystancja woltomierza V jest znacznie wieksza od rezystancji czujnika CR. Charakterystyka napie- 15 cia wyjsciowego w funkcji iloczynu pojemnosci Cl i rezystancji czujnika CR pokazana jest na fig. 2.Ksztalt tej charakterystyki zalezy od wartosci wspólczynnika wypelnienia sygnalu generatora GI i stosunku pojemnosci kondensatorów C2 i Cl. 20 Wartosc napiecia Um równa sie amplitudzie impul¬ su generatora. Nieliniowosc napiecia wyjsciowego w funkcji iloczynu pojemnosci kondensatora Cl i rezystancji czujnika CR umozliwia linearyzacje sygnalu wyjsciowego w funkcji wielkosci mierzo- 25 nej na przyklad temperatury, gdy charakterystyka rezystancji czujnika ma charakter w przyblizeniu hiperboliczny, jak to pokazano na fig. 3. PL PL