PL92490B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do pomiaru zmian rezystanqi, zwlaszcza przy uzyciu przetwornika analogowo-cyfrowego i modulatorów szerokosci impulsów. Urzadzenie wedlug wynalazku moze byc wykorzysty¬ wane do pomiarów dowolnych wielkosci fizycznych, których zmiany moga wywolac zmiany rezystanq'i.

W znanych miernikach cyfrowych cykl pomiarowy obejmuje zasadniczo otrzymanie sygnalu analogowego okreslajacego mierzona wielkosc oraz przetworzenie tego sygnalu analogowego na sygnal cyfrowy, przy uzyciu, przetwornika analogowo-cyfrowego.

Znane sa przetworniki analogowo-cyfrowe zawierajace modulator szerokosci impulsów opisany w publikacji H. Schmida „Modulator szerokosci impulsów", Electronics, 11 pazdziernika 1963 r. Przetworniki takie obejmuja integrator, na którego wejscie podawany jest sygnal, który ma zostac przetworzony, komparator dla porównywa¬ nia sygnalu wyjsciowego integratora z okresowym sygnalem odniesienia i wytwarzania prostokatnego sygnalu wyjsciowego jako wynik tego porównania, zespól wejsciowy dla selektywnego podawania do integratora sygnalu dodatniego lub ujemnego, zgodnie z prostokatnym sygnalem wyjsciowym komparatora, przy czym te sygnaly maja jednakowe amplitudy, oraz licznik przedzialów czasowych do okreslania zmiany wypelnienia prostokatne¬ go sygnalu wyjsciowego komparatora.

Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia do bezposredniego przetwarzania na sygnal cyfrowy zmian rezystanq'i, które reprezentuja zmiany mierzonej wielkosci fizycznej. Cel wynalazku osiagniety zostal przez to, ze w urzadzeniu wspólny wezel rezystora pomiarowego i rezystora wzorcowego jest uziemiony, a pozostale dwie kosówki dolaczone sa do wejscia integratora dla doprowadzania napiec z tych koncówek, oraz miedzy nieuziemiona koncówke rezystora wzorcowego i wejscie integratora, równolegle do wspomnianego polaczenia tej koncówki z wejsciem integratora, wlaczony jest przelacznik dla selektywnego doprowadzania do integratora, zgodnie z wyjsciowym sygnalem prostokatnym komparatora, odwróconego lub nieodwróconego napiecia z nieuziemionej koncówki rezystora wzorcowego.2 92 490 Korzystna cecha urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze zasilacz stalopradowy powinien miec dokladnosc wystarczajaca do utrzymania stabilnego sygnalu wyjsciowego tylko przez krótki przedzial czasowy odpowiadaja¬ cy jednemu cyklowi pracy integratora. W zwiazku z tym nie ma potrzeby stosowania stabilizowanego zródla napiecia odniesienia, które jest konieczne w znanych rozwiazaniach przetworników analogowo-cyfrowyclw Wykonanie precyzyjnego i stabilnego rezystora wzorcowego jest stosunkowo proste. Dodatkowe polepszenie wyników pomiarowych mozna uzyskac przez wybranie wartosci T okresu powtarzania napiecia odniesienia odpowiadajacej calkowitej wielokrotnosci okresu szumów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy ukladu wedlug wynalazku, fig. 2a, b — przebiegi sygnalów w ukladzie z fig. 1.

Uklad przedstawiony na fig. 1 obejmuje zasilacz stalopradowy E, rezystor szeregowy R1, rezystor pomiarowy Rt i rezystor wzorcowy Rs. Napiecie stale pochodzace z zasilacza E jest podawane do ukladu zawierajacego szeregowe polaczenie rezystorów R1, Rt i Rs. Wspólny wezel rezystorów Rt i Rs jest uziemiony.

Uklad obejmuje ponadto wzmacniacze separujace A1, A2, A3, kazdy o wzmocnieniu — 1, oraz przelacznik K.

» Rezystory' R3"i R4 maja jednakowe wartosci, a rezystor R5 ma wartosc mniejsza niz rezystory R3, R4. Do wspólnego wezla rezystorów R3, R4, R5 dolaczone jest wejscie wzmacniacza operacyjnego A4 o duzym wzmocnieniu z równolegle wlaczonym kondensatorem C. Rezystory R3, R4 i R5, kondensator C i wzmacniacz ' operacyjny A4 tworza integrator I. Na wejscie integratora I jest podawana suma algebraiczna spadku napiecia et na rezystorze pomiarowym Rt, spadku napiecia es na rezystorze wzorcowym Rs oraz napiecia podawanego za posrednictwem przelacznika K. To ostatnie napiecie moze miec wartosc +e, lub -e$. Przelacznik K jest sterowany sygnalem wyjsciowym komparatora H. Jedno wejscie komparatora H dolaczone jest do wyjscia integratora I, drugie do wyjscia generatora S napiecia piloksztaltnego, a wyjscie komparatora dolaczone jest do wejscia miernika czasu M. Generator S napiecia piloksztaltnego wytwarza napiecie piloksztaltne E8 o stalym okresie' i stalej amplitudzie. Komparator H porównuje napiecie wyjsciowe E10 integratora I z napieciem piloksztaltnym E6 i wytwarza sygnal wyjsciowy E7, który ma wartosc „1", gdy napiecie E10 jest wieksze od napiecia E6 i „0" gdy napiecie E10 jest mniejsze od napiecia E6.

Sygnal „1". wyjscia komparatora H przelacza przelacznik K w polozenie odpowiadajace zestykowi 1.

Sygnal „0" na wyjsciu komparatora H ustawia przelacznik K w polozenie odpowiadajace zestykowi 2. Miernik czasu M mierzy cyfrowo dlugosc impulsu sygnalu E7 wyjsciowego komparatora H.

Jezeli wartosc rezystora pomiarowego Rt jest wieksza od wartosci rezystora wzorcowego Rs, wtedy suma algebraiczna napiec et i ^ podawana na integrator I ma wartosc —/et—es/.

W przedziale tt zaznaczonym na fig. 2 na wejscie integratora I jest podawane napiecie o wartosci —/et—e^/ i napiecie wzorcowe o wartosci +es. Poniewaz wartosc rezystora R5 jest mniejsza od wartosci rezystorów R3 ixR4, suma wszystkich sygnalów wejsciowych integratora jest dodatnia. Wynika z tego, ze napiecie wyjsciowe E10 integratora I zmienia sie w kierunku wartosci ujemnych. W takich warunkach napiecie piloksztaltne E8 zmieniajace sie od maksymalnej wartosci ujemnej do maksymalnej wartosci dodatniej jest mniejsze od napiecia wyjsciowego E10 integratora I tak, ze komparator wytwarza sygnal wyjsciowy o wartosci ttv\, który utrzymuje przelacznik K w polozeniu odpowiadajacym dodatniej wartosci +es napiecia wzorcowego. Gdy napiecie piloksztaltne E6 przewyzszy napiecie wyjsciowe E10 integratora, sygnal wyjsciowy E7 komparatora H jest sprowadzany do wartosci „0" i przelacznik K jest przelaczany w polozenie odpowiadajace ujemnej wartosci —e, napiecia wzorcowego. Wówczas do integratora I podawane sa sygnaly wejsciowe o wartosciach -e* i -/et—e,/, a sygnal wyjsciowy E10 integratora I zmienia sie w kierunku wartosci dodatnlach. Dotyczy to przedzialu t2 na fig. 2.« W przedziale t2 szybkosc narastania sygnalu wyjsciowego E10 integratora jest wieksza niz szybkosc opadania tego sygnalu w przedziale ti.

Jednakze szybkosc narastania sygnalu w przedziale ta nie przekracza szybkosci narastania napiecia piloksztaltnego E6. Gdy napiecie piloksztaltne E6 osiagnie wartosc maksymalna, zostaje skokowo przelaczone do maksymalnej wartosci ujemnej. Tak wiec napiecie piloksztaltne E6 ponownie staje sie mniejsze od wyjsciowego poziomu napieciowego E10 integratora i sygnal wyjsciowy komparatora H przyjmuje wartosc „1", która przelacza przelacznik K w polozenie odpowiadajace wartosci +es napiecia wzorcowego. • Wyzej opisana operacja jest powtarzana w kazdym okresie napiecia piloksztaltnego E6. Sygnal wyjsciowy E7 komparatora H ma przebieg prostokatny, odpowiadajacy zmianom znaku napiecia wzorcowego 6$. Przebieg E7 przedstawia fig. 2b. Jezeli opisana wyzej operacja jest powtarzana okresowo, wtedy srednia wartosc sygnalu wejsciowego komparatora H za jeden okres napiecia piloksztaltnego E6 ma wartosc zero, jak przedstawiono to w nastepujacym równaniu:92 490 3 gdzie R3 s R4. Z równania (1) mozna wyprowadzic nastepujace zaleznosci: *• (et - es) R3 t! - ta (2) • jgdzie: et - Rt • i eg » Rs • i R3 -K (stala), R4 • oraz, przy zalozeniu, ze okres napiecia piloksztaltnego wynosi T: T 2 T tom-~x* 2 Równanie (2) mozna wiec zapisac w postaci: [Rt 1 2tx r 1 «K— (3) LRs J T Jezeli wartosc rezystora R3 jest równa wartosci Rt w temperaturze odniesienia (np. 0°C), to lewa strona równania (3) jest proporqonalna do temperatury rezystora Rt. Wielkosci K i T wystepujace po prawej stronie równania sa stale, wiec dlugosc przedzialu czasowego tx jest równiez proporcjonalna do tej temperatury.

Wynika z tego, ze sygnal cyfrowy okreslajacy zmiane wartosci, rezystancji Rt, wywolana na przyklad zmiana temperatury otoczenia rezystora temperaturowego otrzymuje sie przez cyfrowy pomiar odchylenia szerokosci impulsu sygnalu wyjsciowego z komparatora H od wartosci T/2, realizowany przez miernik czasu M.

W celu wykonania pomiaru róznicy rezystancji miedzy danym rezystorem Rx a rezystorem wzorcowym Rs umieszcza sie rezystor Rx w miejscu rezystora temperaturowego Rt.

# ) Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 10 zl

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Urzadzenie do pomiaru zmian rezystancji, zwlaszcza przy uzyciu przetwornika analogowo-cyfrowego z modulatorem szerokosci impulsów, obejmujace rezystor pomiarowy i rezystor wzorcowy, polaczone szeregowo dla zapewnienia takiego samego przeplywu pradu przez te dwa rezystory, integrator, którego sygnal wejsciowy, jest sygnalem przetwarzanym, komparator dla porównywania sygnalu wyjsciowego integratora z sygnalem odniesienia i wytwarzania prostokatnego sygnalu wyjsciowego jako wyniku tego porównania, zespól wejsciowy dla selektywnego podawania do integratora, zgodnie z wartoscia sygnalu prostokatnego z komparatora, sygialu dodatniego lub ujemnego o jednakowych amplitudach, oraz licznik do okreSania zmiany wypelnienia tego sygnalu prostokatnego, znamienny tym, ze wspólny wezel rezystora pomiarowego (Rt) i rezystora wzorcowego (Rs) jest uziemiony, a pozostale dwie koncówki tych rezystorów^ dolaczone sa do wejscia integratora (I) dla doprowadzania napiec z tych koncówek oraz miedzy uziemiona koncówke rezystora wzorcowego (Rs) i wejscie integratora (I), równolegle do wspomnianego polaczenia tej koncówki z wejsciem integratora, wlaczony jest przelacznik (K) dla selektywnego doprowadzania do integratora (I), zgodnie z wyjsciowym sygnalem prostokatnym (E7) komparatora (H), odwróconego lub nieodwróconego napiecia z nleuziomionej koncówki rezystora wzorcowego (Rs). ¦92 490 * FIG. I r-^HF-B>- Ra -W—i R4 -^ A2- R5 , (+•») Ti K M,\ E7 M F/J. £0 Xn FIG.2b + Rs ¦taH -T/2- i-v -trl-HH o ME7) -fet-**