SU1185252A1

SU1185252A1 - Apparatus for measuring the incriment of resistance

Info

Publication number: SU1185252A1
Application number: SU833661557A
Authority: SU
Inventors: Вадим Викторович Родионов; Владимир Анастасьевич Маглыш
Priority date: 1983-11-09
Filing date: 1983-11-09
Publication date: 1985-10-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее измерительный мост, три плеча которого образованы резисторами, а четвертое - зажимами дл подключени измер емого резистора, источник напр жени , первый вывод которого через первый резистор подключен к первому зажиму дл подключени измер емого резистора, а через второй резистор подключен к первому входу усилител разбаланса и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму зажиму дл подключени измер емого резистора и к выходу инвертирующего усилител , первый вход которого подключен к второму входу усилител разбаланса и к третьему зажиму дл подключени измер емого резистора, второй вход инвертирующего усилител и второй вывод источника напр жени пoдкJBoчeны к общей шине устройства отличающеес тем, что, с целью повышени точности измерени , в него введены неинвертирующий уси§ йитель, четвертьй и п тый резисторы, (Л причем четвертый резистор подключен между первым входом усилител разбаланса и выходом неинвертирующего усилител , вход которого подключен к первому зажиму дл подключени измер емого резистора а п тый резистор подключен между входом и выходом нех инвертирующего усилител , выход усиУ1 лител разбаланса соединен с выходной клеммой устройства. ю :л юA DEVICE FOR MEASURING THE INCREASE OF RESISTANCE, containing a measuring bridge, the three arms of which are formed by resistors, and the fourth by clamps for connecting the measured resistor, the voltage source, the first output of which is connected to the first terminal for connecting the measured resistor, and through the second resistor connected to the first input of the unbalance amplifier and to the first output of the third resistor, the second output of which is connected to the second terminal for connecting the measured resistor and to the output of the inverter A tamping amplifier, the first input of which is connected to the second input of the unbalance amplifier and to the third terminal for connecting the measured resistor, the second input of the inverting amplifier and the second output of the voltage source are connected to the common bus of the device, in order to improve the measurement accuracy a non-inverting amplifier, a quarter and a fifth resistors are introduced (L and the fourth resistor is connected between the first input of the unbalance amplifier and the output of the non-inverting amplifier whose input is connected a first terminal for connecting the measured resistor and a fifth resistor connected between input and output of the inverting amplifier neh, usiU1 output divisor unbalance is connected to the output terminal of the device. yu: lu

Description

Изобретение относитс к электроизмерительной технике и может быть использовано при дистанционном измерении приращени сопротивлени , например, при измерении температуры, The invention relates to electrical measuring equipment and can be used in the remote measurement of the increment of resistance, for example, in measuring the temperature,

Цель изобретени - повышение точности измерени путем уменьшени вли ни сопротивлений трехпроводной линии подключени измер емого резистора .The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by reducing the effect of the resistances of a three-wire line connecting a measuring resistor.

На чертеже представлена функциональна схема устройства.The drawing shows the functional diagram of the device.

Устройство дл измерени приращени сопротивлени содержит источник 1 напр жени , резистивный мост 2, измер емый резистор 3, усилитель 4, разбаланса, инвертирующий усилитель 5, первый зажим 6 дл подключени резистора 3, второй зажим 7 дл подключени резистора 3, третий зажим 8 длч подключени резистора 3, выходную клемму 9 устройства, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы , резистор 14 усилител 4, неинвертирующий усилитель 15, п тый резистор 16, резисторы 17 и 18 неинвертирующего усилител 15.A device for measuring the increment of the resistance contains a voltage source 1, a resistive bridge 2, a measuring resistor 3, an amplifier 4, an imbalance, an inverting amplifier 5, a first terminal 6 for connecting a resistor 3, a second terminal 7 for connecting a resistor 3, a third terminal 8 for connecting resistor 3, device output terminal 9, first 10, second 11, third 12 and fourth 13 resistors, resistor 14 amplifier 4, non-inverting amplifier 15, fifth resistor 16, resistors 17 and 18 of non-inverting amplifier 15.

I г, Первый вывод источника 1 напр жени подключен к диагонали питани резистивного моста 2 и через первьй резистор 10 подключен к первому зажиму 6 измер емого резистора 3, а через второй регистор 11 подключен к первому входу усилител 4 разбаланса, первый вход которого через третий резистор 12 подключен к второму зажиму 8 измер емого резистора 3 и к выходу инвертирующего усилител 5, первый вход которого подключен к второму входу усилител 4 разбаланса и к третьему зажиму 7 измер емого резистора 3, второй вход инвертирующего усилител 5 и второй вывод источника 1 напр жени подключены к общей шине устройства, п тый резистор 16 подключен между входом и выходом неинвер тирующего усилител 15, четвертый резистор 13 подключен между первым входом усилител 4 разбаланса и выходом неинвертирующего усилител 15, вход которого подключен к первому токовому зажиму 6 измер емого резистора 3.I g. The first output of the voltage source 1 is connected to the supply diagonal of the resistive bridge 2 and through the first resistor 10 is connected to the first terminal 6 of the measuring resistor 3, and through the second register 11 is connected to the first input of the unbalance 4, the first input of which is through the third resistor 12 is connected to the second terminal 8 of the measured resistor 3 and to the output of the inverting amplifier 5, the first input of which is connected to the second input of the unbalance amplifier 4 and to the third terminal 7 of the measuring resistor 3, the second input of the inverting amplifier 5 and the second The output of the voltage source 1 is connected to the common bus of the device, the fifth resistor 16 is connected between the input and output of the non-inverting amplifier 15, the fourth resistor 13 is connected between the first input of the unbalancing amplifier 4 and the output of the non-inverting amplifier 15, whose input is connected to the first current terminal 6 measured resistor 3.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Питание моста обеспечиваетс источником 1, например, переменного пр моугольного напр жени , поэтому используемые ниже дл краткости термины напр жение и ток означают переменную составл ющую напр жени и переменную составл ющую тока.The power supply to the bridge is provided by a source 1, for example, of an alternating rectangular voltage, therefore the terms voltage and current used below for brevity mean the variable component of the voltage and the variable component of the current.

Напр жение одного зажима измерительной диагонали моста 2, к которому подключен первый вход инвертирующего усилител 5, поддерживаетс зтим усилителем близким к нулю (относительно общей шины устройства), что обеспечивает отсутствие синфазного сигнала на втором входе усилител 4 разбаланса.The voltage of one clamp of the measuring diagonal of the bridge 2, to which the first input of the inverting amplifier 5 is connected, is maintained by this amplifier close to zero (relative to the common bus of the device), which ensures that there is no common signal on the second input of the unbalance amplifier 4.

Напр жение на втором зажиме измерительной диагонали моста 2, подключенном к первому входу усилител 4 разбаланса, поддерживаетс этим усилителем также близким к нулю за счет отрицательной обратной св зи с его выхода на его первый вход.The voltage at the second terminal of the measuring diagonal of the bridge 2, connected to the first input of the unbalance amplifier 4, is also maintained close to zero by this amplifier due to negative feedback from its output to its first input.

Это обеспечивает линеййое преобразование приращени сопротивлени измер емого резистора 3 в напр жение, поступающее на выходную клемму 9.This provides a linear transformation of the increment of resistance of the measured resistor 3 to the voltage supplied to the output terminal 9.

Предположим первоначально, что сопротивлени зажимов 6 и 8 равны нулю. Тогда входное-напр жение неинвертирукщего усилител 15 равно нулю , как и его выходное и токи через резисторы 13 и 16 не протекают.Suppose initially that the resistances of the clamps 6 and 8 are zero. Then the input-voltage of the non-inverting amplifier 15 is zero, as well as its output and currents do not flow through the resistors 13 and 16.

Если входные сопротивлени и коэффициенты усилени в разомкнутом состо нии, используемых усилителей достаточно велик и, -то напр жение и на клемме 9в сЬответствии с изОЬлIf the input resistances and the gains in the open state, the amplifiers used are large enough and, that is, the voltage on terminal 9 as well with the isolator.

ложенным будетwill be false

.l5l 5iLlE iBjll с 11.l5l 5iLlE iBjll from 11

DоГУ DOG

li li

где и - напр жение источника 1, Rj - сопротивление измер емого резистора 3,where and is the source voltage 1, Rj is the resistance of the measured resistor 3,

10 «„ сопротивлени резисторов 10, 11-, .12 и. 14.10 "" resistors 10, 11-, .12 and. 14.

Из формулы (1) видно, что выходное напр жение пропорционально приращению измер емого резистора.It can be seen from formula (1) that the output voltage is proportional to the increment of the measured resistor.

Предположим, что сопротивлени Rg и Rg зажимов 6 и 8 отличны от нул . Компенсаци падени напр жени на первом зажиме 6 осуществл етс с использованием положительной обратной св зи в усилителе 15 путем подачи дополнительного тока с выхода усилител 15 через п тый резистор 16 так, что ток через зажим 6 и через измер емьй резистор 3 не зависит от сопротивлени зажима 6. Это обеспечиваетс при ,, (К-1). где К - коэффициент усилени усилител 15. Компенсаци падени напр жени н втором зажиме 8 осуществл етс путем подачи компенсирующего тока через четвертый резистор 13 в другую ветв моста. Падение напр жени на втором зажиме 8 искажает информацию о величине сопротивлени измер емог резистора 3, вызыва дополнительньй ток 41 через резистор 2 л1 ,. Дл того, чтобы вызванное этим увеличение тока через резистор 12 не привело к изменению выходного на пр жени усилител 4, необходимо на первьй вход этого усилител подать ток такой же величины, но с обратным знаком.. При этом сопротивление резис тора 13, очевидно, должно быть Ujjy где и,г - напр жение на выходе усили тел 15. При одинаковом сопротивлении зажимов 6 и 8 получим 1,KR Таким образом, при трехпроводной линии подключени и при известном соотношении сопротивлений токовых выводов осуществл етс компенсаци падени напр жени на втором зажиме 8. Устройство может быть использова но при измерении на переменном токе , например, как в прототипе. Повышение точности измерени осу ществл етс за счет меньшей погрешности из-за конечного коэффициента ослаблени синфазного сигнала, так как на входах усилителей 4 и 5 синфазный сигнал отсутствует, а на вхо де усилител 15 сигнал пропорционал только падению напр жени на первом токовом зажиме и не зависит от паде ни напр жени на измер емом резисторе (и на втором зажиме). Составл юща погрешность измерени , определ ема погрешностью компенсации зажимов 6 и 8, пропорциона на отношению Rj/Rj. Кроме того, отн сительна погрешность компенсации первого зажима 6 пропорциональна от клонени м резисторов 16, 17 и 18 от расчетных значений, а также пропорциональна отношению R:i/R o5 а относительна погрешность компенсации второго зажима 8 зависит от отклонений резисторов 13, 17 и 18. Дл часто встречакицегос случа , когда RID Ra и одинаковьм относительной погрешности сд резисторов 13, 16, 17 и 18, погрешность компенсации первого зажима 6 в R „/R раз меньше, чем второго зажима 8, и поэтому может не учитыватьс . С этой точки зрени зажим 6 представл ет собой лишь меру сопротивлени зажима 8, по величине которого и компенсируетс сопротивление зажима 8. I Возможно использование данного устройства на посто нном токе с учетом дополнительных факторов. Смещение нулевого уровн усилителей 5 и 15 (в худшем случае их сумма) может вызвать дополнительный ток в обеих ветв х моста. Смещение нулевого уровн усилител 4 вызовет дополнительное изменение тока в ветв х моста. Причем, если обеспечить условие (2) - частична компенсаци уходов резисторов 17, 18 и суммы - дл худшего случа - смещений нулевых усилителей 5 и 15, то величина четвертого резистора (резистор 13) получаетс близкой к величине резистора 12 и ,1-2 (при ), что увеличивает ток через резистор 13 из-за смещени нулевого уровн усилител 4. Если это недопустимо, то необходимо выбирать К большим и приближать значение резистора 10 к резистору 3, что приведет к увеличению резисторов 13 и 16 и уменьшит вли ние смещени нулевого уровн усилител 4 и обеспечит почти на пор док меньшую погрешность, обусловленную схемой кo meнcaции. Таким образом, предлагаемое устройство может быть применено дл измерени приращений температуры, например , в преобразователе приращени сопротивлени в период, а также дл измерени приращени температуры при безбарокамерном методе контрол герметичности по спаду давлени , точность которого в значительной степени определ етс точностью измерени приращений температуры за врем зачетной паузы, так как приращение температуры внутри контSuppose that the resistances Rg and Rg of clamps 6 and 8 are different from zero. The voltage drop at the first terminal 6 is compensated using positive feedback in the amplifier 15 by applying additional current from the output of the amplifier 15 through the fifth resistor 16 so that the current through terminal 6 and through the measuring resistor 3 does not depend on the terminal resistance 6. This is provided by, (K-1). where K is the gain of the amplifier 15. The voltage drop is compensated on the second terminal 8 by applying a compensation current through the fourth resistor 13 to another branch of the bridge. The voltage drop at the second terminal 8 distorts the information about the magnitude of the resistance of the measurement of the capacitor 3, causing an additional current 41 through the resistor 2 L1,. In order that the increase in current through resistor 12 caused by this does not lead to a change in the output voltage of the amplifier 4, it is necessary to apply a current of the same magnitude to the first input of this amplifier. However, the resistance of the resistor 13 must obviously be Ujjy where u, r is the voltage at the output of the forces of the bodies 15. With the same resistance of the clamps 6 and 8, we get 1, KR Thus, with the three-wire connection line and with the known ratio of the resistance of the current outputs, the voltage drop at the second behind is compensated Press 8. The device can be used when measuring with alternating current, for example, as in the prototype. The measurement accuracy is improved due to the smaller error due to the final common mode attenuation coefficient, since there is no common mode signal at the inputs of amplifiers 4 and 5, and at the input of amplifier 15 the signal was proportional to the voltage drop at the first current terminal and does not depend no voltage across the measuring resistor (and the second terminal). The component of the measurement error, determined by the compensation error of the clamps 6 and 8, is proportional to the ratio Rj / Rj. In addition, the relative error of compensation of the first clamp 6 is proportional to the slopes of resistors 16, 17 and 18 from the calculated values, and also proportional to the ratio R: i / R o5 and the relative error of compensation of the second clamp 8 depends on the deviations of the resistors 13, 17 and 18 For the often occurring case when RID Ra and the same relative error of resistors 13, 16, 17 and 18, the compensation error of the first clamp 6 is R times less than the second clamp 8, and therefore may not be taken into account. From this point of view, the clamp 6 is only a measure of the resistance of the clamp 8, the magnitude of which compensates the resistance of the clamp 8. I It is possible to use this device with direct current taking into account additional factors. Offset of the zero level of amplifiers 5 and 15 (in the worst case, their sum) can cause additional current in both branches of the bridge. The offset of the zero level of amplifier 4 will cause an additional change in the current in the branches of the bridge. Moreover, if condition (2) is ensured - partial compensation of the outputs of resistors 17, 18 and the sum — for the worst case — of zero amplifier amplifiers 5 and 15, then the value of the fourth resistor (resistor 13) is obtained close to the value of resistor 12 and 1-2 ( when), which increases the current through the resistor 13 due to the zero offset of the amplifier 4. If this is unacceptable, it is necessary to choose K large and bring the value of the resistor 10 to the resistor 3 closer, which will increase the resistors 13 and 16 and reduce the effect of the zero offset level 4 amplifier and will provide almost and the order of a lower error due scheme Co. mencatsii. Thus, the proposed device can be used to measure temperature increments, for example, in a resistance increment converter during a period, as well as to measure temperature increments with a pressure-free chamber pressure drop monitoring method, the accuracy of which is largely determined by the accuracy of measuring temperature increments over time. valid pause, since the temperature increment inside the contact

Claims

DEVICE FOR MEASURING RESISTANCE ACTION, comprising a measuring bridge, three arms of which are formed by resistors, and a fourth by terminals for connecting the measured resistor, a voltage source, the first terminal of which is connected through the first resistor to the first terminal for connecting the measured resistor, and through the second resistor is connected to the first the input of the unbalance amplifier and to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the second terminal for connecting the measured resistor and inverting of its amplifier, the first input of which is connected to the second input of the unbalance amplifier and to the third terminal for connecting the measured resistor, the second input of the inverting amplifier and the second output of the voltage source are connected to the device’s common bus, which, in order to increase the measurement accuracy, non-inverting an amplifier, fourth and fifth resistors, the fourth resistor connected between the first input of the unbalance amplifier and the output of a non-inverting amplifier, the input of which is connected to the first terminal To connect the measuring resistor ^ a fifth resistor connected between input and output neinvertirukitsego amplifier imbalance output of the amplifier is connected to the output terminal of the device.