SU1619184A1 - Устройство дл измерени приращени сопротивлени - Google Patents

Abstract

изобретение отчоси-гс  к зпелтри- измерительной технике и может быть -использовано дл  измерени  изменени , например; температуры окружаюцей среды или гидростатического давлени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности и увеличение оыстродействи  измерени  за счет уменьшени  вли ни  дрейфа усилителей сигнала разбаланса . Устройство содержит резистивлый мост, усилитель с дифференциальными входам и вкчо  ч:ш, оуферный усилитель , интегра-. с-р, компаратор, задат- чик калпброваш.ых нь.терзалов времени , измеригел (Зременш х интервалов, сеьь ключей. Новым в ycTsiufic 1пве  вл етс  введь ,-& усилите ле  с дифференциальными вхгти и г ькодам(1 и .OiiOjjHHrtviMb i. ь их св з;; i остальнш п 3. raiu с скы, «то позвол ет хь npv lit. изме рени , при КОТОРОМ за пориог г змере- , состо и.чк ис двух пс. ичдов зар да, гавн,|Х , .ерисдчь разр да t,.. и 2,., к двух годготоргтель- 1г /л ../v л ных -периодов, раткых t - t,(1 и И2 суммарное воздейс1 и,,г на |;н сгратор напр жени  дтейЛа Ai.HOJijD.renbHcrc- З силител  раг,чо нугчо .Ipeiii.; буферного усилител  не оказывает существенного на точность измерени 5 так как коэффициент усилени  его равен единице. 2 ил. до

Description

Изобрстение относитс  к электроизмерительной технике л может быть использовано дл  измерени приращени  сопротивлени , пропорционального изменению, например, температуры окружающей среди иди гидростатического давлени .

Цель изобретени  - повышение точности и увеличение быстродействи  измерени  малых приращений сопротив- лени« за счет снижени  вли ние дрейфа усилительной цепи сигнала разбаланса и за счет независимости изчерительного периода от отношени  сопротивлени  к его прираценьюа

На фиг.1 представлена блок-схема ус гройства дл  измерени  приращени  сопротивлени ; ка - временные диаграммы напр жений.

Устройство содержит источник 1 посто нного напр жени , резистивиый- мост 2, образованный посто нными резисторами 3 - 6 и переменным резистором 7, приращение сопротивлени  которого измер етс  выходы ключей 8 - 10, соединены с входом усшгател  11, выходы которого через ключи 12 15 соединены с последовательной цепью, состо щей из буферного усилител  16, интегратора 17, компаратора 18, задатчика 19 калиброванных интервалов времени, выходы которого соединены с управп ющими входами ключей 8-10и12-15и измерител  20 временных интервалов,,Ю

Устройство работает следующим образом

- Работой устройства управл ет за- датчик 19, который, в определенной последовательности коммутиру  ключи J5 -10и12-15, организует периоди- -/ ческий процесс зар да - разр да конденсатора в интеграторе 17. Измерение приращени  сопротивлени  резистора 7 происходит на период и , сое- 20 то щий из четырех равных промежутков времени (калиброванных интервалов времени) 1 , 02 °з 4-с Ъ

+ 4fc. В период времени йц задатчик

Ј Ј, + ёгУё

19

25

замыкает ключи 9, 13 и 14 и размыкает ключи 8, 10, 12 и 15, При этом разность потенциалов между точками а и с резистивного моста 2 Uao, усиленна  усилител ми 11 и 16 до напр жени  U-japt (фиГо2а), вызывает линейное увеличение напр жени  отрицательной пол рности на выходе интегратора 17 до величины U,j (фиг„2б),

По окончании периода u задатчик 19 замыкает ключи 8, 12 и 15 размыкает ключи 9, 13 и 14. При этом разность потенциалов точек b и с резистивного моста 2 (UBO), усиленна  усилител ми 11 и 16 до напр жени  -Up вызывает линейное уменьшение - напр жени  отрицательной пол рности на выходе интегратора 17.

В момент равенства напр жени  на выходе интегратора порогу срабатывани  компаратора задатчик 19 замыкает ключи 10, 13 и 14 и размыкает ключи 8, 12 и 15. При этом вход усилител  11 закорочен, напр жение на выходе интегратора 17 до окончани  периода $2. остаетс  посто нным, если отсутствует дрейф усилителей 11 и 16 (фиг.26). Л В период времени о, задатчик 19 замыкает ключи 9, 12 и 15 и размыкает ключи 10, 13 и 14о При этом разность потенциалов ре,зистивного моста 2Uac, усиленна  до напр жени  - . вызывает линейное возрастание напр 40

45

50

55

30

35

жеь.к  положительной пол рности на выходе интегратора 17 до напр жени 

V

По окончании периода С3 задатчик

19 замыкает ключи 8, 13 и 14 и размыкает ключи 9, 12 и 15. При этом разность потенциалов U6c, усиленна  до напр жени  Up2, вызывает линейное уменьшение нащ  жени  на выходе интегратора 17. /

Б момент равенства напр жени  на выходе интегратора 17 и порога срабатывани  компаратора 18 задатчик 19 замыкает ключи 10, 12 и 15 и размыкает ключи 8, 13 и 14. При этом вход усилител  закорачиваетс , напр жение на выходе интегратора остаетс  посто нным до окончани  периода (если дрейф усилителей 1 1 и 16 отсутствует ) о

Дл  интегратора с RC-зар дной цепью изменение напр жени  на выходе интегратора в течение первого калиб

рованного интервала времени м  зар да, фиг.26) равно

л

и, и.

30р1

,А„ „ .„.а.

RC

(вре (О

где К - общий коэффициент усилени  усилителей 11 и 16, причем коэффициент усилени  буферного усилител  16 устанавливает равным 1.

Аналогично наход т изменение напр жени  на выходе интегратора за врем  первого измерительного интервала Q (врем  разр да):

ие иР -%с- ивс-к- -(2)

Так как дл  интегратора U иг(при отсутствии дрейфа усилителей 11 и 16), то

5

0

5

СШ:

Uac

U

U6C

(3)

Аналогично определ етс  значение второго измерительного интервала А У.йС °d)

UBC

И2

Ч

Сумма периодов Ј и, и $Й2 , учитыва , что калиброванные интервалы Ј, 2. определ етс  А л , л 2Uacl

и

СИ

+ с

И2.

ивс

(5)

Потенциал точки а резистивного моста 2 выбираетс  равным

ив- (М

2R W

иа

1

где U.- - напр жение на выходе источника 1; R - сопротивление резисторов

3 и 4, равное максимальному значению переменного резистора 7.

I Потенциал точки с, учитыва , что сумма резисторов 5 и 6 устанавливаетс  равной R, а резистор 6 выбираетс  равным половине максимального приращени  резистора 7, определ етс  выражением

U0(R - &R)

Ufc 2R -ЛК

(7)

где UR - приращение резистора 7. Разность потенциалов между точками моста а и с равна

иоо и(2Г 1г™/ГГ)ш (8)

Разность потенциалов между точками b и с равна

и,ЛКмйко вс - 2(2R - &R)

(9)

где U кмрке максимальное приращение резистора 7 Тогда из формулы (5)

А UR2

И TR

(10) макс

Выражение (10) показывает, что длительность измерительного интервала (, й пр мо пропорциональна измер емому приращению Л R переменного резистора 7.

Весь измерительный период Ји (1 цикл измерени ) складываетс  из четырех:

i + и первый цикл зар да - разр да емкости интегратора; С + Јц2 второй цикл зар да - разр да емкости; С - t - период подготовки ко второму циклу зар да - разр да емкости;

Р - Q Л

wi

период подготовки к первому (следующему) циклу зар да емкости.

Общее врем  измерени  - измерительный период $и, равный 4 (калиброванных интервалов времени), не за-Ј-- , как в извисит от отношени 

вестном устройстве

Значение С дл  реального измерител  определ етс  исход  из требуемой информационной емкости измерительного интервала и характеристик примен емых интегральных микросхем по быстродействию и чувствительности

1844

так же, как это определ лось дчч ич вестного устройства (Тх м,пс ).

Дрейф нул  усилител  11 приводит к по влению на его входе напр жени  uLp. Графики напр жений на входе и выходе интегратора 17 приобретают в этом случае вид, показанный на фиг.2в, 1% Ввод  штрих в обозна- JQ чени  тех же значений, что и в первом рассмотренном случае работы устройства (когда дрейф усилителей 11 и 16 отсутствугт), аналогично получаем

1 с I f С i С

5 i -uwpi-RC- (и«с

0

5

о щ

(11)

Л

i r- 1EL - ™« VK тЈ (12)

Изменение напр жени  на итеграто- ре за врем  noniотовки к второму циклу зар да - разр да емкости интегратора , Ј 1

bUi UqoK

3

RC

(13)

5

0

Аналогично

лл

из -VtRc (и«с + и1Р)к кГ о Л, ( л,(14)

«i-ujz (UBC + 4P) (15)

Изменение напр жени  интегратора за врем  подготовки к первому (следующему ) циклу зар да - разр да

Ли; ui. к . (16)

Р

причем ( Аи из -

J WJ - J|I

Ли| AuJ и. - и г .

(17) (18)

Реша  уравнени  (11 - 18), находим Сц, и Јиа , получаем значение измерительного интервала в случае учета вли ни  дрейфа нул  усилител  11 на работу устройства

А л л . „ Uatc С .. -0И1 + биа - (19)

и w АЪ.

Сравнение выражений (19) и (5) показывает, что вли ние дрейфа нул  усилител  11 полностью компенсируетс .

Дрейф нул  усилител  16 приводит

к по влению напр жени  U.. на его входе с

Графики напр жений на входе и выходе интегратора приобретают вид, приведенный на фиг.2д,е.

71619

Ввод  два штриха в обозначени  тех же значений, что и в первом рассмотренном случае (когда не учитываетс  вли ние дрейфа усилителей 11 и 16), и учитыва , что коэффициент усилени  буферного усилител  в устройстве равен единице аналогично получаем

t

If

tЈ,p, ----(uqc. к -

л

U

1

) й(20)

it Up,

ЛИ

„«.L RC

RC

(U

вс

п г к + идр)

В1

RC (21)

UU,

и1; -А -и;, (--и-, (22)

и.

л,

ь Ь

RC

11 ч Ы

(V + V -RC (23)

Л Л

н иг. ч ° из.

UP2 RC (UBCK U9P} RC

8

0

организовать процесс измерени , при котором за период измерени  , состо щий из двух периодов зар да, равных Ј, двух периодов разр да Ји( и Й, и двух подготовительных периодов , равных (Ј - ) и (Ј - иг) суммарное воздействие на интегратор напр жени  дрейфа дополнительного усилител  равно нулю Дрейф буферного усилител  не оказывает существенного вли ни  на точность измерени , так как коэффицент усилени  его равен единице.

Разр дное напр жение снимаетс  не со всего плеча моста, а с части его, что позвол ет привести в соответствие по уровню разр дное напр жение и напр жение разбаланса. Номинал дополнительного сопротивлени  определ етс  максимальным приращением сопротивлени  измер емого резистора о

и4

л к

(24)

- U, U

Р

л л (±.IJ-JL1) . (25)

RC

Исход  их выражений (5) - (10), значение С и измер емого интервала времени

Ј Ј + С 8(-) СИ 4i + си. U(}0 S4 BX

(26) h далее получаем

&S2L- - (27)

И п °Чт V

йКмакс L ec K

Сравнива  выражени  (27) и (10), видим, что дрейф нул  усилител  16 приводит к ошибке в измерени х приращени  сопротивлени , равной

8()

Оценим числовое значение погрешности при использовании в качестве переменного резистора термопреобразовател , измен ющего свое сопротивление от 100 до 113 Ом в диапазоне изменени  температур 0 - 40 С Значение U $р при этом измен етс  от 12,2 до 11,5 мВ. При U9p 2 мВ и К 40 максимальное значение погрешности за счет дрейфа буферного усилител  составл ет 0,014% (0,005°С), что на пор док меньше значени  погрешности в известном устройстве.

Таким образом, введение дополнительного усилител  и ключа позвол ет

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  приращени  сопротивлени , содержащее ре зи тпвньй мост, два плеча которого

   образован : первым и вторым посто нными резисторами, третье плечо - последовательно соединенными третьим и четвертым посто нными резисторами, четвертое - клеммами дл  подключени  объекта контрол , источник посто нного напр жени , первый полюс которого соединен с второй клеммой дл  подключени  объекта контрол  и вторым выводом первого резистора, а

   второй полюс - с вторыми выводами третьего и второго резисторов, шесть ключей, последовательно соединенные буферный усилитель, интегратор, компаратор и задатчик калиброванных

   интервалов времени, первый выход которого соединен с входом измерител  временных интервалов и управл ющим входом первого ключа, второй выход задатчика калиброванных интервалов

   времени соединен с управл ющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с общим выводом соединени  третьего и четвертого резисторов моста, выходы третьего

   и шестого ключей подсоединены к инвертирующему входу буферного усилител , к неинвертирующему входу которого подключены выходы четвертого и п того ключей, отличающее916

   с   тем, что, с целью повышени  точности измерени  и увеличени  быстродействи  при измерении малых приращений сопротивлени , в него введены дополнительный ключ и усилитель с дифференциальными входами и выходами, первый вход которого соединен с выходом второго ключа и через первый ключ - с общим выводом соединени  первого и второго резисторов моста, а через дополнительный ключ - с общим выводом четвертого резистора и первой клеммой дл  подключени  объекта контрол , с которой также соединен

   5

   9184U

   второй вход усилител  с дифЛерснци- альными входами и выходами, первый выход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого ключей, а второй выход - с информационными входами п того и шестого ключей, при этом третий выход задатчика калиброванных интервалов

   Ю времени соедипен с управл ющий входами третьего и п того ключей, четвертый выход - с управл ющими входами четвертого и шестого ключей, а п тый выход - с управл ющим входом

   15 дополнительного ключа.

   Фиг.1

   Фиг 2.

   КГ

   N/