SU1714534A1 - Устройство дл измерени относительного изменени сопротивлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в устройствах допускового контрол  регистров и тензометрии. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Устройство дл  измерени  относительного изменени  сопротивлени  содержит измерительный 1 и компенсационный 2 резисторы, первый 3, 4 и вторрй 5 блоки' преобразовани , первый усилитель 10с демодул тором, ключ 12 и генератор 13 пр моугольных импульсов. Введение в устройство операционного усилител  3, третьего блока преобразовани  6, переменного резистора 7 с центральным выводом, балластного ре- 3ViCTO[ba 8, источника посто нного напр жени  9 и второго усилител  11 с демодул тором позволило исключить вли ние сопротивлени  линии св зи, обеспечить линейность, повысить чувствител1,ность, а следовательно, и точность измерени . 2 ил.слс

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может примен тьс  в устройствах контрол  и разбраковки резисторов и в тензометрии.

Известно устройство измерени , содержащее мостовую схему, в одно из плеч которой включен измер емый резистор, источник питани  моста, инвертирующий усилитель и усилитель с управл емым коэффициентом усилени .

Недостатком этого устройства  вл етс  вли ние сопротивлений.линий св зи измер емого резистора с мостовой схемой на точность измерени .

Известно устройство дл  измерени  относительного сопротивлени , содержащее полумостовой датчик, подключаемый п типроводной линией св зи, источник напр жени  и два операционйых усилител .

Недостатком этого устройства  вл етс  отсутствие возможности работы с удаленными резисторами, нелинейность и сравнительно невысока  чувствительность характеристики преобразовани .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство д,л  измерени  разности температур (абсолютного изменени  сопротивлени ), содержащее последовательно соединенный измерительный и компенсационный резисторы , первый и второй блоки преобразовани , первый усилитель с демодул тором, ключ и генератор пр моугольных импульсов , первый вь1ход которого соединен с управл ющим входом ключа, выход которого соединен с земл ной шиной, первый и второй выходы генератора пр моугольных импульсов соединены соответственно с первыми и вторыми управл ющими входами первого и второго блоков преобразовани , каждый из которых выполнен в виде двух пар последовательно соединенных управл емых ключей, между общими точками которых включен запоминающий конденсатор , управл ющие входы первой и второй пар управл емых ключей, попарно соединенных между собой, и  вл ютс  соответственно первым и вторым управл ющими входами блоков преобразовани , первый и второй входы первой пары управл емых ключей  вл ютс  соответственно первым и вторым входами блоков преобразовани , первый и второй выходы второй пары управл емых ключей  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блоков преобразовани , первый и второй выводы компенсационно го резистора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока преобразовани , второй вход которого заземлен.

Недостатком этого устройства  вл етс  отсутствие возможности измерени  относительного изменени  сопротивлени , так как его выходной сигнал пропорционален разности абсолютных значений сопротивлений .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные измерительный и компенсационный резисторы, первый и второй блоки преобразовани , первый усилитель с демодул тором , ключ и генератор пр моугольных импульсов, первый выход которого соединен с управл ющимвходом ключа, выход которого соединен с земл ной шиной, первый и второй выходы генератора пр моугольных имп/льсов соединены сос ветственно с первыми и вторыми управл ющими входами первого и второго блоков преобразовани , каждый из которых выполнен в виде двух пар последовательно соединенных управл емых ключей, между общими точками которых включен запоминающий конденсатор , управл ющие входы первой и второй пар управл емых ключей, попарносоединенных между собой, и  вл ютс  соответственно первым и вторым управл ющими входами блоков преобразовани , первый и второй входы первой пары управл емых ключей  вл ютс  соответстBQHHO первым и вторым входами блоков преобразовани , первый и второй выходы

второй пары управл емых ключей  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блоков преобразовани , первый и второй выводы компенсационного резистора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока преобразовани , второй вход которого соединен с земл ной шиной, дополнительно введены источник посто нного напр жени , операционный

усилитель, третий блок преобразовани , второй усилитель с демодул тором и последовательно соединенные балластный резистор и переменный резистор с центральным выводом, который соединен с вторым входом третьего блока преобразовани , первый вход которого соединен с движком переменного резистора с центральным выводом , второй вывод которого соединен с земл ной шиной, первый вывод балластного резистора соединен с выходом источника ПОСТОЯННР1.ГО напр жени  и неинвертирующим входом операционного усилител , выход которого соединен с первым выводом измерительного резистора и вторым входом

первого блока преобразовани , первый вход которого соединен с вторым выводом измерительного резистора, первый выход первого блока преобразовани  соединен с первым входом третьего блока преобразовани  и входом первого усилител  с демодул тором , выход которого  вл етс  выходом устройства, второй выход третьего блока преобразовани  соединен с вторым выходом второго блока преобразовани  и с земл ной шиной, первый выход второго блока преобразовани  соединен с вторым выходом первого блока преобразовани , входом ключа и входом второго усилител  с демодул тором , выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилител , первый и второй выходы генератора пр моугольных импульсов соединены соответственно с первым и вторым управл ющими входами первого и второго усилителей с демодул торами и третьего блока преобразовани .

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство , выпол1;1енное по предлагаемому техническому решению, отличаетс  наличием новых блоков: операционного усилител , дополнительных блока преобразовани  и усилител  с демодул тором, цепочки из посто нного и переменного резисторов и их св з ми с остальными элементами схемы.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретени  новизна.

Сравнение за вл емого решени  с другими техническими решени ми показывает, что блоки преобразовани , усилитель с демодул тором известны, однако их введение в указанные св зи с остальными элементами схемы в предлагаемое устройство дл  измерени  относительного изменени  сопротивлени  указанные выше блоки про вл ют новые свойства, что приводит к повышению точности измерени . Это позвол ет сделать вывод о соответствии технического решени  критерию существенные отличи .

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2-схема блока преобразовани .. .,

Устройство содержит последовательно соединенные измерительный 1 и компенсационный 2 резисторы, операционный усилитель 3, выход которого подключен к первому выводу измерительного резистора 1, первый 4, второй 5 и третий 6 блоки пре ,образовани , последовательно соединенные переменный резистор 7 с центральным выводом и балластный резистор 8, верхний вывод которого подключен к выходу источника посто нного напр жени  9 и неинвертирующему входу операционного усилител  3, первый 10 и второй 11 усилители с демодул торцм , ключ 12 и генератор пр моугольных импульсов 13, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми управл ющими входами первого 4, второго 5 и третьего 6 блоков преобразовани .

Каждый блок преобразовани  (см.. фиг.2) выполнен в виде двух пар последовательно соединенных управл емых ключей 14, 15 и 16, 17, между общими точками которых включен запоминающий конденсатор 18. Соединенные между собой управл ющие входы ключей 14 и 16 образуют первый управл ющий вход блока преобразовани , соединенные между собой управл ющие входы ключей 15 и 17-второйуправл ющий, вход блока преобразовани . Входы ключей 14 и 16  вл ютс  соответственно первым и вторым входами блока преобразовани , выходы ключей 15 и 17 - соответственно первым и вторым выходами блока преобразовани 

Первый вывод измерительного резистора 1 подключен к второму входу первого блока преобразовани  4, первый вход которого соединен с вторым выводом измерительного резистора. Первый вывод компенсационного резистора 2 соединен с первым входом второго блока преобразовани  5, второй вход которого подключен к второму выводу компенсационного резистора2 и земл ной шине. Центральный вывод и движок резистора 7, второй вывод которого соединен с земл ной шиной, подключены соответственное первому и второму входам третьего блока преобразовани  6. Первые выходы первого 4 и третьего б блоков преобразовани  соединены между собой и подключены к входу первого усилител  10 с демодул тором, выход которого

 вл етс  выходом устройства. Второй выход первого блока преобразовани  4 и первый выход второго блока преобразовани  5 соединены между собой и входом ключа 12, второй вывод которого соединен с общейшиной и входом второго усилител  11 с демодул тором , выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилител  3, вторые выходы второго 5 и третьего 6 блоков преобразовани , соединенные между собой, подключены к общей шине.

Схема блока г1реобразовани  (см. фиг.2) работает следующим образом.

В первый полупериод выходного напр жени  генератора 13 ключи 14и 16 открываютс  и конденсатор 18 зар жаетс  до уровн  входного напр жени , а ключи 15 и 17 закрываютс . Во второй полупериод напр жени  управлени  ключи 14 и 16 закрываютс , а ключи 15 и 17 открываютс . При этом запоминающий конденсатор 18 подключаетс  к выходам блока преобразовани .

На входах блоков преобразовани  по вл ютс  пр моугольные импульсы с амплитудами равными:

первого блока 4 - U4 -I-RI;(1)

второго блока 5 - Us IR2;(2)

третьего блока 6 - Ue U9-x-R7/(R7 + Rs),

(3),

где I - ток, протекающий через резисторы 1 и2;

RI, R2, R, Re - соответственно величины сопротивлени  резисторов 1, 2, 7 и 8;

X - относительное положение движка переменного резистора 7, отсчитываемого от его середины, -0,5 х 0,5,U4 , Us, Ue и Ug - выходные напр жени  блоков преобразовани  4-6 и источника посто нного напр жени  9.

На вход усилител  10 периодически со сдвигом 180° подаютс  пр моугольные импульсы с амплитудами, соответственно равными

U4 + (R2-R1)иU6,(4)

а на вход усилител  12 Us I,-R2 и 0.(5).

Выходные напр жени  усилителей 10 i

Claims (1)

11 с демодул торами, пропорциональны( разности амплитуд входных периодических импульсов, равны соответственно UlO K10(U4+U5-U6) (R2-Rl) - U9 . xR7/(R7+R8);.(6) Uii Kii-U5 Kivl.R2,(7) где Uio, Un - выходные напр жени  соответственно усилителей 10 и 11; Kio, Kii - коэффициенты передачи соответственно усилителей 10 и 11. Операционный усилитель 3 поддерживает равенство его входных напр жений, т.е. U9 Uii . .(8) Откуда следует, что ток через резисторы 1 и 2 l U9/KivR2/(9) После подстановки въфажени  (9) в выражение (6) следует, что выходное напр жение устройства равно R2-R1 -. 00) R2 RT + RS Если прин ть, что Kn 1, Ri R2 + AR, где AR - абсолютное приращение резистора 1, вызванное изменением измер емого параметра, то выходное напр жение уст/ройства примет вид Uio U9-КюС-Е-- :). (11) где - относительное изменение сопротивлени  резистора RI, AR/R2 Таким образом, выходное напр жение устройства пропорционально относительному сопротивлению резистора RI и не зависит от сопротивлени  линии св зи, а чувствительность в два раза выше, чем в устройстве. Изменением положени  движка переменного резистора 7 добиваютс  установки нулевого значени  выходного сигнала при отсутствии измер емого параметра ( AR 0), вызванного начальным разбросом сопротивлений резисторов RI и R2. Был создан и испытан макет устройства дл  измерени  статических деформаций в диапазоне ± 10000 относительных единиц деформации при помощи проволочных тензорезисторов с номинальными значени ми сопротивлений 100 - 700 Ом. Погрешность измерени  не превышала ± 0,1%. В качестве бесконтактных ключей использовали микросхемы , запоминающих конденсаторов - конденсаторы типа К73-11 емкостью 10 мкФ, усилител  с демодул тором - микросхемы КР544уД1А. Демодул тор может быть выполнен по схеме инвертирующего усилител  с управл емыми ключами в цепи обратной св зи. Устройство может найти применениев тех случа х, где требуетс  точное измерение изменени  относительного сопротивлег ни  резисторов, удаленкц 1х на значительные рассто ни , например в тензометрии и при допусковом контроле низкоомных резисторов . Использование устройства позволит исключить вли ние сопротивлений линий св зи , рбеспечить линейность, повысить чувствительность, а следовательно, и точность измерени . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  относительного изменени  сопротивлени , содержащее последовательно соединенные измерительный и компенсационный резисторы , первый и второй блоки преобразовани , первый усилитель с демодул тором,, ключ и генератор пр моугольных импульсов , первый выход которого соединен с управл ющим , входрм ключа, выход которого соединен с земл ной шиной, первый и второй выходы генератора пр моугольных импульсов соединены соответственно с первыми и вторыми управл ющими входами первого и второго блоков преобразовани , каждый из которых выполнен в виде двух пар последовательно соединенны) управл емых ключей, между общими точками которых включен запоминающий конденсатор , управл ющие входы первой и второй пар управл емых ключей попарно соединеных-между собой, и  вл ютс  соответственно первым и вторым управл ющими входами блоков преобразовани , первый и второй входы первой пары управл емых ключей  вл ютс  соответственно первым и вторым входами блоков преобразовани , первый и второй выходы второй пары управл емых ключей  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами блоков преобразовани , первый и второй выводы компенсационного резистора соединены с первым и вторым входами второго блока преобразовани , второй вход которого соединен с земл ной шиной, отличающеес   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены источник посто нного напр жени , операционный усилитель , третий блок преобразовани , второй усилитель с демодул тором и последовательно соединенные балластный резистор и переменный резистор с центральным выводом , который соединен с центральным выводом , который соединён с вторым входом третьего блока преобразовани , первый вход которого соединен с движком переменного резистора с центральным выводом, второй вывод которого соединен с земл ной шиной, первый вывод балластного резистора соединен с вь1ходом источника посто нного напр жени  и неинвертирующим

входом операционного усилител , выход которого соединен с первым выводом измерительного резистора и вторым входом блока преобразовани , первый вход которого соединен с вторым выводом измерительного резистора, первый выход первого блока преобразовани  соединен с первым входом третьего блока преобразовани  и входом первого усилител  с демодул тором, выход которого  вл етс  выходом устройства, второй вход третьего блока преобразовани  соединен с втррым выходом второго блока

преобразовани  и с земл ной шиной, первый выход второго блока преобразовани  соединен с вторым выходом первого блока преобразовани , входом ключа и входом второго усилител  с демодул тором, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилител , первый и второй выходы генератора пр моугольных импульсов соединены соответственно с

0 первым и вторым управл ющими входами первого и второго усилителей с демодул торами и третьего блока преобразовани .

°4

Фиг 2