SU659988A1 - Преобразователь активного сопротивлени в период следовани импульсов - Google Patents

Description

1

Изобретение предназначено дл  использовани  в измерительной технике дл  непосредственного или дистанционного измерени  активного сопротивлени . В частности , он может быть использован дл  дистанционного измерени  температуры с помощью датчиков сопротивлени .

Известен преобразователь активного сопротивлени  в частоту или период следовани  импульсов на основе интеграторов с переключением направлени  интегрировани , в котором имеютс  два источника тока различного направлени ,  вл ющиес  источниками зар дного и разр дного токов дл  интегратора и попеременно подключаемые к входу последнего. В то врем , как один из источников подключен к интегратору , второй подключаете  к датчику сопротивлени  и служит дл  него источником измерительного тока. Цепь датчика подключена к одному из входов компаратора , а на другой вход подаетс  линейно измен ющеес  напр жение с выхода интегратора . Компаратор фиксирует моменты равенства этого напр жени  с падением напр жени  на датчике. В моменты такого равенства с помощью токовых переключателей измен етс  направление интегрировани  и направление измерительного тока. Последний протекает через датчик все врем  (лишь периодически мен   направление ).

Однако мощность, выдел ема  в датчике при протекании измерительного тока дл 

многих применений (например, дл  низкотемпературной термометрии)  вл етс  источником погрешности, св занной с паразитным разогревом датчика. Попытка снизить мощ 1ость рассе ни  уменьшением величины измерительного тока может привести к тому, что падение напр жени  на датчике станет соизмеримым с уровнем помех, наведенных на датчик, и шумом, действующим на входе компаратора. Уменьшенпе

отношени  сигнал/шум на входе компаратора ведет к снижению точности преобразовани . Кроме того, использование в этом преобразователе источников токов различного направлени  приводит к необходимоети выиолп ть их на транзисторах противоположных тииов проводимости и использовать дл  них разные источники опорного напр жени , что ухудшает воспроизводимость и температурную стабильность характеристик преобразовани .

Другим недостатком известного преобразовател   вл етс  больша  требуема  емкость конденсатора в интеграторе, особенно когда перпод преобразовани  задан

большим, а сопротивление датчика невелико .

Если сопротивление датчика /.,; 100 Ом, а требуемый период мс, тогда конденсатор в интеграторе прототипа должен иметь емкость

10. /JOO -- 100 мкФ.

Точный конденсатор приемлемых габаритов с такой емкостью реализовать практически невозможно.

Целью изобретени   вл етс  снижение средней мощности измерительного тока, рассеиваемого датчиком сопротивлени , и на этой основе повышение точности измерени , а также уменьшение требуемой емкости накопительных конденсаторов в интеграторе .

Это достигаетс  тем, что преобразователь активного сопротивлени  в период следовани  импульсов, содержаш,ий дифференциальный интегратор, св занный с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к преобразуемому резистору , источник опорного напр жени , источники образцовых измерительного, зар дного и разр дного токов, а также два ключа, снабжен делителем тока, включенным между выходом источника образцового разр дного тока и инвертируюш,им входом дифференциального интегратора, неинвертируюший вход которого подсоединен к выходу источника образцового зар дного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измерительного тока , причем управл ющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напр жени  св зан со всеми упом нутыми источниками образцовых токов, причем источники измерительного и разр дного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.

На чертеже представлена схема предлагаемого преобразовател .

Он содержит дифференциальный интегратор 1, компаратор 2, преобразуемый резистор 3, источник измерительного тока 4, источник зар дного тока 5, источник разр дного тока 6, делитель разр дного тока 7, токовые ключи 8 и 9, источник опорного напр жени  10.

Выход дифференциального интегратора 1 соединен с одним из входов (например, инвертирующим ) компаратора 2. Преобразуемый резистор 3 подключен к другому входу (например, неинвертирующему) компаратора . К этой же точке через токовый ключ 9 подключен источник измерительного тока 4. Источник 6 через делитель тока 7 подключен к инвертирующему входу интегратора , к неинвертирующему входу интегратора через токовый ключ 8 присоединен источник 5.

Токовые ключи 8 и 9 управл ютс  напр жением с выхода компаратора 2. Этот же выход  вл етс  выходом устройства.

Пусть в некоторый момент времени на выходе компаратора установилс  потенциал (например, отрицательный), при котором токовые ключи 8 и 9 замкнуты. Тогда под воздействием разности зар дного и разр дного токов напр жение на выходе интегратора будет линейно измен тьс  (например , увеличиватьс  по абсолютной величине ). Когда оно станет равным падению напр жени  на датчике сопротивлени  (в результате протекани  через последний измерительного тока от источника 4), скачком изменитс  напр жение на выходе компаратора . Токовые ключи 8 и 9 разомкнутс , а напр жение иа выходе интегратора станет измен тьс  в противоположную сторону под воздействием только одного разр дного тока, посто нно воздействующего от источника 6 через делитель тока 7 на инвертирующий вход интегратора. В этот период времени измерительный ток через преобразуемый резистор не протекает и падение напр жени  на нем равно нулю.

Когда напр жение иа выходе интегратора станет равным нулю, снова срабатывает компаратор, замыкающий токовые ключи 8 и 9. После этого все процессы в схеме повтор ютс .

Зависимость периода выходных импульсов Тх от величины преобразуемого сопротивлени  наход т из услови  равенства зар дов - накопленного интегратором при

действии зар дного тока за врем  ti и унесенного разр дным током за период Тх:

T,.f,t,/f,K,,(1)

где t-i - врем , в течение которого замкнуты ключи 8 и 9;

оно равно

.

(2)

i

/.-/«Л-д

/4 - величина измерительного тока от

источника 4;

/5 - величина зар дного тока от источника 5;

/6 - величина разр дного тока от источника 6;

/Сд - коэффициент делени  разр дного

тока;

С - емкость интегратора; RX - величина преобразуемого сопротивлени .

Подставл   (2) в (1), получают

j4Л

(3)

. (5 - )

Скважность импульсов измерительного и зар дного токов

т

(4)

Л-д

Claims (2)

1. ti Подставл   (4) в (3), получают 9 - 1 /еЛд Дл  того чтобы снизить среднюю мощность рассе ни  в датчике, не снижа  точности нреобразовани , требуетс  пропускать через датчик импульсы измерительного тока с высокой скважностью Кроме того, дл  получени  высокой воспроизводимости и термостабильности характеристики преобразовани  источники 4 и 6 измерительного и разр дного токов соответственно предлагаетс  выполнить на согласованной паре транзисторов с равными величинами токов Из (5) с учетом условий (6), (7) получают выражение дл  характеристики преобразовани  Г ,-,хС гг л„ Отсюда видно, что характеристика преобразовани  линейна, а ее стабильность зависит только от стабильности емкости интегратора и стабильности пассивного делител  тока. Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает возможность протекани  через датчик импульсов измерительного тока со сколь угодно большой скважностью , завис щей от отношени  зар дного и разр дного токов см выражение (4). Этим достигаетс  понижение разогрева датчика измерительным током и уменьшение св занной с этим погрешности. Вместе с тем это позвол ет уменьшить требуемую емкость накопительного конденсатора в интеграторе на величину, равную коэффициенту делени  разр дного тока. Применение источников образцового тока на одно на5 10 15 20 25 30 35 40 45 правление позвол ет подключить их к одному общему источнику опорного напр жени , а источники измерительного и разр дного токов отношение которых определ ет коэффициент преобразовани  - см. выражение (5) выполнить на согласованной паре транзисторов. Это улучшает точность и воспроизводимость коэффициента преобразовани . Формула изобретени  1. Преобразователь активного сопротивлени  в период следовани  импульсов, содерл ащий дифференциальный интегратор, св занный с одним из входов компаратора , другой вход которого подключен к преобразуемому резистору, источннк опорного напр жени , источники образцовых измерительного , зар дного и разр дного токов, а также два ключа, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешности, св занной с разогревом датчика измерительным током и снижени  требуемой емкости накопительного конденсатора, он снабжен делителем тока, включенным между выходом источника образцового разр дного тока и инвертирующим входом дифференциального интегратора, неинвертирующий вход которого подсоединен к выходу источника образцового зар дного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измерительного тока , причем управл ющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напр жени  св зан со всеми упом нутыми источниками образцовых токов.
2. 2. Преобразователь но п. 1, отличающийс  тем, что, с целью улучшени  стабильности и воспроизводимости коэффициента преобразовани , источники измерительного и разр дного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.