SU789763A1 - Устройство дл измерени физических величин - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1 Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и предназна чено дл  использовани  при реализации автоматического отображени  величины вли ющего на преобразователь физического параметра - температуры , давлени , силы, освещенности и т.п., а также величины сопротивлени  преобразовател . Известно устройство дл  измерени  физических величин, в частности сопротивлени  датчика деформации (тензодатчика), выполненное на основе резистивного первичного преобразовател  и двух источников тока включенных в основную и вспомогател ную электрические цепи . Процедура определени  величины деформации с помощью известного уст ройства предполагает построение дл  каждого тензодатчика градуировочног графика деформации как функции вели чины изменени  сопротивлени  датчика . Измер емый физический параметр наход т из соответствующего графика поэтому общее врем  определени  параметра оказываетс  значительным. К ме того, известное устройство не может быть использовано дл  автоматического измерени  абсолютной вели чины сопротивлени  датчика, что требуетс , например, в случае выполнени  термометра сопротивлени .. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  физических величин , содержащее резистивный первичный преобразователь с трем  выводами,первый из которых соединен с одной из вькодных клемм источника тока, вторичный прибор/ резисторы 2. Основной недостаток указанного устройства св зан с тем, что оно может с достаточной точностью отобраикать измер емую физическую величину лишь в том случае, если градуировочна  характеристика первичного преобразовател  линейна. Однако характеристики преобразователей многих физических величин, например температуры (термометр сопротивлени  и термисторы), освещенности (фоторезисторы) и др.,  вл ютс  нелинейнь&ш. В случае измерени  физической величины с помощью преобразовател  с нелинейной характеристикой известное устройство настраиваетс  на воспроизведение линейной зависимости, оптимально аппроксимирующей реальную нелинейную зависимость. Показани  вторичного прибора устройства при этом оказываютс  приближенными с точностью аппроксимации. Эта точность зависит от степени нелинейности характеристики преобразовател  и от интервала из мёнений.измер емой величины.

Цель изобретени  - повышение точности измерительного устройства.

.Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  физических величин, содержащее резистивный первичный преобразователь с трем  выводами, первый из которых соединен с одной из выходных клемм источника тока, вторичный прибор, резисторы, введены два полевых транзистора и три операционных усилител , причем сток одного полевого транзис- тора непосредственно, а сток другого полевого транзистора / через первый из резисторов соединены со вторым и третьим выводами резистив ного первичного преобразовател ,ийтоки полевых транзисторов через второй и третий резисторы подключеньз к другой выходной клемме источника тока, входы первого операционного усилител  соединены со вторым и третьим выводами резистивного первичного преобразовател , а выход через четвертый резистор - с клеммой управлени  источника тока, инвертирующий вход второго операционного усилител  и неинвертирующий вход третьего операционного усилител  подключены к истоку одного полевого транзистора, а неинвертирующий вход второго операционного усилител  и инвертирующий вход третьего операционного усилител  соединены с истоком другого полевого транзистора, выходы второго и третьего операционных усилителей подключены к затворам полевых транзисторов , между стоками которых включен вторичный прибор.

На чертеже представлена функциональна  схема предлагаемого устройства дл  измерени  физических величин , например температуры (t°),давлени  (Р), силы (F) и т.п.

Устройство содержит источник 1 тока, резистивный первичный преобразователь 2, резистор 3 смещени ,полевью транзисторы 4 и 5, вторичный прибор б, операционный усилитель 7, резистор 8 степени нелинейности, опо ные резисторы 9 и 10 и операционные усилители И и 12.

Устройство работает следующим образом .

Ток источника 1 разветвл етс  в трехпроводном резистивном первичном преобразователе 2 на две части, проч теканнцие через полевые транзисторы 4 и 5 и опорные резисторы 9 и 10. Выходные напр жени  операционных уси лителей 11 и 12, входы которых подключены к.опорным резисторам, про- порциональны разности падений напр жений на них. Поскольку выходные напр жени  операционных усилителей 11 и 12 управл ют проводимостью полевых транзисторов 4 и 5 в противофазе с входными напр жени ми, то два полевых транзистора 4 и 5 с опорными резисторами 9 и 10 и операционными усилител ми 11 и 12 образуют систему обеспечивакнцую автоматическое поддержание одинаковых падений напр жений на опорных резисторах 9 и 10. При одинаковых значени х сопротивлений опорных резисторов 9 и 10 это соответствует одинаковым величинам токов , протекающих в цеп х полевых транзисторов 4 и 5.

Таким образом, обеспечиваетс  протекание равных по величине токов в двух цеп х резистивного первичного преобразовател  2. Схема делени  тока , однажды настроенна , осуществл ет автоматическое деление тока произвольной (в известных пределах) величины на две строго равные части независимо от величины сопротивлений различных преобразователей и их соединительных проводов, подключаемых в эти цепи. При высоких коэффициентах усилени , реализуемых в операционных усилител х, токи в двух цеп х одинаковы с точностью, с которой подобраны опорные резисторы, и не завис т от изменений напр жени  питани  и окружающей температуры.

К входам операционного усилител  7 прилагаетс  напр жение, пропорциональное сопротивлению преобразовате;л  2. Выходное напр жение операционного усилител  7 через резистор 8 степени нелинейности воздействует на чувствительный вход источника 1 тока и, нар ду с имеющимс  в последнем токозадающим резистором,управлкет величиной тока, отдаваемого источником в нагрузку. В св зи с этим в предлагаемом устройстве измерительный ток (т.е. ток преобразовател )  вл етс  переменной величиной, завис щей от сопротивлени  первичного преобразовател  2, т.е. от измер емой физической величины. Характер зависимости - ускорение или замедление роста измерительного тока (а с ним и выходного напр жени ) с ростом сопротивлени  преобразовател  2 и его скорость (степень) - определ етс  фазой входного напр жени  операционного усилител  7, его коэффициентом усилени  и величиной сопротивлени  резистора 8, предназначенного дл  регулировки степени нелинейности .

Осуществление указанной зависимости в устройстве приводит к тому,что величина измерительного тока 3 в цеп х преобразовател  2 определ етс  законом

, (1)

3-3o(,1tKU

пр

где . «Jo начальна  величина

тока, соответствующа  нулевому сопротивлеjn нию преобразовател ; ±К-Тр - коэффициент управлени Р током;

- сопротивление первичпр ного преобразовател  Выходное напр жение (на клеммах вторичного прибора 6) равно алгебраической сумме падений напр жени  на сопротивлении преобразовател  2 и резисторе 3 смещени  с сопротивлением Rj.

ВЫЧ Р + сгл (Чр1 ,)(

Знак минус при RCM возникает в то случае, если дл  отображени  конкретной характеристики преобразовател  2 резистор 3 смещени  включаетс  во вспомогательную цепь преобразовател  (такое включение резистора смещени  показано на схеме пунктиром ) . Это имеет место,-например, при измерении с термометрами сопротивлани  температуры, выраженной в градусах Цельси .

Подставл   в формулу (2) выражение дл  величины тока с учетом вли ни  управлени , имеем

вых-З .)--3o C-l4KRnpMRT p- RcH3)

Полученное выражение (3) дл  выходного напр жени  содержит член во второй степени, что свидетельствует о нгшичии нелинейнрй зависимости Ug) от или величины физического параметра от сопротивлени  преобразовател  2.

Принима  выражение (3) за аналитическую функцию, аппроксимирующую реальную нелинейную характеристику преобразовател  2, следует определить значени  констант Зо k и RCK при которых реализуетс  наилучшее совпадение реальной кривой и аналитического вырс1жени  (3). Эти величины наход т решением системы уравнений , получаемых подстановкой в выражение (3) нескольких пар значений физической величины и величины сопротивлени  преобразовател  2 из градуировочной кривой или таблицы . По найденным величинам констант производитс  затем аналитическа  проверка на погрешность аппроксимации во всем рабочем интервале значений физической величины.

При измерении физических величин с преобразовател ми, имеющими линейную градуировочную характеристику, величина измерительного тока  вл етс  посто нной. Это достигаетс  сн тием управл ющего сигнала с чувстви;тельного входа источника 1 тока,например отключением резистора 8 степени  нелинейности.

Claims (2)

1. Патент Франции № 2126345, ;кл. G 01 R 17/00, 1972. 1

2. Авторское свдитёльство СССР 679884, кл. G 01 R, 17/02, 1977.