SU892349A1 - Линейный преобразователь сопротивлени резистивного датчика в напр жение - Google Patents

Description

(5) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА В НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники и может быть, в частности, использовано в измерительных приборах и измерительно-информационных системах, работающих с датчиками сопротивлени ,установленными на удаленных исследуемых объектах. Известны преобразователи сопротивлени  тензо- и терморезисторов в напр жение , содержащие источник опорного напр жени , токозащищающие резисторы , операционный усилитель с двух или трехпроводным включателем датчика в цепь отрицательной обратной св зи 1 Однако в схемах таких преобразователей , даже при подборе сопротивлений проводом (имеетс  ввиду схема трехпроводного подключени  датчика), не удаетс  устранить погрешность от изме нени  сопротивлений проводов при действии климатических условий, поскольку дл  каждого провода изменение сопротивлени  носит строго индивидуальный характер. Это особенно важно при работе с низкоомными резистивными датчиками, например термометрами, сопротивлени  с малыми номинальными значени ми, когда часть провода находитс  в зоне нагрева исследуемого объекта. Положение осложн етс  еще и тем обсто тельством, что реально в каждый провод к датчику включен, по крайней мере, один ключевой элемент, переходное сопротивление которого в открытом его состо нии в р де случаев (например при применении ключевых элементов - МДП транзисторов) соизмеримо с сопротивлением самого датчика, при этом изменение переходного сопротивлени  может достигать дес тков Ом. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  линейный преобразователь сопротивление - напр жение содержащий два операционных усилител ,токо- . задающий резистор и резистивный датчик , включенный в цепь обратной св зи

операционного усилител  по четырехпроводной схеме включени  2,

Преобразователь сопротивлени  используетс  с ограниченными по длине проводами дл  подключени  к датчику и предназначен дл  лабораторных исследований и аттестации реэистивных датчиков, например тензо- и терморезисторов . Изменение сопротивлени  четвертого проаода, включенного последсвательно с токозащитным резистором приводит к погрешности преобразовани .

Величина вносимой погрешности может быть одного пор дка с информативной преобразуемой величиной, например деформацией или температу- , рой объекта, или превышать ее, особенно в услови х промышленных натурных испытаний объемных конструкций, когда длина проводов к датчику дости гает 200 м, а прот женность каждого провода в зоне нагрева лежит в пределах м, что на несколько пор дков превышает длину проводов в лабораторных исследовани х и аттестации резистивных датчиков. С другой стороны при промышленных испытани х объемных конструкций один линейный преобразователь сопротивлени  работает с множеством резистивных датчиков , подключенных к нему поочередно электронными ключевыми элементами. Это приводит к еще большему возраста нию общих сопротивлений проводов и к увеличению их вариаций под действием р да дистабилизирующих факторов В этом случае погрешность преобразовани  достигает недопустимо большой величины и без прин ти  специальных мер такой линейный преобразователь вообще не может быть исполь ован.

Цель изобретени  - повышение точности преобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем .что в линейный преобразователь сопротивлени  резистивного датчика в напр жение, содержащий два операцион ных усилител , образцовый резистор, причем выход первого операционного усилител  соединен с клеммой дл  под ключени  первого провода от резистивного датчика, клемма дл  подключени  второго провода от того же выхода резистивного датчика соединена с выходной клеммой преобразовател , неинверсный вход первого операционного усилител  соединен с датчиком опорного напр жени , первый

вывод образцового резистора соединен с клеммой дл  подключени  третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилител  соединен с клеммой дл  подключени  четвертого провода к резистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилител  соединен с землей, введен дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилител  соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциольного усилител , неинверсный

15 вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход дифференциального усилител  соединен с инверсным входом первого операционного усилител  о

20 На чертеже приведена схема линейного преобразовател  сопротивлени  fрезистивного датчика в напр жение.

Преобразователь содержит два операционных усилител  1 и 2, образцовый 2 резистор 3 и резистивный датчик k, провод 5 и 6 соединени , клемма выхода 7 провода 8 и 9 соединени , диф . ференциальный усилитель 10, клемма 11 опорного напр жени  Ед .

Работа преобразовател  сопротивлени  заключаетс  в -следующем. Операционный усилитель 2 с коэффициентом усилени  K(j, охваченный с помощью проводов 8, 9 и образцового резистора 35 3 (с сопротивлением RQ) стопроцентной

отрицательной обратной св зью по на . пр жению, работает как повторитель напр жени .

Учитыва , что коэффициент усилени  Кп в современных операционных усилител х достигает значение 10, а величина суммарного сопротивлени  провода 8 (глБ) и образцового резистора 3 (RQ) составл ет сотни Ом дл  45 напр жени  в точке соединени  проводов 8, 9 и резистивного датчика с большой степенью точности можно записать .

U.,Ro..,.o .

50 l

Входные сопротивлени  операционных усилителей 1, 2 и дифференциального усилител  10 много больше любого из резисторов, использующегос  в преобразователе, а выходные сопротивлени  усилителей равны нулю.

Claims (2)

1. Поскольку выходное сопротивление операционного усилител  велико, ток через провод 9 пренебрежимо мал в сравнении с током в проводе 8, поэтому т 3, протекающий через резистивный дат чик А, равен току, протекающему чере образцовый резистор Зо Падение напр  жени  на образцовом резисторе 3 преобразуетс  дифференциальным усилителем 10 с коэффициентом усилени  Kg в напр жение Uj( относительно шины земл  и подаетс  на инверсный вход операционного усилител  1 с коэффициентом усилени  К. Разность напр жени  между УХ и опорным напр жением Е(з усиливаетс  операционным усилителем 1 и через провод 5 подаетс  на резистивный датчик k, при этом цепь отрицательной обратной св зи операционного усилител  1 замыкаетс . При использовании на выходе 7 измерител  напр жени  с большим входным сопротивлением, поведение схемы описываетс  следующей системой уравнений (ЕО - и,} к. и U. U Кд , 5 Лы - л 5, где Цд - напр жение на выходе операционного усилител  1; и, напр жение на выходной клем ме 7; гд5 сопротивление провода 5; RA - сопротивление резистивного датчика. Из системы уравнений, учитыва , что К Н . следует ЕО вВК R. К; откуда найдем и ЕО , т.е, Ugyx зависит от сопротивлени ( и их изменений) проводов к датчику Подключение нового элемента - ди ференциального усилител  и включени образцового резистора в выходную це второго операционного усилител  выгодно отличает линейный преобразователь сопротивлени  в напр жение о известного, так как в этом случае практически полностью исключено вли ние на результат преобразовани  сопротивлени  {и их изменений) проводов к датчику. Использование дл  всей схемы преобразовател  одного источника питани  позволило уменьшить дополнительную погрешность преобразовани  при наличии помех от паразитной емкостной св зи между источниками питани . Опытный образец линейного преобразовател  сопротивлени  изготовлен, опробован, получены положительные результаты. При использовании в линейных преобразовател х солротивлений одной и той же элементной базы и при одних и тех же услови х работы погрешность преобразовани  уменьшаетс  в 3050 раз. Формула изобретени  Линейный преобразователь сопротивлени  резистивного датчика в напр жение , содержащий два операционных усилител ,, образцовый резистор, причем выход первого операционного усилител  соединен с клеммой дл  подключени  первого провода от резистивного датчика , клемма дл  подключени  второго провода от того же выхода резистивного датчика, соединена с выходной клеммой преобразовател , неинверсный вход первого операционного усилител  соеди/нен с источником опорного напр жени , первый вывод образцового резистора соединен с клеммой дл  подключени  третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилител  соединен с клеммой дл  подключени  четвертого провода к резистивному датчику , неинверсный вход второго операционного усилител  .соединен с землей, о т л и ч а ю IU и и с   тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  в него дополнительно введен . дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилител  соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциального усилител , неинверсный вход.которого соединен с первым выводом образцового резистора; а выход дифференциального усилител  соединен с инверсным входом первого операционного усилит.ел .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1„ Заславский Л.С., Позднеев В.А, Фурман А.В Анализ преобразователей параметров резистивных датчиков в напр жение ,, (тргуды ВНИИЭП) , Л., 1979

   вып. Проектирование средств электроизмерительной техники.
2. 2. Гальперин М.В.,Злобин Ю.П. Линейный преобразователь на базе дифференциального операционного усилител  Приборы и системы управлени , № 7, 1976(прототип),

   А

   А

   DD

   8

   9

   DD

   V У

   ИЛЬ 3

   Ко

   -

   5ьп((}д