Устройство для измерения изменений сопротивления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ , ИЗМЕНЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой делитель напряжения, один нерегулируемый вывод которого соединен с одно из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи и с первой клеладой второго блока питания , а регулируемый вывод - с одним входом компаратора напряжений, другой вход которого соединен с одной КЗ вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход коушаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемЁМ выводом цифрового делителя напряжения , отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него введены блок памяти, блок деления на два, блок перемножения, генератор единицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторьвл нерегулируемьм выводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блока питания, вход блока памяти подключен к второму выходу блока управления , а выход его соединен с входами блока деления на два и-блока пе ремножения, выход блока деления на два соединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соеди-S иен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вторым входом блока перемножения, выход которого соединен с блоком индикации .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОШ ВЮ РЕСПУБЛИК

3ВП . 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ к asmacvoMV ОЕИД тгльстаи (21} 3401062/18-21 (22) 22.02.82 (46) 07.06.83. Бюл. В 21 (72) В.М. Спиридонов (71) Пензенский политехнический институт ,(53) 621.317.733(088.8) (56) 1. Проектирование.датчиков для измерения механических величин.

Под ред. Е.П. Осадчего.- . М., Машиностроение, 1979, с. 54.

2. Бауман Э., Измерение сил электрическими методами. М., Мир™, 1978, с. 271 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ .

ИЗМЕНЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой де- . литель напряжения, один нерегулиру..емый вывод которого соединен с одной из вершин измерительной диагоналимостовой измерительной цепи и с первой клеммой второго блока питания, а регулируемый вывод — с одним входом компаратора напряжений, другой вход которого соединен с одной,SU„„1022059 А иэ вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход компаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемьва выводом цифрового делителя напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него введены блок памяти, блок деления на два, блок перемножения, генератор единицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторым нерегулируемым выводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блока питания, вход блока памяти под-@ ключен .к второму выходу блока управления, а выход его соединен с входами блока деления на два и.блока перемножения, выход блока деления на два соединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соеди-р нен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вторым входом блока перемножения, выход которого соединен .с блоком индикации.

1022059 ключена к первому входу дифференциаль45

60 ного усилителя, второй вход которого подключен к общей точке второй ветви второй мостовой цепи, а выход дифференциального усилителя подклю" чен к компаратору напряженый (2 1.

Недостатком его является то, что при уравновешивании выходного напряжения первой мостовой цепи напряжением, снимаемым с второй мостовой цепи, возникает методическая погрешность, вследствие нелинейной зависимости выходного напряжения первой, мостовой цепи от изменения относительного изменения сопротивления одного рабочего плеча и линейной зависимости компенсирующего напряжения, снимаемого с второй мостовой цепи, в которой переменными являются два плеча одной ветви, которая тем больше, чем больше относительное

50 изменение сопротивления плеча второй мостовой цепи, что ограничивает верх- 65

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения относительного изменения сопротивления тенэорезисторов, терморезисторов и пр. для измерения изменения| сопротивления, в частности, тензорезисторов известна мостовая измерительная цепь, одна ветвь которой составлена из испытуемого резистора и меры, а другая ветвь - из резисторов отношени1, имеющих равные сопротивления $1$.

Недостаток его состоит в том, что при компенсационном методе измерениями когда выходное напряжение мостовой 15 измерительной цепи уравновешивается напряжением делителя, возникает мето дическая погрешность вследствие того, что при одном рабочем плече выходное напряжение мостовой измерительной 20 цели нелинейно зависит от изменения относительного изменения сопротивления, а выходное напряжение делителя линейно зависит от.введенного коэффициента передачи. 25

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее мостовую измерительную цепь, подключенную к первому источнику напряжения, мостовую цепь, составленную из прецизионных резисторов, образующих ветвь плеч отношения, и изменяемой меры, составленной иэ магазинов сопРотивления, включенных дифференциально, и образующих последовательный делитель, являющийся второй ветвью моста, который подключен к второму источнику напряжения, одна вершина измерительной диагонали первой мостовой цепи подключена к общей 40 точке плеч отношения второй мостовой цепи, другая вершина измерительной диагонали первой мостовой цепи подний предел измерения относительноpro изменения сопротивления допустимой погрешностью.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширения диапазона измерения относительного изменения сопротивления, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения изменений сопротивления, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой делитель напряжения, один нерегулируемый вывод которого соединен с одной из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи и с первой клеммой второго блока питания, а регулируемый вывод — с одним вхо» ,дом компаратора напряжений, другой вход которого свединен с одной из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход компаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемым выводом цифрового делителя напряжения, введены блок памяти, блок деления на два, блок перемножения, генератор единицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторым- нерегулируемым выводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блока питания, вход блока памяти подклю,чен к втОрому выходу блока управления, а выход его с уединен с входами блока деления на два и блока перемножения, выход блока деления на два соединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соединен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вторым входом блока перемножения, выход которого. соединен с блоком индикации.

Укаэанные отличительные признаки позволяют уменьшить погрешность от нелинейности эа счет коррекций ре.зультата измерения и расширить диапазон измерения в.сторону увеличения верхнего предела измерения относительного изменения сопротивления.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит мостовую из мерительную цепь 1, блок 2 питания, компаратор 3 напряжений, дополнительный резистор 4, цифровой делитель 5 напряжения, блок 6 управления,. блок

7 питания, блок 8 памяти, блок 9 деления на два, блок 10 перемножения, блок 11 индикации, блок 12 сложения, генератор 13 единицы.

В устройстве две вершины диагонали питания мостовой измерительной цени 1, подключены к первому источнику 2 питания, одна вершина измери 1022059 й„ к, 4(- +E1/2/ г = — Е . (6)

К 4 е»

Е» .1+ . (0) г 1 тельной диагонали мостовой измерительной цепи подключена к первому нерегулируемому выводу цифрового делителя 5 напряжения и к первой клемме второго ,блока 7 питания, вторая вершина измерительной диагонали подключена к первому входу компаратора 3 напряжений. Дополнительный резистор 4 включен между вторым нерегулируемым выводом цифрового делителя 5 напряжения и второй клемМой второго бло- 10 ка 7 питания. Регулируемый вывод цифрового делителя 5 напряжения подключен к второму входу компаратора 3 напряжений. Выход компаратора 3 напряжений подключен к входу блока 6 уп- (5 равления, выходы которого подключены . к входу (управляющему) цифрового делителя 5 напряжения и к входу блока

8 памяти, а выход последнего одновременно подключен к входам блока 9 де- р0 ления на два и блока.10 перемножеHH 2s Выход блока 9 деления на два подключен к первому входу блока 12 сложения, к второму входу которого подключен выход генератора 13 еди- 25 ницы, а выход блока 12 сложения подключен к второму входу блока 10 перемножения, выход которого подключен к блоку ll индикации.

Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение мостовой измерительной цепи при ъ, = гоч.

М 1 К+1 К+1+ЕЕ ()

35 где Ом — выходное напряжение мостовой измерительной цепи, U - напряжение питания мостовой измерительной цепи 40 (выходное напряжение первого источника питания)-, К - коэффициент симметрии мостовой измерительной цепи;

Е„ — относительное изменение со- 45 противления первого плеча мостовой измерительной цепи.

При К = 1 выражение (1) принимает в U Я„ 50

Ц 1 (2I м 4.

I )+

Г . 2

Выходное напряжение делителя определяется выражением .г 55 UA=U2 я (3) й, где 0 - выходное напряжение делителя, 02 - напряжение питания делителя (выходное напряжение второго блока питания) "0 к — часть сопротивления делителя, с которой снимается компенсирующее .напряжение, Й вЂ” полное сопротивление делителя. 65

Иэ условия равновесия напряжений

О =Ц можно определить к. Приравнивая йравые части выраженйй (2) и (3) и решая полученное уравнение относительно р, получим: о

t =Р (4) U 4()+<„/2}

При условии 0„=0 выражение (4) упрощаетс я

Как следует иэ (5) зависимость Ь от f > нелинейна. Для расчета общего сопротивления Р, делителя выражение (5) следует привести к линейному виду

Общее сопротивление делителя Р можно рассчитать, задавшись верхним

)пределом измерения „, и величиной сю

) соответствующей этому пределу. Так, для „ =0,01 и „=1000 О сопро- тивление Р, 4000000 м, а для

Е1,„=0.1 и том же значении Рк общее сопротивление делителя к -- 40000 Ом.

Добавочное сопротивление Р определяется по фцрмуле

* й; = и — r . (7)

Выполнение этих условий позволяет получить отсчет относительного изменения сопротивления в виде

Е»= r ° 10™ (8) где E - отсчет относительного изменения сопротивления, гк - введенное значение сопротивления магазина в (Ом) -ах с которого сиимается компенсирующее напряжение, n — показатель степени, целое число.

Как следует из (5) отсчет E будет получен с погрешностью

Е

8.1 (9)

1+ Е„/2

Если бы было известно действительное значение К1 то погрешность можно бы.было устранить путем умножения результата на множитель (1+Е„/2)

Однако действительное значение неизвестно, а известна его оценка 6».

Тем не менее,;. умножением результата измерения Е» на множитель (1+ Р /2) удается снизить погрешность результата измерения

1022059

Составитель И. Бахтина

Редактор Т. Киселева Техред Е.Харитончик Корректор 1.Реше-и.

Заказ 4 132/36 Тираж 710 Подписное

I ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП . Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Например, при „:= 0,1 отсчет

Я"= 0,095238, что дает погрешность

М,7Ф. После коррекции по формуле

1ф10) значение Е " составит 0,099773, что дает погрешйость ж0,23%.

Эту операцию можно проделать многократно в соответствии с выражением

Я = 4+- — I (1a)

n+n о 2

4е где Юс — оценка (результат) измере- ния

Ф

n - пбрядковый номер результата после коррекции.

В соответствии с этим результат измерения запоминают в блоке 8 па- f5 мяти. С выхода блока 8 памяти сигналы одновременно поступают в блок

9 деления на два и на первый вход блока 10 перемножения. С выхода блока 9 деления на два получают сигнал 2О "/2, который поступает на первый вход блока 12 сложения, на второй вход которой поступает 1 с выхода генератора 13 единицы. На выходе блока 12 сложения получают 25 сигнал 1 + Е"/2, который поступает на второй вход блока 10 перемножения.

В результате на выходе блока 10 перемножения получают сигнал K„%."(1+

+K /2), который и поступает в блок 11 индикации.

Эффективность предлагаемого -технического решения видна иэ сопоставления погрешностей результата изме рения.до коррекции и после. При действительном значении f 0,1 результат измерения, в соответствии с (9) будет равен 6"=0,095238, .что дает погрешность r) w47% ° После коррекции в соответствии с (10) результат равен 6„=0,099773,что дает погрешность Э,0,23%, т.е. погрешность снизилась больше чем на порядок. После второй коррекции в соответствии с (ll) результат будет 2=0,099989, что дает погрешность уу 0,01%, т.е. по сравнению с результатом первого измерения погрешность снизилась в 470 раз °

Введение новых блоков позволяет добиться, во-первых, существенного снижения -погрешности и, во-вторых, рас- . ширения диапазона измерения в сторону больших значений.

Это позволяет повысить качество измерений и расширить функциональные возможности устройства.