Устройство для измерения приращения сопротивления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения приращения активного сопротивления резисторов и резистивных датчиков, подключаемых через длинные линии связи, например тензорезисторов, термопреобразователей сопротивления и резисторов, в процессе их изготовления. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Устройство содержит два переключателя 1 и 13, опорный резистор 2 со средним выводом, источник 3 тока, ключи 4 и 15, резистивный датчик 5, дифференциальный усилитель 6, блок 7 синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9, выполненный на основе операционного усилителя 10, конденсатора 11 резистора 12 и мультиплексор 14. В данном устройстве обеспечивается более высокая точность измерений по сравнению с прототипом, так как в нем отсутствует усилитель, вносящий в прототипе погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1) 4 G 01 R 17/02, 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4310141/74-21 (22) 03 ° 08.87 (46) 23.07.89.Бюл. ¹ 27 (72) Вик.А.Баранов, Влад.А.Баранов, Н.A.Åðìîëàåâ и А.А.Легошин (53) 621.317.73(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 517810, кл. G 01 К 7/18, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1229601, кл. G 01 К 7/18, 1986.

<54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения приращения активного сопротивления резисторов и резистивных датчиков, подключаемых через длинные линии связи, например, тензорезисторов, термопреобра„„SU„„1495718 А1

2 зователей сопротивления и резисторов в процессе их изготовления. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Устройство содержит два переключателя 1 и 13, опорный резистор 2 со средним выводом, источник 3 тока, ключи 4 и 15, резистивный датчик 5; дифференциальный усилитель 6, блок 7 синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9 выполненный на основе операционного усилителя 10, конденсатора 11 и резистора 12, и мультиплексор 14. В данном устройстве обеспечивается более высокая точность измерений по сравнению с прототипом, так как в нем отсутствует усилитель, вносящий в прототипе погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения. 2 ил.

3 1495

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения приращения активного сопротивления резисторов и резистивных датчиков, подключаемых через длинные линии связи, например, тензорезисторов, термопреобразователей сопротивления, резисторов в процессе их изготовления.

Целью изобретения является новышение быстродействия.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит первый переключатель 1, опорный резистор 2 со средним выводом, источник 3 тока, первый ключ 4, резистивный датчик 5, дифференциальный усилитель 6, блок 7 синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9 на основе операционного усилителя 10, конденсатора 11 и резистора 12, второй переключатель 13, мультиплексор 14, второй ключ 15.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: 1 — изменение тока I6 на выходе второго переключателя 13; 2 — изменение напряжения на резистивном датчике 5; 3 — изменение напряжения на выходе дифференциального усилителя 6; 4 — изменение напряжения на выходе интегратора 9;

5 — сигнал на выходе блока 8 сравнения; 6 — сигнал на первом информационном выходе блока 7 синхронизации.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени t (фиг.2) по сигналу блока 7 синхронизации замыкается первый ключ 4, в результате чего выходной,ток источника 3 тока протекает по цепи выход источника 3 тока — замкнутый ключ 4— резистивный датчик 5 — второй переключатель 13 — опорный резистор 2— общая шина.

При этом сумма напряжения на резистивном датчике 5, термоЭДС на выходных проводах дифференциального усилителя (линии связи) и напряжения смещения дифференциального усилителя

6 усиливается дифференциальным усилителем 6 и поступа ет на первый вход мультиплексора 14, который управляется сигналами с блока 7 синхрониза718 4 ции, поступающими на первый и второй входы управления И и W

При наличии логического 0" на обоих входах управления на выход мультиплексора 14 проходит сигнал с первого входа. Если на W присутст( вует "1ft, à íà W< О, то к выходу мультиплексора 14 подключается его

10 второй вход. Наличие íà W 0", а на W 1 обеспечивает подключение и tt к выходу мультиплексора 14 его третьего входа.

С момента времени t до момента

1 времени t сигнал блока 7 синхронизации подключает выход дифференциального усилителя 6 к неинвертирующему. входу операционного усилителя 10, 20 - Изменение напряжения на конденсаторе 11 описывается выражением (I0R -1с) (-К) и (,)= — -2 — 2,, (1) с с

У где t (-t, ),t>-t =t<-t,=Т,.

В момент С к обкладкам конденсатора 11 приложено напряжение (t )= -- -3-- - -- — — — ) (2) (I К -1 1-K To с

30 где I о — ток ис то чник а 3 то ка;

R — сопротивление резистивного датчика 5;

1 — сумма термоЭДС на входных с проводах и напряжения сме35 щения дифференциального усилителя 6;

Т

Т =t -t = — — (n — число циклов

4п коррекции i длительность каждого

40 из которых равна 2ТО =й - =1 -t> в интервале Т/2;

Т вЂ” фиксированный интервал времени, задаваемый блоком 7 синхронизации);

45 К вЂ” коэффициент усиления дифференциального усилителя 6, В момент времени t сигнал блока

7 синхронизации размыкает первый ключ

4, переключает первый и второй переключатели I и 13 в состояния, противоположные изображенным на фиг.1.

Мультиплексор 14 переводится в состояние, при котором íà его выход проходит сигнал с второго входа. В результате этого ток I д, протекая по цепи второй ключ 15 — резистивные датчик 5 — второй переключатель 13 опорный резистор 2 — общая шина, создает на резистивном датчике 5 напря5 !4957 жение Up = -IoК6. Усиленное в (-К) раз напряжение U -1с через первый переключатель 1 поступает на вход интегратора 9. Одновременно в момент

5 времени t< на неинвертирующий вход операционного усилителя 10 через мультиплексор 14 (второй его вход) подключается первый вывод опорного резистора 2, напряжение на котором 10 описывается выражением.

Б = Т R, (3) t)-t ) °

11 (е)=11 (t ) + (l)(-ХаВ.ь:1 ) (-K)+I o К (4) с

1оК . K+1c К I Кь.К 1 K + IoRz

v(,t)(3) бЪ

-2IoRaK + Хо Rй

= --- — -- — - — — — Т (о ° (5) 25

35

-2nI

С В 6

-2IoR K +

nIo R1, Т о

Io RL (6) U„(t)=U (t )+ — - - t+I R (8)

Io.R2c

45 о 2ср

5p " S С 6, 8 6 о 2ср

U„(t )=U,(Е )+- - - (t -t )+I R оR2 ср (9)

С учетом (6) выражение (9) можно представить в виде

55 Io Rac („„) 2Tg R@K I o Кй . Т (10) Сопротивление резистивного датчи-.. ка 5 соответствует выражению где Е (,-t<),-,= ;, =Т,.

В момент времени напряжейие между обкладками конденсатора 11 доВ момент времени t имеет место з компенсация 1 . Одновременно в момент времени t> no сигналам узла синхронизации в работе устройства происходят те же изменения, что и в момент времени t

Очевидно, что для произвольного числа — h циклов коррекции с одновременным интегрированием сигнала резистивного датчика 5 длительностью

T =t t, =ts Йз В момент окончания последнего (момент времени t6 на фиг.2 между обкладками конденсатора

ll будет присутствовать напряжение

Таким образом, интегрирование входного сигнала в течение фиксированного интервала t6-t,=Ò осуществляется без пропусков информации.

В момент времени t6 сигнал блока

7 синхронизации размыкает второй ключ 15, замыкает первый ключ 4, возвращает первый 1 и второй 13 переключатели в положения, изображенные на фиг.l, а к выходу мультиплексора 14 подключается его третий вход. Ь результате этого напряжение 11 Х,.Х

1 R c, присутствующее на среднем выводе опорного резистора 2, подключается к неинвертирующему входу опера18

6 где R — значение сопротивления ornpl ного резистора 2„

Для удобства дальнейших выкладок положим, что R = const в интервале

t6 t1=2 a 1с = const B интервале

Напряжение между обкладками конденсатора 11 в интервале будет изменяться следующим образом: стигнет (с учетом выражения (2)) значения ционного усилителя 10 и к второму входу блока 8 сравнения, на выходе интегратора 9, а следовательно, и на первом входе блока 8 сравнения присутствует напряжение

U (t6) с (6) 2 cð

-«2т КК + 1.К Т

= — - -- — — — — - — + I R (7) с 4 о 2с

Начиная с момента времени t на"

6» пряжение на выходе интегратора 9 линейно возрастает до момента равенства напряжению U< =I R присутср о 2ср» ствукацему на втором входе блока 8 сравнения. Изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервале

8 описывается выражением и в момент срабатывания блока 8 сравнения имеет место равенство

1495718

Rä = КЛ, +АКд где R — начальное сопротивление

Ао резистивного датчика;

8К вЂ” измеряемое приращение соА противления резистивного датчика.

С учетом этого равенство (10) можно преобразовать к виду

2R 2сР (Rz Rzcp) Rzcp Т (t -Й )-(2- — — — 7

К К 8 К К4 KR 2

Т (12)

М

Rp )

15 примем R

R4 KRAo

2 2 (13) и после очевидных преобразований из выражения (10) получим

T «bR< T

20 (t -t ) — — = — — — — ° (14)

8 6 2 R

Левая часть равенства (14) представляет собой информативный интервал. Обозначив его через Т „,„, из равенства (14) получим окончательное выражение функции преобразования устройства

Т .=- — Т

ДRi (15) амх

Из этого следует, что предлагаемое устройство позволяет получить тот же самый результат, что и известное устройство при длительности цикла пре- образования

Т

Т =-+Т= 1 5 ° Т

Ц .2 t Ф

В известном устройстве длительность цикла преобразования равна 2Т.

Таким образом, быстродействие 4 предлагаемого устройства в 1,3 раза выше, чем известного устройства за счет устранения пропусков информации при интегрировании сигнала резистивного датчик а 5 в течение фиксирован- 45 ного интервала t< — t< = Т.

При этом полностью сбхраняется присущая известному устройству чувствительность и отсутствует усилитель, вносящий в известном устройстве погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения. Следовательно, данное устройство является также более точным.

Для определения знака отклонения измеряемого приращения сопротивления К от начального значения КА домо статочно установить временное положение информативного интервала Т gb® относительно середины фиксированного интервала Т (момент времени t > на фиг,2): если Тз,х заканчивается в момент времени t — приращение счи- .

7 тается отрицательным, если Тв„,х начинается в момент времени t > — приращение считается положительным. Информация о знаке Т ых снимается с второго информационного выхода блока 7 синхронизации.

Формула изобретения

Устройство для измерения приращения сопротивления, содержащее источник тока, выход которого через первый ключ соединен с первым токо- . вым выводом резистивноro датчика, потенциальные выводы которого соединены с входами дифференциального усилителя, опорный резистор со средним выводом, соединенный первым выводом с общей шиной, блок синхронизации, первый управляющий выход кото- . рого соединен с входом управления первого ключа, второй управляющий выход блока синхронизации соединен с входом управления первого переключателя, выход которого соединен через интегратор, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора, который включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, к инвертирующему. входу последнего подключен первый вывод резистора, второй вывод которого является входом интегратора, с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с входом блока синхронизации, первый информационный выход блока синхронизации является выходом знака, второй информационный выход является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены мультиплек" сор, второй переключатель и второй ключ, при этом вход второго ключа соединен с источником тока, выход - с вторым токовым выводом резистивного датчика и с вторым входом второго переключателя, первый вход которого соединен с первым токовым выводом резистивного датчика, -выход второго переключателя соединен с вторым выводом опорного резистора и с вторым информационным входом мультиплексора, лителя интегратора и с вторым входом

1

Ку

Составитель А.Ерхов

Техред Л.Олийнык Корректор Л.Бескид

Редактор С.Пекарь

Заказ 42бО/43 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

9 14 средний вывод опорно го рез исто ра ñîåдинен с третьим информационным входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с вы-. ходом дифференциального усилителя и с вторым входом первого переключателя, первый вход первого переключателя соединен с общей шиной, выход мультиплексора соединен с неинвертирующим входом операционного уси95718 !О блока сравнения, ьторой управляюп;:.й выход блока синхронизации соедп;->e . с управляющим входом второго переключателя и первым управляющим входом мультиплексора, третий управляющий выход блока синхронизации соединен с вторым управляющим входом мультиплек" сора, а четвертый управляющий выход блока синхронизации соединен с управляющим входом второго ключа.