Имитатор дискретного приращения сопротивления тензорезистора

 

Изобретение относится к средствам измерения неэлектрических величин электрическими измерительными преобразователями и может быть использовано для имитации ступенчатого приращения сопротивления тензорезистивных или терморезистивных датчиков при градуировке последующих звеньев измерительных систем. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения влияния на выходной сигнал градуируемой системы сопротивления коммутирующего элемента 5, включение в цепи шунтирующего резистора 4 которого дает скачкообразное изменение сопротивления имитатора. Цель достигается подключением двух дополнительных резисторов 2 и 3 соответственно к токовому и к потенциальному выводам опорного резистора 1, соединенным с разными концами этого резистора. Имитатор позволяет снизить погрешность, вносимую нестабильностью сопротивления коммутирующего элемента. 1 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для имитации тензорезисторных датчиков и тензометрии при калибровке измерительных приборов.

Известен имитатор дискретного приращения сопротивления тензорезисторов с параллельным шунтом [1]. Точность такого имитатора невысока из-за значительного влияния сопротивлений соединительных и выводных проводников имитатора.

Известен также имитатор дискретного приращения сопротивления тензорезисторов с параллельным шунтом, включаемый в цепь по четырехпроводной схеме [2]. Здесь влияние сопротивлений выводных проводников исключается многопроводным включением имитатора в измерительные цепи с использованием потенциальных и токовых выводных проводников. Однако влияние сопротивления коммутирующего элемента включения шунта в особенности при быстрых (порядка нескольких тысяч в секунду) переключениях, необходимых для поверки быстродействующих измерительных приборов и систем, остается существенным. Требование высокого быстродействия обязывает использовать для включения шунта в схему имитатора бесконтактных коммутирующих элементов типа МОП-транзисторов, имеющих значительное сопротивление в открытом состоянии. Коммутирующие элементы, например, типа 590КН5 обладают сопротивлением в открытом состоянии порядка 70 Ом. Относительная погрешность такого имитатора определяется выражением: d = R₅ ΔR/R²₁, где R₅ - cопротивление коммутирующего элемента шунта; ΔR - приращение сопротивления имитаторов; R₁ - опорное сопротивление имитатора. Для реальных значений тензометрии (R₁ = 120 Ом, ΔR = 4,80 м, R₅ = 70 Ом) d = 2,3%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является имитатор, содержащий опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой - одним концом к потенциальному выводам одного конца опорного резистора и шунтирующий резистор с коммутирующим элементом, подключенный к свободным концам дополнительных резисторов.

Относительная погрешность здесь определяется выражением: d = R₅ ΔR/R₃ R₂, где R₂ и R₃ - cопротивления дополнительных резисторов, например, при R₂= R₃ = 480 Ом, R₁ = 120 Ом, Δ R = 4,8 Ом, R₅ = 70 Oм имеем: d = 0,15%, что недостаточно для прецизионных имитаторов.

Целью изобретения является повышение точности имитатора.

Это достигается тем, что в имитаторе дискретного приращения сопротивления тензорезистора, содержащем опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой - одним концом к потенциальному выводу, и последовательно соединенные шунтирующий резистор и коммутирующий элемент, свободные концы которых соединены соответственно со свободными концами дополнительных резисторов, дополнительные резисторы подключены соответственно к токовому и потенциальному выводам, соединенным с разными концами опорного резистора.

На чертеже представлена схема имитатора дискретного приращения тензорезистора.

Имитатор содержит опорный резистор 1 (R₁) c токовыми и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора 2 и 3 (R₂ и R₃), подключенных к токовому и потенциальному выводам разных концов опорного резистора, шунт 4 (R₄) и соединенный с ним последовательно коммутирующий элемент 5 (R₅), подключенные к концам дополнительных резисторов R₂ и R₃.

Устройство работает следующим образом. Работа имитатора описывается системой уравнений: I = i₁ + i₄ U = i₁R₁ - i₄R₃ U = i₄R₄ - i₁R₂, откуда: ΔR= R₁(R₁+R₂+R₃) + R₂R₃)/(R₁+R₂+R₃+R₄) R₄ = R₁((R₁+R₂+R₃)+R₂R₃))/ ΔR-R₁-R₂-R₃ В реальном случае: ΔR^* =R₁((R₁+R₂+R₃)+R₂R₃))/(R₁+R₂+R₃+R₄+R₅), поэтому погрешность: d = 1 - ΔR^*/ ΔR = =R₅/(R₁+R₂+R₃+R₄+R₅₎ C другой стороны: d= R₅ΔR(R²₁+R₁R₂+R₁R₃+R₂R₃) Для прототипа = 0,09%.

Таким образом, подключение дополнительных резисторов 2 и 3 (R₂ и R₃) соответственно через токовый и потенциальный выводы к разным концам опорного резистора обеспечивает снижение погрешности, вносимой сопротивлением коммутирующего элемента 5.

Изобретение позволяет значительно повысить точность имитаторов дискретного приращения сопротивления тензорезистора за счет уменьшения погрешности, вносимой коммутирующим элементом быстродействующих бесконтактных имитаторов, и повысить уровень метрологических работ по аттестации быстродействующих измерительных приборов и систем.

Формула изобретения

ИМИТАТОР ДИСКРЕТНОГО ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРА, содержащий опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой одним концом - к потенциальному выводу, и последовательно соединенные шунтирующий резистор и коммутирующий элемент, свободные концы которых соединены соответственно со свободными концами дополнительных резисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительные резисторы подключены соответственно к токовому и потенциальному выводам, соединенным с разными концами опорного резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1