Преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов

 

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

11ц659988

Йон1з Саветскнх

Соцнапнстнческих

Республик

УФл7м

> Ф: т (61) Дополнитслын1с к авт. спид-ву (22) Заявлено 05.03.76 (21) 2331432/18-21 с присоедиие1шсм заявки М (23) Приоритет \1 К,>1

G 01R 27/00

Государственный комитет

С С С P (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень М 16 (53) УДК 621.317.3 (088.8) по делам изобретений н открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.79 (72) Автор изобретения

E. А. Силаев (71) Заявитель

Объединенный институт ядерных исследований (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

В ПЕРИОД СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение предназначено для использования в измерительной технике для непосредственного или дистанционного измерения активного сопротивления. В частности, он может быть использован для дистанционного измерения температуры с помощью датчиков сопротивления.

Известен преобразователь активного сопротивления в частоту или период следования импульсов на основе интеграторов с переключением направления интегрирования, в котором имеются два источника тока различного направления, являющиеся источниками зарядного и разрядного токов для интегратора и попеременно подключаемые к входу последнего. В то время, как один из источников подключен к интегратору, второй подключается к датчику сопротивления и служит для него источником измерительного тока. Цепь датчика подключена к одному из входов компаратора, а на другой вход подается линейно изменяющееся напряжение с выхода интегратора. Компаратор фиксирует моменты равенства этого напряжения с падением напряжения на датчике. В моменты такого равенства с помощью токовых переключателей изменяется направление интегрирования и направление измерительного тока.

Последний протекает через датчик все время (лиш1. периодически меняя направление).

Однако мощность, выделяемая в датчике при протекании измерительного тока для

5 многих примснени11 (напримср, для низкотсмпсратурной термометрии) является источником погрешности, связанной с паразитиым разогрсвом датчика. Попытка снизить мощность расссяния умсньшеьп1см вс10 личины измерительного тока может привести к тому, что падение напряхксния на датчике станст соизмеримым с уровнем помех, наведенных на датчик, и шумом, действующим на входе компаратора. Ъ меньшенис

15 отношения сигнал/шум на входе компаратора ведет к снижению точности преобразования. Кроме того, использование в этом преобразователе источников токов разл1гч1>ого направления приводит к нсобходимо20 сти в1>1волнят1> их lla транзисторах противопочожнь!х тll110H 11p0130ällмости и испо;!ьзовать для пих разные источники опорного напряжения, что ухудшает воспроизводимость и температурную стабильность ха25 рактсристик преобразования.

Другим недостатком известного преобразователя является большая требуемая емкость конденсатора в интеграторе, особен30 но когда псриод преобразования задан (5(g(1c>8 большим, а сопроти(зление,.i.(тчи«а невелико.

Если сопротивление датчи«я Р,,==-100 Ом, а требуемый период Т,= — 10 мс, тогда конденсатор в интеграторе прототипа должен иметь емкость

С T /Я,. = 10 10 /100 100 ((«Ф.

Точный конденсатор приемлемых габаритов с такой смкост(по рсялнзовят(пря«ги (сс«и невозможно.

IICль10 nnOá1)CTC!»151 5113.!ясг sl сн, 15«C(»(C (Рсднсl! . 51()((i nocTII и:3>>(с() и те Il>li()1 () ток 1, рассеиваемого датчиком сопротивления, и на этой основе повышение гочности измерения, а также умеш шсьн!с требуемой емкости накопительных конденсаторов в интеграторе.

Это достигается тем. по преобразователь я«тивного сопротивления 13 период следования импульсов, содержащий дич)фсренп нальный ин ГегратОр, c!35(3 »»(«!(1(с Одним из входов компаратора, другой в. од которого подклю (е!(и преобразуемому резистору, источник опорного »a»ps(5(ac!!(15!, источники образцовых измерительного, зарядного и разрядного токов, i также два ключа, снабжен делителем тока, включенным между выходом источ)»»(я образцового разрядного тока и ннвсртирующим входом дифференциального 3»(тсграторd, нсинвсртирующий вход которого подсосд(шсн «выходу источника образцового зарядного тока через псрвый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор под«;ilo»c!(к выходу источника образцового измерительного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомянутыми исто шиками образцо13ых токов, причем источни(;и измерительного и разрядного токо(з вынолнсны ня согласованной парс транзистор()в.

1-Iа черте)ке представлена схема предлагаемого преобразователя.

on содсрзкит дифференциальный интегратор 1, компаратор 2, преобразуемый резистор 3, источник измерительного тока 4, источник зарядного тока 5, источник разрядного тока 6. делитель разрядного тока

7, токовыс кл!Очи 8 и g, источник опорного напряжения 10.

Выход дифференциального пнтсгр пора 1 соединен с одним из входов (например, инвертирующпм) компаратора 2. Преобразуемый резистор 3 нодклю (сн и другому входу (например, нсипвертирующему) компаратора. К этой же точке через токовый ключ 9 подключен источник измеригельного тока 4. Источник 6 через делитель тока

7 подключен к инвертирующему входу интегратора, к неинвертирующему входу интегратора через токовый ключ 8 присоединен источ н и к 5.

Токовые ключи 8 и 9 управляются нанряжение (с выходя ком(!аратора 2. Этот

5ке выход является выходом устройства.

Пусть v некоторый мо.,;с(п времени на выходе компаратора уст;(повился потенциал (например, отрицательный), при которо)i то((овыс «.!In>(I(8 i! 9 замки (тьl. Тогда

»o;l, во 3>дс!1(стn((cм ря:3 ности з((рядного разрядного токов напряжe»nc па выходе интегратора будет линейно изменяться (на10 пример, увеличиваться по абсогпотной вели(nnc). Когда оно стянет равным пяденг»о няпря)кения ня датчике с()противления (в р(х(ул ь ((т(. и >рот(K nil I(51 (с(рея пос 1 сдний . (3мерительного то«я от источника 4), c«3>(1> ком изменится напр51)«снис на выходе компаратора. Токовые ключи 8 и 9 разомкнутся, а напряжение на (31.(ходе интегратсра станет изменяться в противоположную сторону под воздействием только одного раз20 рядного тока, постоянно воздействующего от источника 6 через делитель тока 7 на инвсртирующий вход интегратора. В э. от период време!ш измерительный ток через преобразуемый резистор нс протекает и па2,-, денис .(апряжения на нсм равно нулю.

Когда напряжение на выходе интегратора станет равным нулю, снова срабатывает

«омпаратор, замыкающий токовые ключи 8 и 9. После этого все процессы в схеме )lo10 втор яlо res(.

Зависимость периода выходных импульсов Т,. от величины преобразуемого сопротивления Iiaxодят из условия равенства зарядов -- на«опленного и(псгрятором при

35 действии зарядного тока за время (; и у:(ссснпого разрядным током за период T„:

Т,. —. I.,f,./l, I(, „ (1) величина измерительного тока от источника 4; величина зарядного тока от !сточника 5; величина разрядного тока от источника 6; коэффициент деления разрядного тока; емкость интегратора; величина преобразуемого сопротивления. яя (2) в (1), получают

> б

>б

C-—

R,.— яя

Подставл

Т,. =Юд (fs > (> ;() G0

Скважность импульсов измерительного зарядного токов Х б

Ц:

E,к, (4) где /(время, в течение которого замк40 путы ключи 8 и 9; ()II<) Р Я (3 ИО

Iaaf;,,Ñ 9 (- )

,к, 659988

Подставляя (4) в (3), получают

T = . PC. (5)

Ч 1 6+it

Для того чтобы снизить среднюю мощность рассеяния в датчике, не снижая точности преобразования, требуется пропускать через датчик импульсы измерительного тока с высокой скважностыо

q)) 1. (6) Кроме того, для получения высокой воспроизводимости и термостабильности характеристики преобразования источники 4 и 6 измерительного и разрядного токов соответственно предлагается выполнить на согласованной паре транзисторов с равными величинами токов 4 6.

Из (5) с учетом условий (6), (7) получают выражение для характеристики преобразования

Т РС к д (8) 25

Отсюда видно, что характеристика преобразования линейна, а ее стабильность зависит только от стабильности емкости интегратора и стабильности пассивного де- З0 лителя тока.

Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает возможность протекания через датчик импульсов измерительного тока со сколь угодно большой скваж- Ç5 ностыо, зависящей от отношения зарядного и разрядного токов (см выражение (4)).

Этим достигается понижение разогрева датчика измерительным током и уменьшение связанной с этим погрешности. Вместе 40 с тем это позволяет уменьшить требуемую емкость накопительного конденсатора в интеграторе на величину, равную коэффициенту деления разрядного тока. Применение источников образцового тока на одно на- 45 правление позволяет подключить их к одному общему источнику опорного напряжения, а источники измерительного и разрядного токов (отношение которых определяет коэффициент преобразования — см. выражение (5)) выполнить на согласованной паре транзисторов. Это улучшает точность и воспроизводимость коэффициента преобразования.

Формула изобретения

1. Преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, содер>кащий дифференциальный интегратор, связанный с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к преобразуемому резистору, источник опорного напряжения, источники образцовых измерительного, зарядного и разрядного токов, а также два ключа, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности, связанной с разогревом датчика измерительным током и снижения требуемой емкости накопительного конденсатора, он снабжен делителем тока, включенным между выходом источника образцового разрядного тока и инвертирующим входом дифференциального интегратора, неинвертирующий в|од которого подсоединен к выходу источника образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцовгIo измерительного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомянутыми источниками образцовых токов.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения стабильности и воспроизводимости коэффициента преобразования, источники измерительного и разрядного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.

659988

Редактор Е, Караулова

Заказ 689/6 Изд. М 297 Тираж 1089 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель П. Лягни

Техред Л. Котова

Корректоры: P. Беркович и Т. Добровольская