Устройство для измерения изменений сопротивления

СОЮЗ СОВЕТСНИХшмаюмкниРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНк автсноМУ СЕИдетгльству. 1ФАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е,П. Осадчего М ффМашиностроениеф, 1979, с, 54.2. Бауман Э., Измерение сил электрическими методами, М., фМирф 1,1978, с. 271 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯИЗМЕРЕНИЯ .ИЗМЕНЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее мостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена к первому блоку питания, цифровой де- .литель 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 однимвходом компаратора напряжений, другой вход которого соединен с одной,801022059 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-Е 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 соединен с выходом генератора единицы, выход блока сложения соединен с вто- ,ффф рым входом блока перемножения, вы-ход которого соединен .с блоком индикации,ключена к первому входу дифференциаль 45 55 60 ного усилителя, второй вход которо" го подключен к общей точке второй ветви второй мостовой цепи, а выход дифференциальногоусилителя подклю" чен к компаратору напряженый 2 1.Недостатком его является то, что при уравновешивании выходного напряжения первой мостовой цепи напря" жением, 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 вгорой мостовой цепи, и которой переменными являются два плеча одной нетви, которая тем больше, чем больше относительное 50 изменение сопротивления плеча второймостовой цепи, что ограничивает верх 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 отношени 1, имеющих равные сопротивления 1,Недостаток его состоит в том, что при компенсационном методе измерения 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. 25Наиболее 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, состанленной 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 относительного изменения сопротивления допустимойпогрешностью.Цель изобретения - повышение точности измерения и расширения диапазона измерения относительного изменения сопротивления,Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения из"менений сопротивления, содержащеемостовую измерительную цепь, диагональ питания которой подключена кпервому блоку питания, цифровой делитель напряжения, один нерегулируемый вывод которого соединен с одной из вершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи и спервой клеммой второго блока питания,а регулируемый вывод - с одним вхо,дом компаратора напряжений, другойвход которого свединен с одной извершин измерительной диагонали мостовой измерительной цепи, выход компаратора напряжений соединен с входом блока управления, один выход которого соединен с регулируемым ныводомциФрового делителя напряжения, введены блок памяти, блок деления надва, блок перемножения, генераторединицы, блок сложения, блок индикации и дополнительный резистор, включенный между вторым нерегулируемымвыводом цифрового делителя напряжения и второй клеммой второго блокапитания, вход блока памяти подклю",чен к втОрому выходу блока упранления,а выход его суединен с входами блока деления на дна и блока перемножения, выход блока деления на двасоединен с одним входом блока сложения, другой вход которого соединенс выходом генератора единицы, выходблока сложения соединен с вторымвходом блока перемножения, выход которого. соединен с блоком индикации.Укаэанные отличительные признакипозволяют уменьшить погрешность отнелинейности эа счет коррекций ре.зультата измерения и расширить диапазон измерения в.сторону увеличе"ния верхнего предела измерения относительного изменения сопротивления.На чертеже приведена структурнаясхема устройства,Устройство содержит мостовую иэ"мерительную цепь 1, блок 2 питания,компаратор 3 напряжений, дополнительный резистор 4, цифровой делитель 5напряжения, блок 6 управления,. блок7 питания, блок 8 памяти, блок 9 деления на дна, блок 10 перемножения,блок 11 индикации, блок 12 сложения,генератор 13 единицы.В устройстве две вершины диагонали питания мостОвой измерительнойце-и 1, подключены к первому источнику 2 питания, одна вершина измериИэ условия равновесия напряжений О :0 можно определить гк, приравнивая йравые части выраженйй (2) и (3) и решая полученное уравнение относительно ГК, получим: При условии О:0 выражение (4)упрощается"д : - Е, (6) К 4 1 где Ом - выходное напряжение мостовой измерительной цепи)О - напряжение питания мостовой измерительной цепи 40(выходное напряжение первого источника питания)-,К - коэффициент симметрии мостовой измерительной .цепи;Е - относительное изменение сопротивления первого плечамостовой измерительнойцепи.При К = 1 выражение (1) принимаетвид О Е.1, (2)50м 411+ юмГ2Выходное напряжение делителя определяется выражением55.где 0 - выходное напряжение делителяф02 " напряжение питания делителя(выходное напряжение второго блока питания); 0Ск - часть сопротивления делителя, с которой снимается компенсирующее .напряжение,Й - полное сопротивление делителя. 65 Если бы было известно действительное значение Е 1, то погрешность можно бы.было устранить путем умножения результата на множитель (1+В/2) Однако действительное значение неизвестно, а известна его оценка 6 ф.Тем не менее,; умножением результата измерения Еф на множитель (1+ Рф/2) удается снизить погрешность результата измерениятельной диагонали мостовой измерительной цепи подключена к первому нерегулируемому выводу цифрового делителя 5напряжения и к первой клемме второго,блока 7 питания, вторая вершина измерительной диагонали подключена к 5первому входу компаратора 3 напряжений, Дополнительный резистор 4включен между вторым нерегулируемымвыводом цифрового делителя 5 напряжения и второй клемМой второго блока 7 питания. Регулируемый вывод цифрового делителя 5 напряжения подключен к второму входу компаратора 3 напряжений, Выход компаратора 3 напряжений подключен к входу блока 6 управления, выходы которого подключены ,к входу (управляющему) цифрового делителя 5 напряжения и к входу блока8 памяти, а выход последнего одновременно подключен к входам блока 9 деления на два и блока.10 перемножения Выход блока 9 деления на дваподключен к первому входу блока 12сложения, к второму входу которогоподключен выход генератора 13 единицы, а выход блока 12 сложения подключен к второму входу блока 10 перемножения, восход которого подключен к блоку 11 индикации.Устройство работает следующим образом.Выходное напряжение мостовой измерительной цепи при ъ,=го ч,:Р (4) к- д О 4(Р+1 Р) Как следует иэ (5) зависимость Ь от Е нелинейна. Для расчета общего сопротивления Рд делителя выражение (5) следует привести к линейному виду Общее сопротивление делителя Рд можно рассчитать, задавшись верхним пределом измерения , и величиной ю) соответствующей этому пределу. Так, для Е =Ю,01 и =10 ЮЮ Ом сопротивление Рд 4000000 м, а для5 :0,1 и том же значении гк общее сопротивление делителя Р Ом. Добавочное сопротивление я определяется по фцрмулеА В = й - г . (7)Выполнение этих условий позволяет получить отсчет относительного изменения сопротивления в виде-10 (8) где Е" - отсчет относительного изменения сопротивления,гк - введенное значение сопротивления магазина в Ом 3 -ахс которого сиимается компенсирующее напряжение,и - показатель степени, целоечисло.Как следует из (5) отсчет Еф будет получен с погрешностью6 д/ ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Филиал ППП .Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Например, при0,1 отсчетй: 0,095238, что дает погрешностьМ,7. После коррекции по Формулеф 10) значение Е " составит 0,099773,что дает погрешйость ж 0,23,Эту операцию можно проделать многократно в соответствии с выражениемЯ:Е м -(11)пн О 21где й - оценка (результат) измеренияфп - пбрядковый номер результата после коррекции.В соответствии с этим результатизмерения запоминают в блоке 8 памяти. С выхода блока 8 памяти сигналы одновременно поступают в блок9 деления на два и на первый входблока 10 перемножения. С выхода блока 9 деления на два получают сигнал 2 Оф/2, который поступает на первыйвход блока 12 сложения, на второйвход которой поступает ф 1 фф с выхода генератора 13 единицы, На выходе блока 12 сложения получают 25сигнал 1 + Е"/2, который поступаетна второй вход блока 10 перемножения.В результате на выходе блока 10 перемножения получают сигнал б а(1++Е/2), который и поступает в блок 11 индикации.Эффективность предлагаемого -технического решения видна иэ сооставления погрешностей результата измерения.до коррекции и после. При действительном значении б0,1 результат измерения, в соответствии с (9) будет равен 6=0,095238, что дает погрешность э Ф 47После 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 (11) результат будет 62=0,069989, что дает погрешность ууФ 0,01, т.е. по сравнению с результатом первого измерения погрешность снизилась в 470 разВведение новых блоков позволяет добиться,во-первых, существенного снижения погрешности и, во-вторых, расширения диапазона измерения в сторону больших значений.Это позволяет повысить качество измерений и расширить Функциональные возможности устройства.