Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 80.1128108 16 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАН ОБРЕТ скому се ельств А 83796/18-2.12.84. БюА.Михеев изанский ра выводу кобиполярныхрационногм преобра тензорезистора, к общемуторых подключен источникимпульсов тока, выход опусилителя является выходзователя, о т л и ч а ютем, что, с целью повышедействия при подключенииторов с помощью длинныхлиний, в него введен двуограничитель, который выпстабилитронах и включенвертирующим входом опералителя и общей шиной, пр У 45Г,И.Нечаевиотехнический олобу- ерения ут 1. 787,913(08 Беклемищев Аппаратура ии и температ ып. 1599, с. торское. св О, кл. С 01(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕАКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯКИИ .СИГНАЛ, содержащийполярных импульсов токный усилитель с цепьюотрицательной обратнойинвертирующим и неинведами операционного усилны два последовательно били резис Ф ль сов точнипульсо о ока,ом тока.(22) 07 (46) 0 (72) А (71) Ря инстит (53) 53 (56) 1 ев В.С формац ИЗМЕНЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕ сточник би- операционзистивной вязи, между ирующим вхотеля включе- оединенных"ос= - ) ст д, - напряжение ста стабилитрона, - сопротивление обратной связи 3 амплитуда импу формируемых ис биполярных имийся ия быстро-, тензорезисроводных торонний олнен на ежду неинионного уси- чем10 11281Изобретение относится к измерителвной технике и может быть использова-, но в преобразователях неэлектрических величин в электрический сигнал, в частности в, тензопреобразователях.Известно устройство, осуществляющее преббразование активного сопротивления датчика (тензорезистора) в электрический сигнал Я,.Недостатком этого у тройства является его сложность, обусловленная наличием пары импульсных трансформаторов. Это особенно проявляется при построении на основе .преобразователя многоканальных устройств. При этом к сложности устройства добавляется еще значительная неидентичность характеристик разных каналов между собой из-за технологическогоразброса параметров импульсных трансфоматоров.Наиболее близким к изобретению является преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал, содержащий источник биполярных импульсов тока, операционный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включеЗО ны два.последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу которых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобра. - зователя, между неинвертирующнм входом операционного усилителя и общей шиной включен резистор 2 .Недостатком известного преобразователя является низкое быстродействие при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий. Проводные линии, соединяющие тензорезисторы с источником тока и операционным усилителем, обладают емкостью по. отношению к общей шине. Это приводит.45 к возникновению переходного процесса при формировании выходного электрического импульсного .сигнала, а следовательно, к снижению быстродействия преббразователя.Длительностьперехоц ного процесса (без учета инерционности операционного усилителя) определяется через постоянную времени С = 0 , где 9 - сопротивление резистора, включенного между неинвертиру ющим входом операционногоусилителя и общей шиной, С . - емкость проводной линии по отношению к общей шине. 08 1Для обеспечения отличия выходного сигнала.от установившегося значения на величину менее 17 необходимо Измерить не ранее, чем .через время 1 = .= 5 ь, Увеличение длины линии связилтензорезисторов с преобразователем, а также увеличение числа каналов(поскольку в известном тензорезисторы всех каналов, а. значит и их линии связи, соединены непосредственно с входами операционного усилителя) приводит к возрастенню длительности переходных процессов, что уменьшает быстродействие преобразователя.Цель, изобретения - повышение быстродействия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе изменения активного сопротивления в электрический сигнал, содержащем источник биполярных импульсов .тока, операционный усилитель с цепью резистивной.отрицатель .ной обратной связи, между инвертирую-. щим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу которых подклю. чен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, введен двусторонний ограничитель, который выполнен на стабилитронах и включен между неинвертирующнм входом операционного усилителя и общей шиной, причемосст1мгде 0- напряжение стабилизации,стабилитрона,Оос - сопротивление резистораобратной связи,- амплитуда импульсов тока,формируемых источникомбиполярных импульсов тока.На фиг. 1 представлена схема преобразователя изменения активногосопротивления в электрическийфсигнал, на фиг. 2 - эквивалентная схемадля расчета переходного процесса.Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал содержит источник 1 биполярныхимпульсов тока, последовательно соединенные тензорезисторы 2 и 3 включены между инвертирующнм и неинверти.рующнм входами операционного усили3 11281 теля 4, резистор 5 отрицательной обратной связи включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, Общий вывод тензорезисторов 2 и 3 подключен к источнику 1 би. полярных импульсов тока, Двусторонний ограничитель 6 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 4 и общей шиной.В установившемся режиме выходной 10 ,сигнал преобразователя описывается выражением 1 Й Ц Вихст о + г 3" ст СмеПолагая величины Д токов питаниятензорезисторов в предлагаемом и из вестном устройствах одинаковыми, оце.ним диапазон величины Ост , при которых обеспечивается преимуществопредлагаемого устройства по сравнению с известньщ, т,е. достигаетсябольшее быстродействие без уменьшения амплитуды выходного сигнала.Сигнал разбаланса в известном устройстве описывается выражениемФ 1 й"ст 30 1где 42аггВ переходном режиме, продолжительность которого определяет быстродействие преобразователя, работа предлагаемсго устройства осуществляется 40 следующим образом.При подаче импульса тока. от источника тока 1 в точку соединения тензорезисторов 2 и 3 ток 3 , независимо от своего направления, разветвля- ется по тензорезисторам 2 и 3. Так как изменение сопротивления тензореэисторов под.действием дефоомации составляет обвяно 10 - 10 отн.ед., то при рассмотрении переходного про цесса можно считать, что токи, текущие по каждому тензорезитссру, равны между собой и имеют величину 1/2. Учитывая это, а также равенство потенциалов на неинвертирующем и инвер тирующем входах операционного усилителя 4, эквивалентную схему для расчета переходного процесса (без учета/ При изменении сопротивления одного из тензорезисторов (например, тензорезистора 2) под действием деформации . на величину й 1 г-, на выходе преобразователя появляется сигнал разбаланса, пропорциональный изменению сопротивления тензорезистора:"стР 2 а,08 4инерционности самого операционного усилителя) можно представить в специальном виде (фиг. 2). Ток 3 /2,заряжает емкость соединительных ли.ний См по линейному закону,щ - .2 С При достижении напряжением на емкос"ти пробоя стабнлитронов 0 ст, зарядпрекращается и наступает установившееся состояние. Из равенства 1 Я= 0 ст находим, время переходного процесса где а - величина резистора обратной связи в известном устройстве. При равнивая выражения (3) и (6), находим минимальное значение Уст , при котором амплитуда выходного сигнала в предлагаемом устройстве не меньше. чем в известном,Э При этом значения 11 предлагаемое устройство, имея одинаковую с изветным устройством амплитуду выходного сигнала, обеспечивает более высокое быстродействие.В известном преобразователе неин. вертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной через резистор к (показан пунктиром, фиг. 2), величина которого для нормальной работы известного преобразователя должна быть равной 8 с Из-за наличия емкости потенциал на неинвертирующем входе операционного усилителя изменяется во времени с постоянной с = См ос1128108 О М Фие.2 Составитель В.Техред Т.Фанта онов КоРРектоР А.Тяс Редактор Н.Бобков ое каз 901 29НИИПИ Госуд , по делам и 13035, Моск ираж 58 рственн Подпио комитета СССРи открытийРаушская наб., д етенииЖ,иал ППП "Патент", г,ужгоро.2 Отмечалось, что переходной процесс 5 можно считать законченным через 1,5 3 СА (в действительности погосрешность преобразования при этом изза неустановившегося режима составляет величину. порядка 17). Сравним полученное время. т, для известно. %го преобразователя,с временем переходного процесса 1 для предлагае- мого преобразователя по выражению (5), Подставляя в выражение (5) значение Ц. из выражения (2), получимся = Р С . Из вражений (2) и (7) определяем соотношением величин 1 и 8при которых амплиту%ды выкодных сигналов в известном. и предлагаемом устройствах одинаковы,= 2 1 оо . Таким образом, дличтельность переходного процесса в устройстве=2 Ст.е, в 2,5 раза меньше, чем в известном устройстве. При этом следует заметить, что в известном устройстве .теоретически при съеме информации% %в момент времени 1 п = 58 Сц пог- ЗО решность преобразования составляет около 1%, в предлагаемом же устройстве - она теоретически отсутствует. Сделанное предположение о безинврционности операционного усилителя спра- з 5 ведливо при значительном удалении (десятки метров) тензорезисторов от источника тока и операционного усилителя, а также пои большом числе каналов.Из выражения (3) видно, что с Увеличением Ос амплитУДа выхоДного сигнала преобразователя увеличивается. Однако при этом быстродействие преобразователя ухудшается (выражение (5. Оценим максимальную величи. ну 0 с 1 , при которой предлагаемое устройство еще обеспечивает более высокое быстродействие по сравнениюс известным устройством. Отмечалось, что в известном устройстве переходный процесс можно считать закончившимся через время 1 п = 56 о С Вч н.предлагаемом устройстве это время определяется выражением (5), т.е.20 Сст мч Из условия 1 1 получим"стмакс = 251 йос (9)Таким образом, из выражений (7)и (9) получаем диапазон величин Опри которых предлагаемое устройство,обеспечивая более высокую точностьпреобразования, имеет более высокоебыстродействие по сравнению с извест.ным устройством.Экспериментальные исследованияпреобразователя изменения активногосопротивления в электрический сигналпоказывают, что предлагаемый преобразователь обеспечивает более высокоебыстродействие по сравнению с известным техническим решением при подклю 1 чении тензорезисторов с помощьюдлинных проводных линий,Уюежж