Устройство для измерения приращения сопротивления

(5) 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТЕККЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В.В.Родионов и В.А,Иаглыш (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте(56) Авторское свидетельство СССР В 463931, кл. С 01 К 27/16, 1975.Авторское свидетельство СССР У 976398, кл. С 01 К 27/02, 6 01 К 17/10, 1982.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее измерительный мост, три плеча которого образованы резисторами, а четвертое - зажимами для подключения измеряемого резистора, источник напряжения, первый вывод которого через первый резистор подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора, а через второй резистор подключен к первому входу усилителя раэбаланса и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму зажиму для подключения измеряемого резистора и к выходу инвертирующегоусилителя, первый вход которого подключен к второму входу усилителяразбаланса и к третьему зажиму дляподключения измеряемого резистора,второй вход инвертирующего усилителяи второй вывод источника напряженияподключены к общей шине устройствао т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения,в него введены неинвертирующий усилитель, четвертый и пятый резисторы,причем четвертый резистор подключенмежду первым входом усилителя разбаланса и выходом неинвертирующегоусилителя, вход которого подключен кпервому зажиму для подключения измеряемого резистора, а пятый резисторподключен между входом и выходом неинвертирующего усилителя, выход усилителя разбаланса соединен с выходной клеммой устройства.252 1 1185Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может бытьиспользовано при дистанционном измерении приращения сопротивления,например, при измерении температуры,Цель изобретения - повышение точности измерения путем уменьшениявлияния сопротивлений трехпроводнойлинии подключения измеряемого резистора. ОНа чертеже представлена функциональная схема устройства.Устройство для измерения приращения сопротивления содержит источник1 напряжения, резистивный мост 2,измеряемый резистор 3, усилитель 4,раэбаланса, инвертирующий усилитель5, первый зажим 6 для подключения резистора 3, второй зажим 7 для подключения резистора 3, третий зажим 8 для 20подключения резистора 3, выходнуюклемму 9 устройства, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы, резистор 14 усилителя 4, не.инвертирующий усилитель 15, пятый ре-дзистор 16, резисторы 17 и 18 неинвертирующего усилителя 15,1Первый вывод источника 1 напряжения подключен к диагонали питания реэистивного моста 2 и через первый реэистор 10 подключен к первому зажиму 6 измеряемого резистора 3, а через второй регистор 11 подключен к первому входу усилителя 4 разбаланса, первый вход которого через третий резистор 12 подключен к второму зажиму 8 измеряемого резистора 3 и к выходу инвертирующего усилителя 5, первый вход которого подключен к второму входу усилителя 4 разбаланса и к третьему зажиму 7 измеряемого резистора 3, второй вход инвертирующего усилителя 5 и второй вывод источника 1 напряжения подключены к общей шине устройства, пятый резистор 16 под ключен между входом и выходом неинвертирующего усилителя 15, четвертый резистор 13 подключен между первым входом усилителя 4 разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя 15, вход 50 которого подключен к первому токовому зажиму 6 измеряемого резистора 3.Устройство работает следующим образом.Питание моста обеспечивается ис точником 1, например, переменного прямоугольного напряжения, поэтому используемые ниже для краткости термины напряжение и ток означают переменную составляющую напряжения и переменную составляющую тока.Напряжение одного зажима измерительной диагонали моста 2, к которому подключен первый вход инвертирующего усилителя 5, поддерживаетсяэтим усилителем бливким к нулю (относительно общей шины устройства), чтообеспечивает отсутствие синфазногосигнала на втором входе усилителя 4разбаланса.Напряжение на втором зажиме измерительной диагонали моста 2, подключенном к первому входу усилителя 4разбаланса, поддерживается этим усилителем также близким к нулю за счетотрицательной обратной связи с еговыхода на его первый вход.Это обеспечивает линейное преобра.эование приращения сопротивления измеряемого резистора 3 в напряжение,поступающее на выходную клемму 9.Предположим первоначально, чтосопротивления зажимов 6 и 8 равнынулю. Тогдавходное .напряжение неинвертирующего усилителя 15 равно нулю, как и его выходное и токи черезрезисторы 13 и 16 не протекают.Если входные сопротивления и коэффициенты усиления в разомкнутомсостоянии используемых усилителейдостаточно велики, .то напряжениеЬ на клемме 9 в соответствии с извыхложенным будет1 Жц (Ре В-РьГ и)П (1)ф Н,Е., К,где Н - напряжение источника 1,Кз - сопротивление измеряемогорезистора 3,Ея эН,.К,Е, сопротивления резисторов10, 11, 12 и 14.Из формулы (1) видно, что выходное напряжение пропорционально приращению измеряемого резистора.Предположим, что сопротивленияЕ и к зажимов 6 и 8 отличны от ну 6 8ля. Компенсация падения напряженияна первом зажиме 6 осуществляется сиспользованием положительной обратной связи в усилителе 15 путем подачи дополнительного тока с выходаусилителя 15 через пятый резистор16 так, что ток через зажим 6 ичерез измеряемый резистор 3 не зависит от сопротивления зажима 6. Этаобеспечивается при(2) К, =К(К),5 О 15 20 о 13 К 6 КК 12тм. ь 25 30 35 где К - коэффициент усиления усилителя 15.Компенсация падения напряжения на втором зажиме 8 осуществляется путем подачи компенсирующего тока через четвертый резистор 13 в другую ветвь моста. Падение напряжения онайе втором зажиме 8 искажает информацию о величине сопротивления измеряемого резистора 3, вызывая дополнительный ток 1 через резистор 12 й 1 = як /К, (3) Для того, чтобы вызванное этим увеличение тока через резистор 12 не привело к изменению выходного напряжения усилителя 4, необходимо на первый вход этого усилителя подать ток такой же величины, но с обратным знаком,При этом сопротивление К резис 8 тора 13, очевидно, должно быть где 0 - напряжение на выходе усилителя 15.При одинаковом сопротивлении зажимов 6 и 8 получим К 1 з (5)Таким образом, при трехпроводной линии подключения и при известном соотношении сопротивлений токовых выводов осуществляется компенсация падения напряжения на втором зажиме 8Устройство может быть использовано при измерении на переменном то ке, например, как в прототипе.Повышение точности измерения осу ществляется за счет меньшей погрешности из-эа конечного коэффициента ослабления синфазного сигнала, так 45 как на входах усилителей 4 и 5 синфазный сигнал отсутствует, а на входе усилителя 15 сигнал пропорционален только падению напряжения на первом токовом зажиме и не зависит от падения напряжения на измеряемом резисторе (и на втором зажиме).Составляющая погрешность измерения, определяемая погрешностью компенсации зажимов 6 и 8, пропорциональ 55 на отношению К /К . Кроме того, относительная погрешность компенсации первого зажима 6 пропорциональна отклонениям резисторов 16, 17 и 18 от расчетных значений, а также пропорциональна отношению К,/К а отно 1 Осительная погрешность компенсации второго зажима 8 зависит от отклонений резисторов 13, 17 и 18.Для часто встречающегося случая, когда ККз и одинаковый относительной погрешности с" резисторов 13, 16, 17 и 18, погрешность компенсации первого зажима 6 в К /К раэ меньшеа ЭУ чем второго зажима 8, и поэтому может не учитываться. С этой точки зрения залим 6 представляет собой лишь ме-ру сопротивления зажима 8, по величине которого и компенсируется сопротивление зажима 8. Возможно использование данного устройства на постоянном токе с учетом дополнительных факторов. Смещение нулевого урсвня усилителей 5 и 15 (в худшем случае их сумма) может вызвать дополнительный ток в обеих ветвях моста. Смещение нулевого уровня усилителя 4 вызовет дополнительное изме. нение тока в ветвях моста. Причем, 1если обеспечить условие (2) - частичная компенсация уходов резисторов 17, "8 и суммы - для худшего случая - смещений нулевых усилителей 5 и 15, то величина четвертого резистора (резистор 13) получается близкой к величине резистора 12 и К=1,1-2 (при К К ), что увеличивает ток через резистор 13 из-за смещения нулевого уровня усилителя 4.Если зто недопустимо, то необходимо выбирать К большим и приближать значение резистора 10 к резистору 3, что приведет к увеличению резисторов 13 и 16 и уменьшит влияние смещения нулевого уровня усилителя 4 и обеспечит почти на порядок мень. шую погрешность, обусловленную схемой компенсации.Таким образом, предлагаемое устройство может быть применено для измерения приращений температуры, например, в преобразователе приращения сопротивления в период, а также для измерения приращения температуры при безбарокамерном методе контроля герметичности по "спаду" давления, точность которого в значи-. тельной степени определяется точностью измерения приращений температуры за время зачетной паузы, так как приращение температуры внутри конт1185252 ВНИИПИ Заказ 6359/41. Тираж 747 Подписное филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 ролируемого объекта вызывает изменение давления в нем, не связанное с его герметичностью, и должно быть учтено при обработке результатов измерения.Резистивные датчики температуры размещаются внутри контролируемого объекта. Для получения среднеобъемного значения температуры датчики соединяются последовательно (например, десять последовательно соединен ных термопреобразователей по 100 Ом каждый при 0 С), что позволяет обойтись минимальным количеством проводов для внутренних соединений, несколько уменьшает динамические и статические ошибки из-за теплоемкости и теплопроводности соединительных проводов, а также улучшает соотношение сигнал/шум и влияние сопротивления внешней соединительной линии, погрешность компенсации которой зависит от соотношения сопротивления ликии к величине измеряемого сопротивления.Трехпроводная линия в данном случае позволяет несколько скомпенсировать динамические ошибки участковлинии (образующие второй зажим 8)между отдельными последовательносоединенными датчиками в случае, если длина этих соединительных провод.ников равна длине (внутри объекта)1участка другого непрерывного проводапергый зажим 6, точнее часть его), под 1 б ключенного к крайнему датчику в цепиих последовательного соединения ипроложенного по этой цепи в обратномнаправлении (обратный провод), чтообеспечивает также минимальную площадь витка последовательного соедине"ния датчиков и уменьшения влиянияпомех и наводок. Другая часть соединительной линии расположена снаружиобъекта для связи с измерительной б аппаратурой. Повышение точности измерения приращения температуры позволяет повысить точность контроля герметичноср ти или при некоторой заданной точности контроля уменьшить время контроля герметичности (уменьшить время зачетной паузы).