Преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов

1 1 659988т Союз Советскнх Соцнапнстнческих Республик(088.8) по делам изобретений н открытий(45) Дата опубликования описания 30.04.79(71) Заявитель Объединенный институт ядерных исследований(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ПЕРИОД СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ2 1Изобретение 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 (лишь периодически меняя направление),Однако мощность, выделяемая в датчикепри протекании измерительного тока для5 многих примснени 1 (например, для низкотсмпсратурной термометрии) является источником погрешности, связанной с паразитиым разогрсвом датчика. Попытка снизить мощность расссяния умсньшеьп 1 см вс 10 личины измерительного тока может привести к тому, что падение напряжения на датчике станст соизмеримым с уровнем помех,наведенных на датчик, и шумом, действующим на входе компаратора. Уменьшение15 отношения сигнал/шум на входе компаратора ведет к снижению точности преобразования. Кроме того, использование в этомпреобразователе источников токов разли 11;ого наиравлсия приводит к нсобходимо 20 сти вынолпять их а транзисторах противоположньх тиГ 10 н проводимости и испо;ьзовать для пих разные источники опорногонапряжения, что ухудшает воспроизводимость и температурную стабильность ха 25 рактсристик преобразования. Другим недостатком известного преобразователя является большая требуемая емкость конденсатора в интеграторе, особен но когда псриод преобразования заданбольшим, а сопротцвлец)ДЕ)тчиа невелико.Если сопротивление датчика Р=1000 м, а требуемый период Т"=-10 мс, тогда конденсатор в интеграторе прототипа должен иметь емкостьС Т,./Йв: 10 10 /100 100 мкФ.Точный конденсатор приемлемых габаритов с такой емкостью рсалцзоват 1 цраги 1 ссц невозможно.Псль 0 изобрстсЕц 51 51 Б,Еясгс 51 сц Ежсццс СРСДЦС 1 .1 ОЦЕЕОСТЦ 1 ЗХЕСРЦТСЛЕ 1 Е)ГЕ) ТОК)1, рассеиваемого датчиком сопротивления, и ца этой основе новьиецис гочцости измерс 1 еия, а также уъсцешсц 1 с рсбусх 011 смкости накопительных конденсаторов в интеграторе.Это достигается тем, что преобразователь атЕвного сопротивления и период следования импульсов, содержаЕций дич)фере)- ццальный интегратор, связаш)ьш с одецв цз входов компаратора, другой вход которого подключее и преобразуемому резистору, источник опорного напряжения, источники образцовых измерительного, зарядного и разрядного токов, и также де)а ключа, снабжен делителем тока, включенным мс 5 кду выходом источш)ка образцового разрядного тока и ццвсртирующим входом дифференциалиого ш)тсгратора, цсицвсртирующий вход которого подсосдешсн к выходу источника образцового зарядного тока через псрвый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подлочсн к выходу источника образцового измерительного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выходом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомянутыми истошиами образцовых токов, причем источцц 1;и измерительного и разрядного токов выполнены ца согласованной паре транзисторов.1.1 а черте)кс представлена схема предлагаемого преобразователя,Оц содержит дифференциальный интегратор 1, компаратор 2, прсобразуемьЕ)л резистор 3, источник измерительного тока 4, источник зарядного тока 5, источник разрядного тока 6, делитель разрядного тока 7, токовые клОчи 8 ц 9, источник опорного на пр я жени я 10.Выход дифференциального цнтсгреетора 1 соединен с одним из входов (напр)х)ср, инвертирующпм) компаратора 2. Преобразуемый резистор 3 подключен и другому входу лапример, нсцпвертирующему) 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 неинвсртирующему входу интегратора через токовый ключ 8 присоединен источник 5,Токовые ключи 8 и 9 управляются на цряжение с езыхода ко)це)ратора 2. Этот же выход является выходом устройства,Пусть и некоторый момент времени навыходе компаратора уст;повился потецциб ал (наприхср, отрицательный), при котором тоовыс клюи 8 9 замкн 5 ть. Тогда цс)д воздействием разности зарядного и ре 1 зрлдцого токов цапр 5 жсццс ца выходс интегратора будет линейно изменяться (ца пример, увеличиваться по абсо,Еотной величине). Когда оцо станет равным паденцео напряжения ца датчике с)противления (в рсзуль 1 с 1 тс п)е)1 ске)цц 51 Ес)с 1 послсделий:Езмсритсльцого тока от источника 4), скачком изменится напряжение ца выходе компаратора. Токовые ключи 8 ц 9 разомкнутся, а напряжение ца выходе интегратсра станет изменяться в противоположную сторону под воздействием только одного раз рядного тока, постоянно воздействующегоот источника 6 через делитель тока 7 ца ццвсртирующпи вход интегратора. В этот период време)ш измерительный ток через преобразуемый резистор нс протекает и пауз денис напряжения ца нсм равно нулю.Когда напряжение ца выходе интегратора станет равным нулю, снова срабатывает омпаратор, замыкающий токовые ключи 8 и 9. После этого все процессы в схеме по вторяк)тс 51.Зависимость периода выходных импульсов Т, от величины преобразуемого сопротивления находят из условия равенства зарядовнаопленцого ипсгратором при 35 действии зарядного тока за время , и у:Ессснпого разрядным током за период Т:7 .в 7 А/7 в 7 д 1 1) величина измерительного тока от источника 4;величина зарядного тока от источника 5;величина разрядного тока от источника 6;коэффициент деления разрядного тока;емкость интегратора;величина преобразуемого сопротивленияя.яя (2) в (1), получак)т,)О С- - Я,. - дЭПодставл Т,. = Юд % - вФд) 00 Скважность импульсов измерительного зарядного токов и УвК,где 1; время, в течение которого замк 40 путы ключи 8 и 9;Подставляя (4) в (3), получаютТ,= 7 .яС. (5)Ч - 1 ЮдДля того чтобы снизить среднюю мощность рассеяния в датчике, не снижая точности преобразования, требуется пропускать через датчик импульсы измерительного тока с высокой скважностыо(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 4 620 Из (5) с учетом условий (6), (7) получают выражение для характеристики преоб- разования у ккд(8) 25 Отсюда видно, что характеристика преобразования линейна, а ее стабильность зависит только от стабильности емкости интегратора и стабильности пассивного де лителя тока.Таким образом, предлагаемый преобразователь обеспечивает возможность протекания через датчик импульсов измерительного тока со сколь угодно большой скваж- З 5 ностью, зависящей от отношения зарядного и разрядного токов (см выражение (4)1. 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 правление позволяет подключить их к одному общему источнику опорного напряжения, а источники измерительного и разрядного токов 1 отношение которых определяет коэффициент преобразования - см. выражение (5)1 выполнить на согласованной паре транзисторов, Это улучшает точность и воспроизводимость коэффициента преобразования,Формул а изобретения1. Г 1 реобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, соде 1)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 вход которого подсоединен к выходу источника образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового 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, отл ич ающ и й с я 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 089 Подписное НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5