Линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение

Союз СоветскииСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 892349лв делам изобретений н открытийДата опубликования описания 23.12.81(54) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА В НАПРЯЖЕНИЕ Изобретение относится к областиэлектроизмерительной техники и може 1быть, в частности, использовано вВизмерительных приборах и измерительно-информационных системах, работающих с датчиками сопротивления, установленными на удаленных исследуемыхобъектах,Известны преобразователи сопротив.ления тензо- и терморезисторов в на 1 Опряжение, содержащие источник опорного напряжения, токозащищающие резисторы, операционный усилитель с двухили трехпроводным включателем датчикав цепь отрицательной обратной связи 11,15Однако в схемах таких преобразователей, даже при подборе сопротивленийпроводом (имеется ввиду схема трехпроводного подключения датчика), неудается устранить погрешность от изме"нения сопротивлений проводов придейст вии климатических условий, по"скольку для каждого провода изменениесопротивления носит строго индивиду" альный характер, Это особенно важнопри работе с низкоомными резистивными датчиками, например термометрами,сопротивления с малыми номинальнымизначениями, когда часть провода находится в зоне нагрева исследуемогообъекта. Положение осложняется ещеи тем обстоятельством, что реальнов каждый провод к датчику включен, покрайней мере, один ключевой элемент,переходное сопротивление которогов открытом его состоянии в ряде случаев (например при применении ключевых элементов - ИДП транзисторов)соизмеримо с сопротивлением самогодатчика, при этом изменение переходного сопротивления может достигатьдесятков Ом,Наиболее близким к предлагаемомуявляется линейный преобразовательсопротивление ." напряжение содержащий два операционных усилителя, токозадающий резистор и резистивный дат"чик,включенный в цепь обратной связи8923494 15 50 55 операционного усилителя по четырехпроводной схеме включения 2,Преобразователь сопротивления используется с ограниценными по длинепроводами для подключения к датчикуи предназначен для лабораторных исследований и аттестации реэистивныхдатчиков, например тензо- и терморезисторов. Изменение сопротивлениячетвертого провода, включенного последовательно с токозащитным резистором приводит к погрешности преобразования,Величина вносимой погрешности может быть одного порядка с "информативной" преобразуемой велицинои, например деформацией или температурой объекта, или превышать ее, особенно в условиях промышленных натур"ных испытаний объемных конструкций,когда длина проводов к датчику достигает 200 м, а протяженность каждогопровода в зоне нагрева лежит в пределах 30-50 м, цто на несколько порядков превышает длину проводов влабораторных исследованиях и аттестации реэистивных датчиков. С другойстороны при промышленных испытанияхобъемных конструкций один линейныйпреобразователь сопротивления раба"тает с множеством резистивных датчиков, подключенных к нему поочередноэлектронными ключевыми элементами.Это приводит к еще большему возрастанию общих сопротивлений проводов ик увеличению их вариаций под действием ряда дистабилизирующих факторов,В этом случае погрешность преобразования достигает недопустимо большойвеличины и беэ принятия специальныхмер такой линейный преобразовательвообще не может быть использован.Цель изобретения - повышение точности преобразователя,Поставленная цель достигается тем,.что в линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика внапряжение, содержащий два операционных усилителя, образцовый резистор,причем выход первого операционногоусилителя соединен с клеммой для подключения первого провода от резистивного датчика, клемма для подключения второго провода от того жевыхода реэистивного датчика соединена с выходной клеммой преобразователя, неинверсный вход первого операционного усилителя соединен с датчиком опорного напряжения, первый вывод образцового резистора соединенс клеммой для подключения третьегопровода к другому выводу резистивногодатчика, инверсный вход второго операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к реэистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с землей, введен дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилителясоединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциального усилителя, неинверсныйвход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выходдифференциального усилителя соединенс инверсным входом первого операционного усилителя. На чертеже приведена схема линейного преобразователя сопротивления резистивного датчика в напряжение,Преобразователь содержит два операционных усилителяи 2, образцовый25резистор 3 и резистивный датчик ц,провод 5 и б соединения, клемма выхода 7, провода 8 и 9 соединения, дифференциальный усилитель 10, клемма11 опорного напряжения Б .Работа преобразователя сопротивления заключается в следующем. Операционный усилитель 2 с коэффициентомусиления К, охваченный с помощьюпроводов 8, 9 и образцового резистора35 3 (с сопротивлением Й,2) стопроцентнойотрицательной обратной связью по напряжению, работает как повторительнапряжения.Учитывая, что коэффициент усиле 4 о ния К в современных операционныхусилителях достигает значение 10 ф,а величина суммарного сопротивленияпровода 8 (г л 8) и образцового резистора 3 (йо) составляет сотни Ом длянапряжения в точке соединения проводов 8, 9 и реэистивного датчика сбольшой степенью точности можно эапи"сать,оя- -гл 8 +ко1+ КВходные сопротивления операцион" ных усилителей 1, 2 и дифференциального усилителя 10 иного больше любого из резисторов, используюшегося в преобразователе, а выходные сопротивления усилителей равны нулю,Поскольку выходное сопротивление операционного усилителя велико, ток5 892319 б При использовании в линейных пре"образователях сопротивлений одной итой же элементной базы и при однихи тех же условиях работы погрешностьпреобразования уменьшается в 3050 раэ,15 20 При использовании на выходе 7 из-.мерителя напряжения с большим входным сопротивлением. поведение схемы описывается следующей системой урав- нений Формула изобретения через провод 9 пренебрежимо мал в срав- противления (и их изменений) проводов1нении с током в проводе 8, поэтому ток к датчику. Использование для всейч чпротекающии через резистивныи дат- схемы преобразователя одного источнир ве току, протекающему через ка питания позволило уменьшить дополчобразцовыи резистор 3, Падение напря нительную погрешность преобразованияжения на образцовом резисторе 3 пре- при наличии помех от параэитной емобразуется дифференциальным усилите- костной связи между источниками пи"лем 10 с коэффициентом усиления Кц тания,в напряжение 0 относительно шины Опытный образец линейного преобра"з я"ч 1емл и подается на инверсныи вход 0 зователя сопротивления изготовлен,операционного усилителя 1 с коэффи- . опробован, получены положительныециентом усиления К. Разность напря-результаты,женив между Ох и опорным напряжениемБ усиливается операционным усилите- лем 1 и через провод 5 подается нарезистивный датчик 1, при этом цепьотрицательной обратной связи операционного усилителя 1 замыкается.(3) т.е. О не зависит от сопротивлений (и их изменений) проводов к датчику.Подключение нового элемента - дифференциального усилителя и включение образцового резистора в выходную цепь второго операционного усилителя выодно отличает линейный преобразователь сопротивления в напряжение от известного, так как в этом случае практически полностью исключено влияние на результат преобразования со 25 30 35 40 45 50 Линейный преобразователь сопротив"пения резистивного датчика в напряжение, содержащий два операционных усилителя,. образцовый резистор, причемвыход первого операционного усилителясоединен с клеммой для подключенияпервого провода от реэистивного датчика, клемма для подключения второгопровода от того же выхода резистивного датчика, соединена с выходной кл .ммой преобразователя, неинверсный входпервого операционного усилителя соединен с источником опорного напряжения,первый вывод образцового резисторасоединен с клеммой для подключениятретьего провода к другому выводурезистивного датчика, инверсный входвторого операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к реэистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с землей,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования в него дополнительно введендифференциальный усилитель, причемвыход второго операционного усилителясоединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входомдифференциального усилителя, неинверсный вход которого соединен с первымвыводом образцового резистора, авыход дифференциального усилителясоединен с инверсный входом первогооперационного усилителя,о 9239 вып. "Проектирование средств электроизмерительной техники",2. Гальперин М,В.,Злобин Ю.П. Ли, нейный преобразователь на базе диффе-ренциального операционного усилителя,"Приборы и системы управления", У 7,1976(прототип),Составитель О. Панцернико едактор НПушненкова Техред А,Савка Кектор О. Била з 112 М/67 Тираж 735ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и о113035, Москва, Ж, Раушсе еилиал ППП "Патент".,г. Ужгород, ул. Проектная,Истоцники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Заславский Л.С., Позднеев В.А., фурман А.ВАнализ преобразователей параметров резистивных датчиков в напряжение, (труды ВНИИЭП), Л 1979,Подписноитета СССРкрытийя наб., д. 4/5