Устройство для измерения приращения сопротивления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН в 149571 К 17/02, 17/ ТЕН торью бы- ств ится к измери т быть исполь иращения акезисторов и подключаемыхвязи, напритермопреобраГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР В 517810, кл, С 01 К 7/18, 1976,Авторское свидетельство СССР В 1229601, кл. С 01 К 7/18, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ(57) Изобретение отно тельной технике и мож зовано для измерения тивного сопротивления резистивных датчиков, через длинные линии мер, тензорезисторов,зователеи сопротивления и резис овв процессе их изготовления, Целизобретения является повышениестродействия устройства, Устрой осодержит два переключателя 1 и 13,опорный резистор 2 со средним выводом, источник 3 тока, ключи 4 и 15,резистивный датчик 5 дифференциальный усилитель 6, блок 7 синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9выполненный на основе операционногоусилителя 10, конденсатора 11 и резистора 12, и мультиплексор 14. Вданном устройстве обеспечивается более высокая точность измерений посравнению с прототипом, так как внем отсутствует усилитель, вносящийв прототипе погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения, 2 ил.3 1495Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения приращения активного сопротивления резисторов ирезистивных датчиков, подключаемыхчерез длинные линии связи, например,тензорезисторов, термопреобразователей сопротивления, резисторов в процессе их изготовления.Целью изобретения является новышение быстродействия.На фиг. приведена функциональнаясхема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство содержит первый переключатель 1, опорный резистор 2 сосредним выводом, источник 3 тока,.первый ключ 4, резистивный датчик 5,дифференциальный усилитель 6, блок 7синхронизации, блок 8 сравнения, интегратор 9 на основе операционногоусилителя 10, конденсатора 11 и резистора 12, второй переключатель 13,мультиплексор 14, второй ключ 15,На фиг.2 представлены следующиевременные диаграммы: 1 - изменениетока 16 на выходе второго переключателя 13; 2 - изменение напряженияна резистивном датчике 5; 3 - изменение напряжения на выходе дифференциального усилителя 6; 4 - изменениенапряжения на выходе интегратора 9;5 - сигнал на выходе блока 8 сравнения; 6 - сигнал на первом информационном выходе блока 7 синхронизации.Устройство работает следующим образом.В начальный момент времени С((фиг,2) по сигналу блока 7 синхронизации замыкается первый ключ 4, врезультате чего выходной ток источника 3 тока протекает по цепи выходисточника 3 тока - замкнутый ключ 4 -резистивный датчик 5 - второй переключатель 13 - опорный резистор 2 -общая шина,При этом сумма напряжения на резистивном датчике 5, термоЭДС на выходных проводах дифференциального усилителя (линии связи) и напряжения смещения дифференциального усилителя 6 усиливается дифференциальным усилителем 6 и поступает на первый вход мультиплексора 14, который управляется сигналами с блока 7 синхрониза 718 4ции, поступающими на первый и второй входы управления 11 и БПри наличии логическогоО" наобоих входах управления на выходмультиплексора 14 проходит сигнал спервого входа. Если на 11 присутст(вует "1", а на 1 "О", то к выходумультиплексора 14 подключается его 10 второй вход, Наличие на М( О", ана И 1 обеспечивает подключениеи ик выходу мультиплексора 14 его третьего входа.С момента временидо момента 15 времени С сигнал блока 7 синхронизации подключает выход дифференциального усилителя 6 к неинвертирующему. входу операционного усилителя 10,20 - Изменение напряжения на конденсаторе 11 описывается выражением(1 К -1 Ъ Г-КЪ тсс30 где 10 - ток источника 3 тока;К - сопротивление резистивногодатчика 5;1 - сумма термоЭДС на входныхспроводах и напряжения сме щения дифференциального усилителя 6;ТТ =С -С = -- (и - число циклов2 4 пкоррекции 1 с, длительность каждого 40 из которых равна 2 ТО =й -(=С -Св ин(ервале Т/2;- Фиксированный интервал времени, задаваемый блоком 7 синхронизации);45 К - коэффициент усиления дифференциального усилителя 6,В момент временисигнал блока7 синхронизации размыкает первый ключ4, переключает первый и второй переключатели 1 и 13 в состояния, противоположные изображенным на фиг,1.Мультиплексор 14 переводится в состояние, при котором на его выход проходит сигнал с второго входа. В результате этого ток 1 с, протекая поцепи второй ключ 15 - резистивныедатчик 5 - второй переключатель 3опорный резистор 2 - общая шина, создает на резистивном датчике 5 напря5 4957 жение Ц = -1 К Ь. Усиленное в (-К) раз напряжение цдс через первый переключатель 1 поступает на вход интегратора 9, Одновременно в момент5 времени й на неинвертирующий вход операционного усилителя 1 О через мультиплексор 14 (второй его вход) подключается первый вывод опорного резистора 2, напряжение на котором 10 описывается выражением.ц,=1, К (3)(,) ц (С ) , (-12 Х,КЬ:1 а 2 Х-К 21 о К, ( )с 1 оВ 1 ф К+1 еККь,К - 1 К + 1 оК 2(6) 0 ц (" )+ л, +1 К (8)1 о Кгеи С 6о 2 ср 55 1 оКгер ( г ) 2 ТаКЬК - 1 оКг. Т Сопротивление резистивного датчи-.ка 5 соответствует выражению где й е (йэ), йэ=й 2-С,=То. В момент времениэ напряжейие между обкладками конденсатора 11 до В момент времени й имеет местозкомпенсация 1 . Одновременно в момент времени йЭ по сигналам узла синхронизации в работе устройства происходят те же изменения, что и в момент времени й,.Очевидно, что для произвольного числа - Ь циклов коррекции с одновременным интегрированием сигнала резистивного датчика 5 длительностью Т =1 -С, =1 -й в момент окончания последнего (момент времени 16 на фиг.2 между обкладками конденсатора 11 будет присутствовать напряжение Таким образом, интегрирование входного сигнала в течение фиксированного интервала 6-й,=Т осуществляется без пропусков информации, 1В момент времени 16 сигнал блока 7 синхронизации размыкает второй ключ 15, замыкает первый ключ 4, возвращает первый 1 и второй 13 переключатели в положения, изображенные на фиг.1, а к выходу мультиплексора 14 подключается его третий вход, Ь результате этого напряжение ц1 МКгеприсутствующее на среднем выводе опорного резистора 2, подключается к неинвертирующему входу опера 18 6 где К - значение сопротивления огор 2 ного резистора 2 Для удобства дальнейших выкладок положим, что К = сопят в интервале Т а 1 с = сопят в интервалеНапряжение между обкладками конденсатора 11 в интервале будет изменяться следующим образом: стигнет (с учетом выражения (2 значения ционного усилителя 1 О и к второмувходу блока 8 сравнения, на выходеинтегратора 9, а следовательно, и напервом входе блока 8 сравнения присутствует напряжение и( Ь) С( 6) ц 2 срНачиная с момента времени й на"6 пряжение на выходе интегратора 9 линейно возрастает до момента равенства напряжению Цг =1 К присутср о гсрствукюцему на втором входе блока 8 сравнения, Изменение напряжения на выходе интегратора 9 в интервалеоописывается выражением и в момент срабатывания блока 8 сравнения имеет место равенство й 6 С 6 . 8 6 о 2 ерцИ )=цс( ) - - (е -е )+1 К1 о 2 ср фК =К, +ДКВП,где К - начальное сопротивлениеАорезистивного датчика;ДК - измеряемоеприращение соАпротивления резистивногодатчика.С учетом этого равенство (10) можнопреобразовать к виду 10 2 КсР (Кг-Кс) Каср, Т--- И -с,)-(2- ---2ТЬК(13)и после очевидных преобразований извыражения (10) получимТ ДК. Т 20(г. -й ) - - щ ---(14)8 6 2 КдЛевая часть равенства (14) представляет собой информативный интервал. Обозначив его через Т ьыю, из 25 равенства (14) получим окончательное выражение функции преобразования устройстваТ = --ТДКа(15)вмх К30Из этого следует, что предлагаемоеустройство позволяет получить тот жесамый результат, что и известное устройство при длительности цикла пре-образованияТ35Т =-+Т=1 5ТЦ 2 ф фВ известном устройстве длительность цикла преобразования равна 2 Т.Таким образом, быстродействие 40предлагаемого устройства в 1,3 разавыше, чем известного устройства засчет устранения пропусков информациипри интегрировании сигнала резистивного датчик и 5 в течение фиксированного интервала й - 1 = Т.При этом полностью сбхраняетсяприсущая известному устройству чувствительность и отсутствует усилитель,вносящий в известном устройстве погрешности от нестабильности коэффициентов передачи и дрейфа его напряжения смещения, Следовательно, данное устройство является также болееточным,Для определения знака отклоненияизмеряемого приращения сопротивленияДК от начального значения КА додостаточно установить временное положение информативного интервала Т вы относительно середины фиксированного интервала Т (момент времени йна фиг,2): если Тз, заканчивается в момент времени С - приращение счи-, тается отрицательным, если Твы начинается в момент времени 1 - приращение считается положительным. Информация о знаке Т ы снимается с второго информационного выхода блока 7 синхронизации.Формула изобретенияУстройство для измерения приращения сопротивления, содержащее источник тока, выход которого через первый ключ соединен с первым токо- . вым выводом резистивного датчика, потенциальные выводы которого соединены с входами дифференциального усилителя, опорный резистор со средним выводом, соединенный первым выводом с общей шиной, блок синхронизации, первый управляющий выход которого соединен с входом управления первого ключа, второй управляющий выход блока синхронизации соединен с входом управления первого переключателя, выход которого соединен через интегратор, состоящий из операционного усилителя, резистора и конденсатора, который включен между выходом и инвертирующим входом операцион" ного усилителя, к инвертирующему. входу последнего подключен первый вывод резистора, второй вывод которого является входом интегратора, с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с входомблока синхронизации, первый информа- ционный выход блока синхронизации является выходом знака, второй информационный выход является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены мультиплек" сор, второй переключатель и второй ключ, при этом вход второго ключа соединен с источником тока, выход - с вторым токовым выводом резистивного датчика и с вторым входом второго переключателя, первый вход которого соединен с первым токовым выводом резистивного датчика, -выход второго переключателя соединен с вторым выводом опорного резистора и с вторым информационным входом мультиплексора,лителя интегратора и с вторым входом ЬХ Составитель А.ЕрховРедактор С.Пекарь Техред Л,Олийнык Коррек.Бескид Заказ 42 бО/43 Тираж 713ВНИИПИ Государственного комитета по изоб113035, Москва, Ж-.35, Ра Подпис открытиям при ГКНТ СССР д, 4/5 ениям и ская на роизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина, 101 9 14 средний вывод опорного резистора соединен с третьим информационным входом мультиплексора, первый информационный вход которого соединен с вы-. ходом дифференциального усилителя и с вторым входом первого переключате" ля, первый вход первого переключателя соединен с общей шиной, выход мультиплексора соединен с неинвертирующим входом операционного уси 95718Облока сравнения, ьторой упранляюп;:;йвыход блока синхронизации соедпне" суправляющим входом второго переключателя и первым управляющим входоммультиплексора, третий управляющийвыход блока синхронизации соединен свторым управляющим входом мультиплек"сора, а четвертый управляющий выхрдблока синхронизации соединен с управляющим нходом второго ключа.