Устройство для измерения приращения сопротивления

ССЮЗ СааатСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ 1РЕС 1 УБЛИН. 84 А 1 1) С О 1 К 17/10 ое рибоССС975 ИРА опро щения отно ащени ставленательного периодтивления к егоНа фиг. иреустройства длясопротивления;диаграммы напряУстройство спостоянного намост 2, образоврезисторами 3 а от ирио блок-схем риращения змерениа фи .2ротивления истором отар"го 5 пр змер оды ключ еиом усилитесоединены с вхо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н 01 АИТЕТПО ИЗОБРЕЛ УНИЯМ И ОТНРЬТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИОАИКЕ ИЗ ВТОРИЧНОМУ СВЕДЕТ(71) Центральное конструкторбюро гидрометеорологическогоростроения(54) УСТРОЙСТВО ЧЛЯ ИЗМЕРЕ 1 Л П ЩЕНИЯ СОПРОТИВЛ.Н 1 Л(5) Изобретение относи.гся к :лектроизмерительной технике и может быть -использовано для измерения изменения, например температуры окружающей среды или гидрсстатического давления. Целью изобретения является повышение точности и увеличение быстродействия и- мерения за счет уменьыения влияния дрейфа усилителей сигнала разбаланИзобретение окосится к электроизмернтельной технике и может быть использовано для измерения приращения сопротивления пропорционального изменению, например, температуры окружающей среды иди гидростатического давления.Цель изобретения - повышение точности и увеличение быстродействия измерения малых приращений сопротивления за счет снижения влияния дрейфа усилительной цепи сигнала разбафлаиса и за счет независимости измериса. Устро"ство содержит иезистивный мост, усилитель с дифференциальными входами и вь.-зоддми, буферный усилитель, интегра:ор, комиара-ор, эадатчик калиброванных интервалов времени измеритель ременных интервалов семь ключей. Новым ь устройстве является вгеде.и:е усилителя с диффе - ренциальными в:;од:",:. и ;ыходами н доиолкител 1 нклю" а и их с Вя Зи с остальн 1 юч злекта 1 ы . ;емы, то позволяет оргапизоч. гь проне.;с изме рения, при котором за период измерения с, состоящий иэ двух иериздов заряда, равных, двх иериьдоь разряда ь, и ь.: двух колготок тель - лр ных периодов,. равных ,- ьн, и ь оу, суммарное воздейс;гие на интегратор напряжения дрейфа доиолп;тельного усилителя равно нулю 1 рейо буферного усилителя не оказывает существенного влияния на точност. измерения, так как коэффициент усиления его равен единице 2 ил, 1619184ля 11, выходы которого через ключи13 - 15 соединены с последовательнойцепью, состоящей из буферного усилителя 16, интегратора 17, компаратора18,задатчика 19 калиброванных интервалов времени, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 8 - 10 и 12 - 15 и измерителя20 временных интервалов,10Устройство работает следующимобразом.Работой устройства управляет задатчик 19, который, в определеннойпоследовательности коммутируя ключи8 - 10 и 12 - 15, организует периоди- - 1ческий процесс заряда - разряда конденсатора в интеграторе 17. Измерение приращения сопротивления резистора 7 происходит на период 6 и , состоящий из четырех равных промежутковвремени (калиброванных интерваловвремени) 6 ьг, ( , (.,1л л л лЛ Л /ь л Л Л=,.+ог+ ь+= 4 ь.В период времни ь задатчик 19 25замыкает ключи 9, 13 и 14 и размыкает ключи 8, 10, 12 и 15. При этомразность потенциалов между точкамиа и с резистивного моста 2 Бас, усиленная усилителями 11 и 16 до напряжения Бар .(фиг.2 а), вызывает линейное увеличение напряжения отрицательной полярности на выходе интегратора17 до.величины 0,1 (фиг.2 б),По окончании периода о 1 задатЛ.чик 19 замыкает ключи 8, 12 и 15 размыкает ключи 9, 13 и 14. При этомразность потенциалов точек Ь и с резистивного моста 2 (О), усиленнаяусилителями 11 и 16 до напряжения 40-111, вызываетлинейное уменьшение -напряжения отрицательной полярности .на выходе интегратора 17,В момент равенства напряжения навыходе интегратора порогу срабатывания компаратора задатчик 19 замыкаетключи 10, 13 и 14 и размыкает. ключи3, 12 и 15. При этом вход усилителя11 закорочен, напряжение на выходеинтегратора 17 до окончания периода6 остается постоянным, если отсутствует дрейф усилителей 11.и 16"потенциалов резистивного моста 2 Пусиленная до напряжения - Ъэ.вызывает линейное возрастание напряженйя положительной полярности на выходе интегратора 17 до напряжения "ьПо окончании периодазадатчикл19 замыкает ключи 8, 13 и 14 и размыкает ключи 9, 12 и 15, При этом разность потенциалов Б , усиленная до напряжения Б г, вызывает линейное уменьшение нап 1 яжения на выходе интегратора 17.В момент равенства напряжения на выходе интегратора 17 и порога срабатывания компаратора 18 задатчик 19 замыкает ключи 10, 12 и 15 и размыкает ключи 8, 13 и 14. При .этом вход усилителя закорачивается, напряжение на выходе интегратора остается постоянным до окончания периода Ь (если дрейф усилителей 11 и 16 отсутствует),Для .интегратора с КС-зарядной цепью изменение напряжения на выходе интегратора. в течение первого калиброванного интервала времени Л (время заряда, фиг.2 б) равноЛЦ Цш - Ц ,(1)= МР КС аСККСгде К - общий коэффициент усиленияусилителей 11 и 16, причемкоэффициент усиления буферного усилителя 16 устанавливает равным 1.Аналогично находят изменение напряжения на выходе интегратора за . время .первого измерительного интервала ь, (время разряда):Л6 и с и 1(2)СКС Вс КСТак .как для интегратора Б= Б (при отсутствии дрейфа усилителей 11 и 16), тол Бас л. 06 САналогично определяется значение второго измерительного интервалаф Пас л ., (4)И =П,ЛВл Л Сумма с периодов, и 1 г, учитывая, что калиброванные интервалы 61: г: ь, определяетсяфф л Л 2 ПЙ(17) ( 18) находимизмеучета 11 на Ккак в извисит от отношения 5 16 где Б. - напряжение на выходе источьника 1;К - сопротивление резисторов3 и 4, равное максимальномузначению переменного резистора 7.Потенциал точки с, учитывая, что умма резисторов 5 и 6 устанавливается равной К, а резистор 6 выбирается равным половине максимального приращения резистора 7, определяется выражением11 о(К - ДК)1. (7)с 2 К -ДК где ДК - приращение резистора 7. Разность потенциалов между точками моста а и с раВна К К - ДК1 э: ээ ( - . ------ -). (8)чс ф 2 К 28 - сКРазность потенциалов между точкамиЬ и с равна По ДК максЦ, (9)Вс 2(2 К - ЬК)К- максимальное приращение резистора 7-. Тогда из формулы (5)лФ ДК 2с (10)эК максВыражение (10) показывает, что длит.-ьность измерительного интервал м.ла 1 и прямо пропорциональна измеряемому приращению Д К переменного резистора 7.Весь измерительный период Ли (1 цикл измерения) складывается из четырех:лс, + и, - первый цикл заряда - разряДа емкости интегРатоРа; л,1 + сэ второй цикл заряда - разряда емкости л лФ э, - э.,ээ - период подготовки ко второму циклу заряда - разряда емкости л /11 (э- и- период подготовки к первому (следующему) циклу заряда емкости,Общее время измерения - измерительный период э и, равный 4 (калиброванных интервалов времени), не завестном устройстве.Значение с для реального измерителя определяется исходя из требуемой информационной емкости измерительного интервала и характеристик применяемых интегральных микросхем по быстродействию и чувствительности так же, как это онределялос Лгэя ивестного устройства (Тээ ,. ).Дрейф нуля усилителя 11 привалитк появлению на его входе напряжения 5У . Графики напряжений на входе ивйходе интегратора 17 приобретают вэтом случае вид, эоказанный нафиг.2 в, г. Вводя "штрих" в обозначения тех же зндэениээ, что и в первом рассмотренном случае работы устройства (когда дрейф усилителей 11 и16 отсутсгвугт), аналогично получаемл лЬ 1э(12)Изменение напряжения на итеграторе за время попэотовки к второмуциклу заряда - разряда емкости интеграгораДЦ = У К КС(15)Изменение напряжения интегратораза время подготовки к первому (следующему) циклу зауяда - разрядалсОДи =и к(- --- ), (1 б)ф ЯР КС причем140 Дцэ = 11 з- цДЦ+ =Ю = 11 - 1)2Решая уравнения (11 - 18),л лэ.э и э.ээээ, получаем значениерительного интервала в случаевлияния дрейфа нуля усилителяработу устройства л эээ л л . БасЛф фээ += 2 - . -ИИ 2 11(19) 50 Сравнение выражений (19) и (5)показывает, что влияние дрейфа нуляусилителя 11 полностью компенсирует"ся.Дрейф нуля усилителя 16 приводит55 к появлению напряжения ОР на еговходе.Графики напряжений на входе и Выходе интегратора приобретают внп,приведенный на фиг.2 д,еВводя "два штриха" в обозначения тех же значений, что и в первом рассмотренном случае (когда не учитывается влияние дрейфа усилителей 11 и 16), и учитывая, что коэффициент усиления буферного усилителя в устройстве равен единице аналогично по- лучаем и л 61 и10Л лиихф. КС йс ЯР ) КС ф (20)1лп л;,и й 1Цг:ЦР, - = (Ц К ц ) -- КС с У КС(21)и и и-и,6 ц = Ц - ци = ц ( - - -- ) (22)РА ЛиЭ иЩг КС Йс Р КС 20(ц к-ц )Ьс ЯР КС лии "игц = цт ю шРгИсходя их выражений (5) - (10),лизначениеизмеряемого интервалаИ 30времени и8(- - ) "ц р лЦосК(26) А ЛЮч ли ли - 2 цаб И и иг цтеля составляет 0,014% (0,005 С),что на порядок меньше значения погрешности в известном устройстве.Таким образом, введение дополнительного усилителя и ключа позволяет й далее получаемли ЬК 2 ь ЦаР гло, = - - - 8 (27)и ЬКмакс ЦвсКСравнивая выражения (27) и (1 О),видим, что дрейфнуля усилителя 16 40приводит к ошибке в измерениях приращения сопротивления, равнойи8( - Р- ) ,ц кОценим числовое. значение погрешности при использовании в качествепеременного резистора термопреобра-зователя, изменяющего свое сопротивление от 100 до 113 Ом в диапазонеизменения температур 0 - 40.С. Зна 6ченне Це при этом изменяется от12,2 до 11,5 мВ. При цР = 2 мВ иК = 40 максимальное знячение погрешности за счет дрейфа буферного усилиорганизовать процесс измерения, при котором за период измерения И, соси тоящий из двух периодов заряда, равных 1, двух периодов разряда Р и ли, и двух подготовительных периодов, равных (ь - ьщ ) и ( -и),Л Л л л суммарное воздействие на интегратор напряжения дрейфа дополнительного усилителя равно нулю. Дрейф буферного усилителя не оказывает существенного влияния на точность измерения, так как.коэффицент усиления его равен единице.Разрядное напряжение снимается не со всего плеча моста, а с части его, что позволяет привести в соответствие по уровню разрядное напряжение и напряжение разбаланса. Номинал дополнительного сопротивления определяется максимальным приращением сопротивления измеряемого ре- . зистора.формула изобретенияУстройство для измерения приращения сопротивления, содержащее реэистнвный мост, два плеча которого образованы первым и вторым постоянными резисторами, третье плечо - последовательно соединенными третьим и четвертым постоянными резисторами, четвертое - клеммами для подключения объекта контроля, источник постоянного напряжения, первый полюс которого соединен с второй клеммой для подключения объекта контроля и вторым выводом первого резистора, а второй полюс - с вторыми выводами третьеГо и второго резисторов, шесть ключей, последовательно соединенные буферный усилитель, интегратор, компаратор и задатчик калиброванных интервалов времени, первый выход ко" торого соединен с входом измерителя временных интервалов и управляющим входом первого ключа, второй выход задатчика калиброванных интервалов времени соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого соединен с общим вьводом соединения третьего и четвертого резисторов моста, выходы третьего и шестого ключей подсоединены к идвертирующему входу буферного усилителя, к неинвертирующему входу которого подключены выходы четвертого и пятого ключей, о т л и ч а ю щ е е "с я тем, что, с целью повышения точности измерения и увеличения быстродействия при измерении малых приращений сопротивления, в него введены дополнительный ключ и усилитель сдифференциальными входами и выходами,первый вход которого соединен с выходом второго ключа и через первыйключ - с общим выводом соединения первого и второго резисторов моста, а черездополнительный ключ - с общим выводом четвертого резистора и первоиклеммой для подключения объектаконтроля, с которой также соединен 19184 1 Эвторой вход усилителя с дифференциальными входами и выходап, первыи выход которого соединен с информационными входами третьего и четвертого ключей, а второй выход - с информационными входами пятого и шестого ключей, при этом третий выход задатчика калиброванных интервалов 10 времени соединен с управляющими входами третьего и пятого ключей, четвертый выход - с управляющими входами четвертого и шестого ключей, а пятый выход - с управляющим входом дополнительного ключа.1 б 19184 Составитель В.СеменчуРедактор И.Горная Техред И,яндык Корректор Т, Палий каз 44 Тираж НИИПИ Государственного комитета по 113035,. Москва, Ж