Преобразователь сопротивления в напряжение

Полезная модель относится к автоматическому преобразованию активных сопротивлений в постоянное напряжение и может быть использована в системах автоматического контроля, измерителях параметров радиоэлементов. Техническая задача состоит в снижении погрешности преобразования малых сопротивлений. Данная задача решается за счет снижения влияния переходных сопротивлений коммутирующих ключей. С помощью предлагаемого преобразователя за счет исключения влияния переходных сопротивлений контактов коммутирующих элементов можно снизить погрешность преобразования абсолютного значения сопротивления и относительного отклонения сопротивления в напряжение.

Полезная модель относится к устройствам автоматического преобразования активных сопротивлений в напряжение.

Известны преобразователи сопротивления в напряжение, построенные на основе линейной зависимости падения напряжения от сопротивления на постоянном токе. Построенные таким образом преобразователи при качественном стабилизаторе тока обладают высокими техническими характеристиками (2). Однако при преобразовании приращения сопротивления в напряжение, пропорциональное приращению сопротивления относительно его начального значения, эти устройства обладают небольшим выходным диапазоном и вследствие этого низкими метрологическими характеристиками.

Известен преобразователь сопротивления в напряжение с компенсацией начального значения преобразуемого сопротивления, содержащий источник опорного напряжения, подсоединенный через резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, в отрицательной обратной связи которого находится резистор с изменяемым сопротивлением, на не инвертирующий вход операционного усилителя подсоединены своей общей точкой два последовательно соединенных резистора, один из которых своим вторым выводом соединен с источником опорного напряжения, а другой - с земляной шиной. Этот делитель опорного напряжения компенсирует напряжение на выходе операционного усилителя, соответствующее начальному значению изменяемого сопротивления (3). Недостатком этого устройства является малый уровень и небольшой диапазон выходного сигнала.

Известен преобразователь сопротивления в напряжение с введением в преобразователь двух резисторов (4), за счет чего увеличивается диапазон представления выходного сигнала, но в области малых сопротивлений он недостаточно компенсирует влияние переходных сопротивлений коммутирующих элементов.

Цель полезной модели - снижение погрешности преобразования в области малых сопротивлений - достигается путем исключения влияния переходных сопротивлений коммутирующих элементов и подводящих проводов. Преобразователь (фиг.1) содержит источник 3 опорного напряжения, инвертирующие усилители 4, 10 и 13, суммирующие усилители 7 и 15, ключ 9, цифроаналоговый преобразователь 8, масштабирующие усилители 16 и 17, управляемый делитель 14 напряжения, эталонный резистор 2 и клеммы 5 и 6 для подключения преобразуемого резистора.

Полезная модель относится к автоматическому преобразованию активных сопротивлений в постоянное напряжение и может быть использована в системах автоматического контроля, измерителях параметров радиоэлементов.

Цель полезной модели - снижение погрешности преобразования малых сопротивлений за счет снижения влияния переходных сопротивлений коммутирующих ключей.

На фиг.1 изображена схема преобразователя. Преобразователь содержит преобразуемый резистор 1 (R_x=R_n+R_X), эталонный резистор 2 (R₀), источник 3 опорного напряжения (U₀), второй инвертирующий усилитель 4 (с большим коэффициентом усиления), клеммы 5 и 6 для подключения преобразуемого резистора, суммирующий усилитель 7, цифроаналоговый перемножающий преобразователь 8 (ЦАП), ключ 9, первый инвертирующий усилитель 10 с коэффициентом передачи, равным единице, шину 11 управления, переходное сопротивление 12 коммутатора, третий инвертирующий усилитель 13 (с коэффициентом передачи, равным единице), цифроаналоговый делитель 14 напряжения (ЦАП), суммирующий усилитель 15, масштабирующие усилители 16 и 17, переходное сопротивление 18-22 коммутатора. При этом R_N - номинальное значение сопротивления, R_X - отклонение сопротивления контролируемого резистора от номинального значения.

Первый вывод преобразуемого резистора 1 через один из контактов с переходным сопротивлением 12 подключен к точке соединения первого вывода эталонного резистора 2 с входом инвертирующего усилителя 4, второй вывод преобразуемого резистора 1 подключается к входу инвертирующего усилителя 13, который, в свою очередь, через управляемый делитель 14 напряжения подключен к первому входу суммирующего усилителя 15, его второй вход подключен к выходу инвертирующего усилителя 4, источник 3 опорного напряжения подключен к входу масштабирующего усилителя 17, выход которого подключен ко второму выводу эталонного резистора 2, кроме того, источник 3 опорного напряжения подключен к входу инвертирующего усилителя 10, который через ключ 9 подключен к первому входу суммирующего усилителя 7, к его второму входу подключен выход инвертирующего усилителя 4, выход суммирующего усилителя 7 через управляемый цифроаналоговый перемножающий преобразователь 8 подключен к входу масштабирующего усилителя 16, выход которого подключен к второму выводу преобразуемого резистора 1.

Преобразователь сопротивления в напряжение в режиме преобразования относительного отклонения сопротивления работает следующим образом.

Ключ 9 замкнут, напряжение U₀ от источника 3 подается на усилитель 10, имеющий коэффициент передачи - 1. Напряжения - U₀ и U_p (где - D₀ и U_p - напряжения на выходах, соответственно, первого и второго инвертирующих усилителей) поступают на суммирующий усилитель 7, коэффициент передачи которого по каждому входу равен 1. На аналоговый вход цифроаналогового перемножающего преобразователя 8 подается сигнал U₀-U_p. Учитывая коэффициент К передачи ЦАП 8 и коэффициент K₁ передачи масштабирующего усилителя 16, напряжение в точке 23 равно

U ₁=KK₁(U₀-U_p).

Напряжение на резисторе R₀ с учетом коэффициента К2 передачи масштабирующего усилителя 17 равно

U ₂=K₂U₀

Полагая K ₁=К₂=1,

Принимая во внимание то, что в данном режиме на входы ЦАП 8 и 14 подаются коды, линейно связанные с номиналом преобразуемого сопротивления R_N, т.е. и данный код соответствует коэффициенту передачи для ЦАП 8 и , для ЦАП 14, можно записать

где

;

;

r^K - переходное сопротивление коммутатора;

- относительное отклонение сопротивления R_X .

При k (коэффициент усиления второго инвертирующего усилителя 4) выражение (3) можно записать

Следовательно, выходное напряжение преобразователя линейно зависит от относительного отклонения сопротивления.

В режиме преобразования абсолютного значения сопротивления ключ 9 разомкнут, напряжение от источника 3 через масштабирующий усилитель 17 с коэффициентом передачи К₂ подается на резистор R₀, тогда

U₂ =K₂U₀

Напряжение U_p с усилителя 4 через усилитель 7, имеющий коэффициент передачи 1, поступает на ЦАП 8, который имеет коэффициент передачи К. С учетом коэффициента передачи K₁ масштабирующего усилителя 16 напряжение в точке 23 равно

U ₁=KK₁U_P

Полагая K ₁=K₂=1, получают

Принимая во внимание то, что в данном режиме на входы ЦАП 8 и 14 подается код N, при котором их коэффициенты передачи равны 1, с учетом (5) и (6) получают

где

;

.

При k выражение (7) можно записать

следовательно, выходное напряжение линейно зависит от R_X.

Таким образом, с помощью предлагаемого преобразователя за счет исключения влияния переходных сопротивлений контактов коммутирующих элементов можно снизить погрешность преобразования абсолютного значения сопротивления и относительного отклонения сопротивления в напряжение.

Список литературы

1. Авторское свидетельство СССР 1193601, кл. G01R 27/02, опубл. 23.11.1985 г.

2. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергия, 1980, с.248.

3. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергоатомиздат, 1988, с.79-80

4. Патент RU 2028630, кл. G01R 27/00, опубл. 09.02.1995.

Преобразователь сопротивления в напряжение, содержащий источник опорного напряжения, выход которого через последовательно соединенные первый инвертирующий усилитель и ключ соединен с первым входом первого суммирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом второго инвертирующего усилителя, вход которого соединен с первым выводом эталонного резистора и через коммутатор - с первой клеммой для подключения преобразуемого резистора, выход первого суммирующего усилителя соединен с входом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы которого соединены с шиной управления и управляющим входом ключа, отличающийся тем, что в него введены два масштабирующих усилителя, третий инвертирующий усилитель, управляемый делитель напряжения и второй суммирующий усилитель, выход которого является выходом устройства, а входы второго суммирующего усилителя соединены соответственно с выходом второго инвертирующего усилителя и выходом управляемого делителя напряжения, вход которого через третий инвертирующий усилитель соединен с первой клеммой для подключения преобразуемого резистора, управляющий вход управляемого делителя напряжения соединен с шиной управления, при этом первый масштабирующий усилитель включен между выходом цифроаналогового преобразователя и второй клеммой для подключения преобразуемого резистора, а второй масштабирующий усилитель включен между выходом источника опорного напряжения и вторым выводом эталонного резистора.