Устройство для измерения активного сопротивления

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения активного сопротивления различных датчиков, дистанционно удаленных от регистрирующей аппаратуры и подключенных к ней посредством трехпроводной линии связи. Использование полезной модели позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет получения на его выходе линейного сигнала и возможности дальнейшего использования этого сигнала в качестве унифицированного сигнала, и повысить точность измерений. Устройство для измерения активного сопротивления включает резистивный делитель, образованный последовательно соединенными масштабирующим резистором с известным значением сопротивления 1 и измеряемым сопротивлением 2, операционный усилитель 3, вычислитель 4. Первый вывод резистивного делителя подсоединен к источнику тока 5 и к инвертирующему входу усилителя 3, второй вывод соединен с общей шиной, а точка соединения резистора 1 и измеряемого сопротивления 2 подсоединена к неинвертирующему входу усилителя 3, выход которого подключен к вычислителю 4. Коэффициент усиления усилителя 3 по инвертирующему входу равен единице, а по неинвертирующему входу-двум. 1 илл.

Полезная модель относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения активного сопротивления различных датчиков, например, датчиков температуры, дистанционно удаленных от регистрирующей аппаратуры и подключенных к ней посредством трехпроводной линии связи.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбрано устройство для измерения активного сопротивления (заявка Японии 6102102, МПК5 G01K 7/20, 1994 г.). Указанное устройство содержит резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных масштабирующего резистора с известным значением сопротивления, и измеряемого сопротивления, входные зажимы которого подключены к вычислительному устройству, причем один вывод резистивного делителя подсоединен к источнику питания, выполненному в виде источника напряжения, а второй вывод соединен с общей шиной. Устройство измеряет потенциалы V₁ и V₂ на зажимах измеряемого сопротивления и по формуле

где V_d - напряжение источника питания, определяет величину измеряемого сопротивления.

Недостатком устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога, является нелинейность выходной характеристики, что следует из формулы (1) и обусловлено способом подключения измеряемого сопротивления к вычислителю и определением потенциалов V₁ и V ₂. В то же время в автоматизированных системах измерения, как правило, требуется преобразовать выходной сигнал устройства, измеряющего активное сопротивление датчика какой-либо физической величины, в унифицированный выходной сигнал. Как следствие, нелинейность выходной характеристики (выходного сигнала) сужает функциональные возможности указанного устройства.

Кроме того, способ подключения измеряемого сопротивления к вычислителю и определение потенциалов V₁ и V₂ приводит к снижению точности измерений, поскольку на указанную точность оказывает влияние как погрешность измерения величины V₁ , так и погрешность измерения величины V₂.

Еще одним недостатком указанного устройства является применение в качестве источника питания источника напряжения, что приводит к снижению помехоустойчивости устройства - обстоятельство, особенно важное при большой протяженности линии связи.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений устройства для измерения активного сопротивления.

Указанная задача решается тем, что устройство для измерения активного сопротивления, содержащее резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных масштабирующего резистора с известным значением сопротивления и измеряемого сопротивления, причем первый вывод резистивного делителя подсоединен к источнику питания, а второй вывод соединен с общей шиной, и вычислителя, снабжено операционным усилителем, соединенным инвертирующим входом с первым выводом резистивного делителя, неинвертирующим входом - с точкой соединения масштабирующего резистора и измеряемого сопротивления, а выходом - с входом вычислителя, при этом операционный усилитель выполнен с коэффициентом усиления по инвертирующему входу, равным единице, и с коэффициентом усиления по неинвертирующему входу, равным двум, а в качестве источника питания применен источник тока.

Полезная модель поясняется чертежом. На фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство.

Устройство для измерения активного сопротивления включает резистивный делитель, образованный последовательно соединенными масштабирующим резистором с известным значением сопротивления 1 и измеряемым сопротивлением 2, операционный усилитель 3, вычислитель 4. Первый вывод резистивного делителя подсоединен к источнику тока 5 и к инвертирующему входу операционного усилителя 3, второй вывод резистивного делителя соединен с общей шиной, а точка соединения масштабирующего резистора 1 и измеряемого сопротивления 2 подсоединена к неинвертирующему входу операционного усилителя 3, выход которого подключен к вычислителю 4. Коэффициент усиления операционного усилителя 3 по инвертирующему входу равен единице, а по неинвертирующему входу - двум. Через 6, 7 и 8 на фиг.1 обозначены подводящие провода трехпроводной схемы, по которой измеряемое сопротивление 2 подключается к вычислителю 4.

Заявляемое устройство работает следующим образом. При подсоединении резистивного делителя к источнику тока 5 по резисторам 1, 2 и подводящим проводам 6, 7 и 8 протекает ток I известной величины, и напряжение U_вых на выходе операционного усилителя 3 с учетом того факта, что коэффициент усиления усилителя 3 по неинвертирующему входу в два раза больше коэффициента усиления по инвертирующему входу будет равно

где R_x - значение измеряемого сопротивления, R₀ - значение сопротивления масштабирующего резистора, R - значение сопротивления каждого из подводящих проводов 6, 7 и 8. Отметим, что на практике сопротивления подводящих проводов в трехпроводной схеме в большинстве случаев, как правило, равны, и поэтому формула (2) справедлива. С выхода усилителя 3 сигнал поступает в вычислитель 4, который определяет искомое сопротивление R_x согласно выражению

В (3) R₀ и I - известные величины.

Как следует из (2) и (3), выходной сигнал заявляемого устройства является линейным, что позволяет использовать его в дальнейшем в качестве унифицированного сигнала и, как следствие, расширяет функциональные возможности устройства. Кроме того, в заявляемом устройстве производится измерение только одной величины - U_вых - вместо двух величин V₁ и V ₂ в ближайшем аналоге. Это приводит к повышению точности измерений, поскольку на результат измерения оказывает влияние только погрешность определения U_вых.

Устройство для измерения активного сопротивления, содержащее резистивный делитель, состоящий из последовательно соединенных масштабирующего резистора с известным значением сопротивления и измеряемого сопротивления, причем первый вывод резистивного делителя подсоединен к источнику питания, а второй вывод соединен с общей шиной, и вычислителя, отличающееся тем, что оно снабжено операционным усилителем, соединенным инвертирующим входом с первым выводом резистивного делителя, неинвертирующим входом - с точкой соединения масштабирующего резистора и измеряемого сопротивления, а выходом - с входом вычислителя, при этом операционный усилитель выполнен с коэффициентом усиления по инвертирующему входу, равным единице, и с коэффициентом усиления по неинвертирующему входу, равным двум, а в качестве источника питания применен источник тока.