Измерительный преобразователь

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения информативных изменений активных сопротивлений в условиях нестабильности источника питания и сопротивлений, составляющих преобразователь.

Известен измерительный преобразователь [1], содержащий шестиплечий мост, состоящий из двух полумостовых ветвей, каждая из которых образована последовательно соединенными первым датчиком, резистором и вторым датчиком. Крайние выводы первого и второго датчиков каждой из ветвей образуют диагональ питания и соединены с выводами источника питания. Противоположные крайним выводы, соответственно, первого датчика первой ветви и второго датчика второй ветви, и аналогичные выводы, соответственно, второго датчика первой ветви и первого датчика второй ветви образуют измерительные диагонали, к которым, соответственно, подключены сумматор и дифференциальный усилитель, выходы которых подключены к устройству деления. Кроме того, резисторы, соединяющие в полумостовых ветвях соответствующие датчики, выполнены точными высокостабильными элементами.

Недостатком известного устройства является сложность из-за большого количества элементов шестиплечего моста, и, соответственно, высокая погрешность, обусловленная, кроме этого, стабильностью резисторов, включенных между датчиками. Анализ выражения погрешности для данного устройства, опубликованный в [2], показал ошибочность утверждения, что использование точных высокостабильных резисторов в плечах устройства позволяет уменьшить погрешность от нестабильности чувствительности моста вследствие изменения параметров элементов измерительной цепи от температуры и времени [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является измерительный преобразователь [2] также содержащий шестиплечий мост, состоящий из двух полумостовых ветвей, каждая из которых образована последовательно соединенными первым датчиком, резистором и вторым датчиком. Крайние выводы первого и второго датчиков каждой из ветвей образуют диагональ питания и соединены с выводами источника питания. Преобразователь содержит также два измерительных усилителя, подключенных своими входами, соответственно к первой и второй измерительной диагонали моста, а выходами к соответствующим входам сумматора и дифференциального усилителя, выходы которых соединены с соответствующими входами устройства деления, а резисторы, соединяющие в полумостовых ветвях соответствующие датчики, выполнены из того же материала и по той же технологии, что и датчики.

Недостатком известного устройства является сложность из-за большого количества элементов шестиплечего моста, и, соответственно, погрешность, обусловленная большим количеством элементов в измерительной цепи.

Техническим результатом является упрощение устройства и повышение точности измерения за счет сокращения количества элементов в измерительной цепи.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два дифференциально включенных первичных преобразователя, соединенных последовательно в цепь с источником питания и третьим преобразователем, выполненным, например, в виде резистора, два измерительных усилителя, дифференциальный усилитель и блок деления, входы первого измерительного усилителя подключены к смежным выводам последовательно включенных первичных преобразователей и выводу третьего преобразователя, соединенному с одним из полюсов источника питания, входы второго измерительного усилителя подключены к второму выводу третьего преобразователя, соединенному с соответствующим выводом одного из первичных преобразователей, и выводу второго первичного преобразователя, соединенному с вторым полюсом источника питания, выход первого измерительного усилителя подключен к прямому входу дифференциального усилителя, к инвертирующему входу которого подключен выход второго измерительного усилителя, а выходы дифференциального усилителя и второго измерительного усилителя подключены к соответствующим входам блока деления, выход которого является выходом измерительного преобразователя.

В результате вследствие соответствующего включения двух первичных преобразователей и третьего преобразователя функция сложения соответствующих напряжений, являющихся информативными сигналами, реализуется в первичной измерительной цепи, что упрощает устройство и за счет уменьшения числа элементов в первичной измерительной цепи, и за счет устранения лишнего сумматора. Уменьшение количества элементов в преобразователе, в свою очередь, приводит к потенциальному повышению его точности, т.к. каждый дополнительный элемент является источником соответствующей компоненты в суммарном выражении погрешности измерительного преобразователя.

На чертеже показана схема измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь содержит два дифференциально включенных первичных преобразователя 1 и 2, третий преобразователь 3, выполненный, например, в виде резистора, которые соединены последовательно в цепь с источником 4 питания, два измерительных усилителя 5 и 6, дифференциальный усилитель 7 и блок 8 деления. Входы первого измерительного усилителя 5 подключены к смежным выводам последовательно включенных первичных преобразователей 1 и 2 и выводу третьего преобразователя 3, соединенному с одним из полюсов источника 4 питания, входы второго измерительного усилителя 6 подключены к второму выводу третьего преобразователя 3, соединенному с соответствующим выводом одного из первичных преобразователей 1, и выводу второго первичного преобразователя 2, соединенному с вторым полюсом источника 4 питания. Выход первого измерительного усилителя 5 подключен к прямому входу дифференциального усилителя 7, к инвертирующему входу которого подключен выход второго измерительного усилителя 6, а выходы дифференциального усилителя 7 и второго измерительного усилителя 6 подключены к соответствующим входам блока 8 деления, выход которого является выходом измерительного преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

При работе устройства изменяются информативные параметры дифференциально включенных первичных преобразователей 1 и 2, например, (z±Δz) для преобразователя 1 и (z-Δz) для преобразователя 2, где z - начальное значение параметра, a Δz - информативное приращение параметра.

Измерительные усилители 5 и 6 выбраны таким образом, что их входные сопротивления стремятся к бесконечности, а параметры идентичны. Тогда сигналы на входах измерительных усилителей 5 и 6 определяются, соответственно, выражениями:

где Е - ЭДС источника 4 питания; z - номинальное значение параметра преобразователя 3 и, соответственно, начальное значение параметров первичных преобразователей 1 и 2.

Соответственно, на выходах измерительных усилителей 5 и 6 сигналы определяются выражениями:

где k₁ и k₂ - коэффициенты передачи по напряжению, соответственно, измерительных усилителей 5 и 6.

Сигналы (3) и (4) поступают на соответствующие входы дифференциального усилителя 7, на выходе которого, при выполнении условия k₁=k₂=k, получаем:

Далее сигналы (4) и (5) поступают на соответствующие входы блока 8 деления, на выходе которого, при k₁=k₂=k, получаем:

Как следует из выражения (6), функция преобразования полученного измерительного преобразователя не зависит от нестабильности параметров источника питания и является линейной.

Сокращение вдвое числа первичных преобразователей и резисторов в измерительной цепи, устранение из устройства сумматора, упрощает измерительный преобразователь и создает возможности для уменьшения его суммарной погрешности, т.к. каждый дополнительный элемент в схеме является потенциальным источником погрешности. Кроме того, сокращение числа дифференциально включенных первичных преобразователей (датчиков) расширяет функциональные возможности устройства, т.к. в некоторых случаях установка четырех дифференциально включенных первичных преобразователей (датчиков) вызывает практические затруднения.

Источники информации

1. А.с. 1195263 СССР, кл. G 01 R 17/10, G 01 В 7/18, 1985, бюл. №44.

2. Нестеров В.И. Инвариантные измерительные мосты для измерения крутящего момента // Метрология. - 1992. - №12. - С.33-36, рис.3.

Измерительный преобразователь, содержащий два дифференциально включенных первичных преобразователя, соединенных последовательно в цепь с источником питания и третьим преобразователем, выполненным, например, в виде резистора, два измерительных усилителя, дифференциальный усилитель и блок деления, отличающийся тем, что входы первого измерительного усилителя подключены к смежным выводам последовательно включенных первичных преобразователей и выводу третьего преобразователя, соединенному с одним из полюсов источника питания, входы второго измерительного усилителя подключены к второму выводу третьего преобразователя, соединенному с соответствующим выводом одного из первичных преобразователей, и выводу второго первичного преобразователя, соединенному с вторым полюсом источника питания, выход первого измерительного усилителя подключен к прямому входу дифференциального усилителя, к инвертирующему входу которого подключен выход второго измерительного усилителя, а выходы дифференциального усилителя и второго измерительного усилителя подключены к соответствующим входам блока деления, выход которого является выходом измерительного преобразователя.