Преобразователь сопротивления резистивного датчика в период следования импульсов

Союз Советскмк

Социапистическиа

Респубпмк

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 879503 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22)Заявлено 15.11.79 (21) 2838507/18-21 с присоелмнеммем заявкм М (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 R 27/02

Гоаударствапвй ттпет

СССР ло делам нэвбрвтенвй и вткрытк»

Опубликовано 07. 11. 81 Ьммлетень М 41 (53) УДК 621.317..33(088.8) Дата опубликования описания 07. 11.81. (72) Автор. изобретения

Е.А.Силаев (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТОРНОГО

ДАТЧИКА В ПЕРИОД СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для непосредственного или дистанционного измерения сопротивления резисторных датчиков, особенно в условиях ограничения допустимой мощности, рассеиваемой в датчике.

Известен измеритель сопротивления резисторного датчика, содержащий источник тока, измеритель напряжения, первый выход датчика соединяется с первыми зажимами источника така и измерителя напряжения, инвертирующий усилитель, общий (заземляющий) вывод которого соединен со вторыми зажимами источника тока и измерителя напряжения, а вход и выход усилителя соединяются со вторым выводом датчика (1) .

Недостатком этого измерителя сопротивления является погрешность измерения, обусловленная паразиткой термоЭДС и внешними наводками в линии связи, возникающими при ограничении рассеиваемой мощности в датчике.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является преобразователь активного сопротивления в период следования импульсов, содержащий дифференциальный интегратор, связанный с одним иэ входов компаратора, другой вход кот0 торого подключен к преобразуемому резистору, источник опорного напряжения, источники образцовых, измерительного, зарядного и разрядного токов, два ключа, делитель тока, вклю1$ ченный между выходом источника образцового разрядного тока и инвертирующим входом дифференциального интегратора, неинвертирующий вход кото20рого подсоединен к выходу источника образцового зарядного тока через первый ключ, а через второй ключ преобразуемый резистор подключен к выходу источника образцового измери879503 4 точник 5 зарядного тока, источник 6

- разрядного тока, токовые ключи 7 и 8, источник 9 опорного напряжения, дифференциальный усилитель 10, образцовые резисторы ll, 12, провода 13—

16 линии связи.

Преобразователь работает следующим образом.

Пусть в некоторый момент времени токовые ключи 7 и 8 замкнуты. Тогда ток источника 4 пройдет через провод

13, резисторный датчик 3 и провод

15 на выход дифференциального усилителя 10, а затем замкнется на общую шину. Если дифференциальный усилитель 10 имеет достаточно высокое усиление вследствие действия отрицательной обратной связи, потенциал

его инвертирующего входа будет под.держиваться равным потенциалу неинвертирующего входа, т, е. нулю. Тогда потенциал инвертирующего входа компаратора 2, который определяет момент переключения направления интегрирования, будет равен:

}(Х 4 14 ЬХ.у 1Ь ЬХ. К 1.

40 тельного тока, причем управляющие входы обоих ключей соединены с выхо- . дом компаратора, а источник опорного напряжения связан со всеми упомя- нутыми источниками образцовых токов, источники измерительного и разрядного токов выполнены на согласованной паре транзисторов.

Недостатком этого преобразователя является наличие погрешности, !О связанной с влиянием сопротивления двухпроводной линии, соединяющей преобразователь с датчиком сопротив-. ление линии складывается с сопротивлением датчика, что не позволяет 15 применять низкоомные датчики или длинные линии связи.

Целью изобретения является повышение точности преобразования и расширение диапазона преобразуемых сопротивлений.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь сопротивления.резисторного датчика в период следова ния импульсов, содержащий интегратор, у5 компаратор, источники измерительного, зарядного и разрядного токов,, входы которых соединены с выходом источника опорного напряжения, первый и второй токовые ключи, причем выход источника измерительного тока соединен через первый токовый ключ с первым токовым зажимом датчика, выход источника зарядного тока соединен со входом токового ключа,.выход компа35 ратора — с управляющими входами то-. ковых ключей и с выходом преобразователя, введены дифференциальный усилитель, два образцовых резистора, причем неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с общей шиной, инвертирующий вход подключен к первому потенциальному зажиму датчика, а выход — ко второму потенциальному.зажиму. датчика, второй токовый зажим которого соединен с инвер45 тирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора, неинвертирующий и инвертирующий входы котороге зашун". тированы образцовыми, резисторами и под- 5О ключены соответственно к выходам источника разрядного тока и второго токового ключа.

На чертеже представлена схема преобразователя.,55

На схеме изображены интегратор 1 компаратор 2, резисторный датчик 3, источник 4 измерительного тока, исгде Q х — сопротивление датчика 3;

Э вЂ” величина измерительного то= ка от источника 4; 4,г1 — сопротивления проводов 14 и

16 линии связи; „„, „„- входные токи соответственно дифференциального усилителя

10 и компаратора 2.

Учитывая, что можно обеспечить Э х, и gs><<по,крайней мере на 4-6 порядков меньше, 4 (например, для.микросхемы 544 УД1А величина 3 „<© 0,15 к

II10 А, а сопротивления проводов

-8 линии обйчно меньше%„„щ„, вторым и

Хйи третьим слагаемыми формулы (1) можно с большим запасом пренебречь, т.е.

К Х 4 ()

Из (2) следует, что сопротивление проводов линии датчика на результат измерения не влияют даже при за" меткой величине падения напряжения на проводах 13 и 15 линии связи в результате протекания по ним измерительного тока 44

Одновременно потенциал неинвертирующего входа компаратора 2 линейно нарастает, что связано с совместным действием,на входы интегратора 1 образцовых зарядного 5 и разрядного Qg токов, соответственно, от источников 5 и 6.

5 8

Действительно, неизменный во времени разрядный ток 1 вызывает на образцовом резисторе ll постоянное падение напряжения, которое определяет потенциал неинвертирующего входа интегратора I (с учетом направления тока, указанного на чертеже):

79503 6 найдем из условия равенства заряда, накопленного интегратором 1 за время „ нахождения. ключей 7 и 8 в замкнутом состоянии, и заряда, унесенного током через резистор 12 за весь период следования выходных импульсов Tll .

"+=-Ъ <« где R — сопротивление резистора 11.

Вследствие действия отрицательной обратной связи через интегрирующий конденсатор интегратора l, подключенный к инвертирующему входу, при достаточно высоком усилении усилителя интегратора разность потенциалов его входов будет пренебрежимо малой, поэтому с большой точностью:

U о+- -а а«

Конденсатор интегратора 1 будет заряжаться в этот промежуток времени результирующим током: ! V» 6941

Э=15+ ==Л5- 1 (>)

%1% R l где R< - сопротивление резистора 12..

Результатом интегрирования этого тока будет линейное нарастание напряжения на выходе интегратора 1, а значит и на неинвертирующем входе компаратора 2. На инвертирувщем вх<ще компаратора в это время действует потенциал согласно (2). Когда разность потенциалов на входах ком аратора 2 станет равной нулю, на его выходе скачком изменится напряжение. При этом ключи 7и 8 разомкнутся, тогда результирующий ток в цепи интегрирующего конденсатора станет

all » Ь 1

@1

Результатом интегрирования этого тока будет линейный спад напряжения на выходе интегратора 1 и неинвертирующем входе комнаратора 2. В это время измерительный ток J 4 через резисторный датчик 3 не протекает.

Поэтому согласно (2) потенциал инвертирующего входа компаратора 2 становится равным нулю. Когда напряжение на его неинвертирующем входе в результате линейного спада станет равным нулю, он снова сработает и замкнет ключи 7 и 8. После этого все процессы в преобразователе повторятся.

Через датчик 3 измерительный ток от источника 4 будет протекать импульсами .со скважностью < которую

51 6 ИМ/

1О откуда: = Tl(/4 Э Я„ / 6 Р„,1 (4 )

Время 1„ определяется длительностью линейного нарастания напряже15 ния на выходе интегратора 1 под дей-.. ствием тока Э (3) от нуля до напряжения (2) на инвертирующем входе компаратора 2: ($.)

-Ъ 6"«/ 1 где C, — — емкость конденсатора интегратора 1.

Из (4) и (5) найдем зависимость периода Т выходных импульсов от со25 противления датчика .3:

g 14. Я С (" "Р(%-)Ъ|. "")

Так как аналогично прототипу данный преобразователь служит прежде всего для работы с высокой скважностью импульсов измерительного тока в датчике (g >> 1, а источники токов 4 и 6 строго идентичны (3< -.Э ), выражение (6) упрощается:

a„„qc

35 т„= R (z) ф (Согласно (6) и (7) преобразователь обеспечивает линейное преобразование сопротивления датчика в период следования импульсов.

Таким образом, благодаря введению двух образцовых резисторов 11, 12 и дифференциального усилителя 10, а также включению резисторного датчика 3 в цепь отрицательной обратной

45 связи дифференциального усилителя 10, повышена точность преобразования за счет устранения влияния сопротивления проводов линии связи с датчиком, расширен диапазон рабочих значений сопротивления датчиков (в сторону меньших значений); преобразователь допускает работу с длинными линиями связи, сопротивление которых может быть соизмеримо с сопротивлением дат55 чика или даже превосходить его.

Формула изобретения

Преобразователь сопротивления резисторного датчика в период следо7 8 вания импульсов, содержащий интегратор, компаратор, источники измерительного зарядного и разрядного токов, входы которых соединены с выхоходом источника опорного напряжения, первый и второй токовые ключи, причем выход источника измерительного тока соединен через первый токовый ключ с первым токовым зажимом датчика, выход источника зарядного тока соединен со входом второго токового клю-. ча, выход компаратора соединен с управляющими входами токовых ключей и с выходом преобразователя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения диапазона преобразуемых сопротивлений, введены дифференциальный усилитель, два об-: разцовых резистора, причем неинвертирующий вход дифференциального уси20

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР !! - 463931, кл. G О! Й 27/!6, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 659988, кл. G 01 R 27/00, 1976 (прототип) .

79503 8 лителя соединен с общей шиной, инвертирующий вход подключен к первому потенциальному зажиму датчика, а вы" ход — ко второму потенциальному зажиму, второй токовый зажим которого соединен с инвертирующим входом компаратора, неинвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора, неинвертирующий и инвертирующий входы которого зашунтированы образцовыми резисторами и подключены соответственно к выходам источника разрядного тока и второго токового ключа.

ВНИИПИ Заказ 9712/15 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4