Цифровой неуравновешенный измерительный мост

 

ЦИФРОВОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ по авт.св. 983551, отличающийся тем, что, с целью повышеиия точности измерений за счет исключения влияния сопротивления соединительных .линий и обеспечения помехозащищенности , его первый и второй переключатели снабжены третьими неподвижными контактами, которые третью и четвертую соединительные линии подключены соответственно к первому зажиму для подключения измерительного резистора и второй соединительной линии и к второму за-. жиму для подключения измерительного ре зистора и первой соединительной линии, V СП м

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PECllYSËÈН

„.SU„„1100571 А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬФ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,(61) 983551 (21) 3497823/18-21 (22) 04.10.82 (46) 30.06е84 Бюль Я 24 (72) В.В.Беззубцев (53). 621.317.733(088.8) (56).1. Авторское свидетельство СССР

Я 983551, Кл. G 01 Н 17/10, 1980. ч (54)(57) ЦИФРОВОЙ НЕУРАВНОВИИЕННЦЙ

ИВИЕРИТЕЛЬНЫй ИОСТ по авт.св. Я 983551, отличающийся тем, что, с целью повьиаения:точности. измерений за счет исключения влияния сопротивления- соединительных ,линий и обеспечения помехозащищенности, его первый и второй переключатели снабжены третьими неподвижными контактами, которые через третью и четвертую соединительные .линии подключены соответственно к первому зажиму для подключения измерительного резистора и второй соединительной линии и к второму за- . жиму для подключения измерительного ре эистора и первой соединительной линии.

1100571

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин с помощью резистивных датчиков, например, тензорезисторов. 5

По основному авт.св. 9 983551 известен цифровой неуравновешенный измерительный мост, содержащий два делителя напряжения, первый из которых образован двумя постоянными резисторами, а второй последовательно соединенными первой соединитель1 ной линией, измерительным резистором, второй соединительной линией и третьим постоянны л резистором, 15 источник напряжения, подключенный к делителям напряжения, первый переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первого делителя напряжения, а втоРой неподвижный контакт -- к об- 2О щей точке второй соединительной линии и постоянного резистора, интегратор, вход которого подключен к подвижному контакту первого переключателя. а выход — к входу поро гового элемента, второй переключатель, первые неподвижные контакты которого подключены к собтветствующим полюсам источника напряжения, а подвижный контакт подключен к об- 30 щей шине, измеритель временных интервалов, образованный последовательно соединенными генератором импульсов, делителем частоты и счетчиком, выход которого через ре- 35 гистр соединен с управляющим входом делителя частоты, формирователь временных интервалов, выходы которого подключены к управляющим входам переключателей, интегратора и 4р измерителя временных интервалов, второй управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента11.).

Недостатком известного устройства является то, что в нем не учитывается45 влияние сопротивления соединительных линий, посредством которых тенэореэистор включен в измерительную схему.

В простейшем случае соединительные линии представляют собой сопротивления монтажных проводов, длина котоРых может составлять десятки и сотни метров. При многоточечных измерениях соединительные линии образуются последовательно соединенными сопротив-, лениями проводов и коммутирующих эле-55 ментов. При определенных условиях погрешность из-за влияния сопротивления соединительных проводов зна" чительно превышает допустимую.

Другим недостатком известного уст-60 ройства является низкая помехозащищенность иэ-за того, что неизвестное напряжение, содержащее полезный сигнал и помеху, интегрируется во втором такте, длительность которого является случайной величиной. В силу этого напряжение помехи, обусловлен- ной наводками сетевого йапряжения на соединительные линии, не может быть отфильтровано интегратором.

Как известно, напряжение наводок сетевого напряжения отфильтровывается интегратором, если интервал интегрирования равен или кратен периоду сетевого напряжения.

Указанные недостатки в конечном счете приводят к снижению точности измерения, Цель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения влияния сопротивления соединительных линий и обеспечения помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом неуравновешенном измерительном мосте, содержащем два делителя напряжения, первый иэ которых образован двумя постоянными резисторами, а второй последовательно еое-! диненными первой соединительной линией, измерительным резистором, второй соединительной линией и третьим постоянным резистором, источник напряжения, подключенный к делителям напряжения, первый переключатель, первый неподвижный контакт которого подключен к выходу первого делителя напряжения, а второй неподвижный контакт - к общей точке второй соединительной линии и постоянного резистора, интегратор, вход которого подключен к подвижному контакту первого переключателя, а выход — к входу порогового элемента. второй переключатель; первые неподвижные контакты которого подключены к соответствуюЩим полюсам источника напряжения, а подвижный. контакт подключен к общей шине, измеритель временных интервалов, образованный последовательно соединенными генератором импульсов, делителем частоты и счетчиком, выход которого через Регистр соединен с1 управляющим входом делителя частоты, формирователь временных интервалов, выходы которого подключены к управляющим входам переключателей, интегратора и измерителя временных интервалов, второй управляющий вход кото,,рого соединен с выходом порогового элемента, первый и второй переключатели снабжены третьими неподвижными контактами. которые через третью и четвертую соединительные линии подключены соответственно к первому зажиму для подключения измерительного резистора и второй соединительной линии и к Второму Зажиму для подклю7 чения измерительного резистора и первой соединительной линии.

На Фиг.1 представлена структурная .схема устройства на Фиг.2 — времен«ная диаграмма его работы.

1100571

„ () о 2 и в г

Т=0

"вк "вкг.др — падение напряжения на: или с Учетом (2! и (3) эй г=О «, ото з, о резисторе 3) 65 куда

I где

Цифровой неуравновешенный измерительный мост содержит первый делитель напряжения, образованный постоянными резисторами 1 и 2, второй делитель напряжения. образованный постоянным резистором 3, измеритель- 5 ным резистором 4 и соединительными линиями 5 и б, источник 7 напряжения, подключенный к-делителям напряжения, переключатель 8, подвижный контакт которого -подключен к входу 30 интегратора 9, а неподвижные контакты 10 — 12 подключены соответственно к выводам постоянных резисторов

1 и 2, к выводу постоянного резистора 3 и соединительной линии 5, к зажиму 13 для подключения измерительного резистора 4 и соединительной линии 5 через соединительную линию

14, .переключатель 15, подвижный контакт которого подключен к общей ши- О не, два неподвижных контакта соединены с полюсами источника 7, а третий - неподвижный контакт - через соединительную линию 16 — с зажимом

17 для подключения измерительного резистора 4 и соединительной линией б, измеритель 18 временных интервалов, образованный генератором 19 импульсов, делителем 20 частоты и счетчиком 21, выход которого через регистр 22 соединен с управляющим входом делителя 20 частоты, Формирователь 23 временных интервалов, выходы 24 — 26. которого подключены к управляющим входам переключателей

8 и 15, интегратора 9 и управляющему 35 входу 27 измерителя 18 временных интервалов. Управляющий вход 28 измерителя 18 соединен с выходом поро- . гового элемента 29. вход которого подключен к выходу интегратора 9. 4О

Устройство работает следующим образом.

Генератор 19 импульсов запускается при наличии потенциала логической единицы на обоих управляющих входах 45

27 и 28 измерителя 18.

В исходном состоянии подвижнЫЦ контакт переключателя 8 замкнут с контактом 11, а переключатель 15 на- ходится в положении 30 и к входу интегратора 9 прикладывается падение напряжения на резисторе 3, вызванное прохождением тока 3 источника 7 по . контуру: источник 7 — линия б - резистор 4 — линия 5 - резистор 3 источник 7.

В момент 1„(фиг.2) формирователь

23 потенциалом по выходу 26 запуска ет интегратор 9. Следовательно, в момент 12 выходное напряжение интегратора,9 составит: 60

ВМ1 3 в 3 Н ()„ — напряжение помехи, вызванное наводкой сете-, вого напряжения на соединительные линии

5юбю14 и 16;

T =--(4,-а ) — интервал первого такта

-4 1) интегрирования.

Так как интервал Т выбирается равным или кратным периоду сетевого. напряжения, то второе слагаемое правой части уравнения (1) будет Равно нулю: ()нт =0, следовательно; UÄ=U ÄÄ T = 3R +. (2)В интервале T= 42-1„ на вход 27 измерителя 18 поступает потенциал логического нуля, а на вход 28 с выхода порогового элемента 29 поступает потенциал единица. Генератор 19 заторможен.

В момент 12 потенциал на входе 27 измерителя 18 становится равен единице и генератор 19 запускается, его импульсы через делитель 20 частоты поступают на вход счетчика 21, Кроме того, в момент 1 формирователь 23 устанавливает переключатель

15 в положение 31, а переключатель

8 - в положение 10. В результате к входу интегратора 9 подключается напряжение зажима 13, полярность которого противоположна полярности 0qq<

Коэффициент деления делителя 20. устанавливается равным единице, напряжение зажима 13 номинально равно половине напряжения источника 7: где Ов — напряжение зажима 13)

Uä - напряжение источника 7, Знак приблизительного равенства в (3 l означает, что устройство не.. критично к точности установки (), т.е. к точности изготовления резисторов 1 и 2.

В интервале -(-(. напряжение

3 2 на выходе интегратора уменьшается (по абсолютной величине ) и в момент становится равным нулю. В этот: момент срабатывает пороговый элемент

29, иа выходе которого появляется потенциал нуля, и генератор 19 оста» . навливается. В счетчике 21 зафиксиру ется код где Х вЂ” частота генератора 19)

К, - коэффициент деления делиВ1 теля 20 частоты.

Уравнение двух тактов работы интегратора имеет вид:

1100571

З З

3, ),) . 3 (ц

О ОД1

fgR Т

Так Кд„-1, à H = З ° (Ь)

1- О о код й1засылается в регистр, 22.

С момента 4 формирователь 23 начинает формирование очередного интервала Т= (-Ф4,При этом переключатель 15 устанавливается в положение

32, а переключатель 8 устанавливается в положейие 12. В результате к входу интегратора 9 будет приложено падение напряжения на измерительном резисторе 4 положительной полярности относительно обшеей шины. Следовательно, .к моменту t на выходе интегратора будет напряженне

U2 =ОЗФЗ T= JR4T где 1Р4 — падение напряжения иа резисторе 4.

Также.как и в случае, рассмотрен-. ном выше, О Т=О. Тогда, О =О Т =3Р Т (1)

В момент t< счетчик 21 обнуляется, запускается генератор 19, а коэффициент деления усилителя устанавливается равным

К*2 Н1 ° (8)

Кроме того, в момент (переключатель 8 устанавливается в положение

10, а переключатель 15 — в положение 31, т.е. к входу интегратора 9 прикладывается напряжение

В 4 о

Напряжение на выходе интегратора убивает, и в ломент Ф становится равным нулю. Генератор останавливается, и в счетчике 21 фиксируется код г и

* или с учетом (8)

Р Д (О)

2 К„

ГДЕ т2 = 6 е З

Уравнение работы интегратора в последних двух тактах имеет вид:

Ов з Овх4 2

I откуда с учетом (7) и (9) определяем ЭР

Фт

2 Оо

Подставив полученное значение iz в

:(10) с учетом (6), получаем значение кода,Nz, определяемое лишь соотношением сопротивлений

5l Ф

2 Я

В режиме измерения сопротивления работа устройства на этом заканчивается. Как видно иэ (1ф, при определенно л значении R код и однозначна определяет велйчину ял, В режиме измерения относительного значения сопротивления изглерительного резистора 4, т.е. величины д и =до+/Р+код Nz засылается в регистр 22, н при новом значении со)О, противления измерительного резистора

R,= R4+dR4 устройство запускается вновь. Начинается втоРой этап работы устройс ва,.который аналогичен первому этапу, за исключением того, что в интервале „ = З-Ф коэффициент деления делителя 20 устанавливается равным

R4 е

В силу этого код И„, определяемый аналогично коду й„, составляет

Е Еа

К = — - "— - (131 ! 1» "1

К

"*1 2 аналогично можно сразу записать вы30 Ражения для, и Х2: ( где Э! — новое значение контурного токае

Подставив (12) и (14) в (13), получаем I

%Э R T 13 R T R f3 7Р4

40 О И О ЙЗ О

Выходной код и ", формируемый ана;„

1 2

Е логично коду H2,определяется М =

Д2

45 Учитывая (141 и то, что Кд2=М(. По-" лучаем

R4 дР дР

N = 4- + 4=1+УР .

2 50

Для положительных У (Й2>1) учитывается лишь дробная часть К2, а при отрицательных ГЯ4{М (т) считываемый код дополнительйо инвертируют. Признаком для этого служит состояние стар,шего знакового разряда счетчика 21.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает помехозащищен-. ность и исключение влияния сбпротив ления соединительных линий при измерениях сопротивления и относительного изменения сопротивления резистивного датчика, 1100571

М.2 .

Составитель В.Семенчук

Редактор П.Иакаревич . Техред Ж.Кастелевич Корректор О.Билак

Ю4»й ю» ф\

Заказ 4576/35 Тйраж 711 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиВ

113035, Москва, _#_-35, Рауыская наб., д. 4/5 филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4