Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий источник биполярных импульсов тока, операционньй усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу ко торых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя , отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий, в него введен двусторонний ограничитель, который вьшолнен на стабилитронах и включен мещху неинвертирующим входом операционного усилителя и общей шиной, причем :„ .ос UcT--2где df. напряжение стабшшзавди О) стабилитрона, ос, сопротивление резистора обратной связи, 3 амплитуда импульсов тока; формируемых источником биполярных импульсов тока. Ю 00 WJf 00 (.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК, SU„„1128108

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тензорезистора, к общему выводу которых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобра зователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстро-, действия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий, в него введен двусторонний ограничитель, который выполнен на стабилитронах и включен между неинвертирующим входом операционного уси лителя и общей шиной, причем "ос

= — ) ст 2

me С

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3283796/18-21 (22) 07.05..81 (46) 07.12.84. Бюл. N- 45 (72) А.А.Михеев и Г.И.Нечаев (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 531. 787.913(088.8) (56) I. Беклемищев А.И., Волобуев В.С. Аппаратура для измерения де формации и температур. Сб. трудов

ЦАГИ, вып. 1599, с. 108, р. 2.

2. Авторское- свидетельство СССР

В 798480, кл. G 01 В 7/16, 1975. (54) (57 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ

АКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕС

КИЙ .СИГНАЛ, содержащий источник биполярных импульсов тока, операционный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два последовательно соединенных напряжение стабилизации стабилитрона, сопротивление резистора обратной связи, амплитуда импульсов тока, формируемых источником биполярных импульсов тока

1 11281

Изобретение относится к измерителвl ной технике и может быть использова-, но в преобразователях неэлектрических величин в электрический сигнал, в частности в, тензопреобразователях.

Известно устройство, осуществляющее преббразование активного сопротивления датчика (тензорезистора) в электрический сигнал (1)..

НеДостатком этого у тройства является его сложность, обусловленная наличием пары импульсных трансформаторов. Это особенно проявляется при построении на основе .преобразовате ля многоканальных устройств. При этом к сложности устройства добавляется еще значительная неидентичность характеристик разных каналов между собой из-за технологического разброса параметров импульсных трансфоматоров.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь изменения активного сопротивления в .электрический сигнал, содержащий источник биполярных импульсов тока, операцион-. ный усилитель с цепью резистивной отрицательной обратной связи, между инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя включе30 ны два. последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу которых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преббра.— зователя, между неинвертирующнм входом операционного усилителя и общей шиной включен резистор (2) .

Недостатком известного преобразователя является низкое быстродействие при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий. Проводные линии, соединяющие тензорезисторы с источником тока и операционным усилителем, обладают емкостью по. отношению к общей шине. Это приводит.45 к возникновению переходного процесса при формировании выходного электрического импульсного .сигнала, а следовательно, к снижению быстродействия преббразователя. Длительность переход- 50 ного процесса (без учета инерционности операционного усилителя) определяется через постоянную времени С

= 3C, где Ц вЂ” сопротивление резистора, включенного между неинвертиру- ющим входом операционного усилителя и общей шиной, С . — емкость проводной линии по отношению к общей шине.

08 2

Для обеспечения отличия выходного сигнала.от установившегося значения на величину менее 1Х необходимо Измерить не ранее, чем -через время1 = .= 5 ь . Увеличение длины линии связи л тензорезисторов с преобразователем, . а также увеличение числа каналов (поскольку в известном тензорезисторы всех каналов, а. значит и их линии связи, соединены непосредственно с входами операционного усилителя) приводит к возрастенню длительности пе-. реходных процессов, что уменьшает быстродействие преобразователя.

Цель .изобретения — повышение быстродействия при подключении тензорезисторов с помощью длинных проводных

-линий.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе изменения активного сопротивления в электрический сигнал, содержащем источник биполярных импульсов тока, операционный усилитель с цепью резистивной.отрицатель .ной обратной связи, между инвертирую щим и неинвертирующим входами операционного усилителя включены два последовательно соединенных тензорезистора, к общему выводу которых подключен источник биполярных импульсов тока, выход операционного усилителя является выходом преобразователя, введен двусторонний ограничитель, который выполнен на стабилитронах и включен между неинвертирующнм входом операционного усилителя и общей шиной, причем

IRoc

0cT= 2

1 где U << — напряжение стабилизации, стабилитрона, атос — сопротивление резистора обратной связи, — амплитуда импульсов тока, формируемых источником биполярных импульсов тока.

На фиг. 1 представлена схема преобразователя изменения активного сопротивления в электрический ° сигнал, на фиг. 2 — эквивалентная схема

/ для расчета переходного процесса.

Преобразователь изменения активного сопротивления в электрический сигнал содержит источник 1 биполярных импульсов тока, последовательно соединенные тензорезисторы 2 и 3 включены между инвертирующнм и неинвертирующнм входами операционного усили3 11281 теля 4, резистор 5 отрицательной обратной связи включен между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя. Общий вывод тензорезисторов 2 и 3 подключен к источнику 1 биполярных импульсов тока. Двусторонний ограничитель 6 включен между неинвертирующим входом операционного усилителя 4 и общей шиной.

В установившемся режиме выходной 10 ,сигнал преобразователя описывается выражением

2 1 5 "88„„x x И

15 д" С,См .» Полагая величины Д токов питания тензорезисторов в предлагаемом и из20 вестном устройствах одинаковыми, оценим диапазон величины U

Сигнал разбаланса в известном устройстве описывается выражением !

1 5 ст 2

% Р 2 Ro Й

1 где

4 2 . °

R2

В переходном режиме, продолжительность которого определяет быстродействие преобразователя, работа предлагаемсго устройства осуществляется 40 следующим образом.

При подаче импульса тока. от источника тока 1 в точку соединения тензорезисторов 2 и 3 ток 3, независимо от своего направления, разветвля- 4ется по тензорезисторам 2 и 3. Так как изменение сопротивления тензореэисторов под.действием дефопмации кg составляет обвяно 10 — 10 отн.ед., то при рассмотрении переходного процесса можно считать, что токи, текущие по каждому тензорезитссру, равны между собой и имеют величину 1/2.

Учитывая это, а также равенство потенциалов на неинвертирующем и инвер- зз тирующем входах операционного усилителя 4, эквивалентную схему для расчета переходного процесса (без учета

F и ймн вс

1й

Для обеспечения 08,„ = 0 при ра.венстве сопротивлений тензорезисторов 2 и 3 должно выполняться равенство

При изменении сопротивления одного из тензорезисторов (например, тензорезистора 2) под действием деформации . на величину h Rg-. на выходе преобразователя появляется сигнал разбаланса, пропорциональный изменению сопротивления тензорезистора:

"Ст

ОР=2 ба, 08 4 инерционности самого операционного усилителя) можно представить в специальном виде (фиг. 2). Ток 3 /2 заряжает емкость соединительных ли.ний Сц по линейному закону

u (t) Л, 2 с

При достижении напряжением на емкости пробоя стабнлитронов 0<,- заряд прекращается и наступает установившееся состояние. Из равенства llе(1)

= 0С находим, время переходного процесса

+ где 0 — величина резистора обратной связи в известном устройстве. При.. равнивая выражения (3) и (6), находим минимальное значение U, при котором амплитуда выходного сигнала в предлагаемом устройстве не меньше. чем в известном.

При этом значения U предлагаемое устройство, имея одинаковую с изветным устройством амплитуду выходного сигнала, обеспечивает более высокое быстродействие.

В известном преобразователе неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с общей шиной через резистор к (показан пунктиром, фиг. 2), величина которого для нормальной работы известного преобразователя должна быть равной Й с Из-за наличия емкости потенциал на неинвертирующем входе операционного усилителя изменяется во времени с постоянной с = Сщ Ц

1128108. 1

Йос М

"неинб, "oc (" !!

Фие.2

Составитель В.Миронов

Техред Т.Фанта КоРРектоР А.Тяско

Редактор Н.Бобкова

Заказ 9015/29 Тираж 586 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектная, 4

Отмечалось, что переходной процесс 5 можно считать законченным через t

% и 53 СА, (в действительности погос решность преобразования при этом изза неустановившегося режима составляет величину. порядка 1X). Сравним полученное время. „ для известно.1 % го преобразователя,с временем переходного процесса t < для предлагае- мого преобразователя по выражению (5) . Подставляя в выражение (5) значение Ц . из выражения (2), получим 1„= Рс См . Из вражений (2) и (7) определяем соотношением величин R< и, при которых амплиту% ды выкодных сигналов в известном, и предлагаемом устройствах одинакоч вы, R = 2 ос . Таким образом, длительность переходного процесса в устройстве

tP=2Ro С т.е. в 2,5 раза меньше, чем в известном устройстве. При этом следует заметить, что в известном устройстве теоретически при съеме информации

% % в момент времени t,ë ос См nor- 30 решность преобразования составляет около 1%, в предлагаемом же устройстве — она теоретически отсутствует.

Сделанное предположение о безинврционности операционного усилителя справедливо при значительном удалении (десятки метров) тензорезисторов от источника тока и операционного усилителя, а также пби большом числе каналов.

Из выражения (3) видно, что с увеличением 0с амплитуда выходного сигнала преобразователя увеличивается. Однако при этом быстродействие преобразователя ухудшается (выражение (5)). Оценим максимальную величину 0с1, при которой предлагаемое устройство еще обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с известным устройством. Отмечалось, что в известном устройстве переходный процесс можно считать закончившимся через время и = 5 Roc См . В

+ %предлагаемом устройстве это время определяется выражением (5), т.е. и с ст М

Из условия „< 1 о получим

U стмакс = 2,5IRîñ.

Таким образом, из выражений (7) и (9) получаем диапазон величин 0 при которых предлагаемое устройство, обеспечивая более высокую точность преобразования, имеет более высокое быстродействие по сравнению с известным устройством.

Экспериментальные исследования преобразователя изменения активного сопротивления в электрический сигнал показывают, что предлагаемый преобразователь обеспечивает более высокое быстродействие по сравнению с известным техническим решением при подклю1чении тензорезисторов с помощью длинных проводных линий.

4(rve v8