Устройство для измерения приращения сопротивления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее измерительный мост, три плеча которого образованы резисторами, а четвертое - зажимами для подключения измеряемого резистора, источник напряжения , первый вывод которого через первый резистор подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора, а через второй резистор подключен к первому входу усилителя разбаланса и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму зажиму для подключения измеряемого резистора и к выходу инвертирующего усилителя, первый вход которого подключен к второму входу усилителя разбаланса и к третьему зажиму для подключения измеряемого резистора, второй вход инвертирующего усилителя и второй вывод источника напряжения пoдкJBoчeны к общей шине устройства отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены неинвертирующий уси§ йитель, четвертьй и пятый резисторы, (Л причем четвертый резистор подключен между первым входом усилителя разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя, вход которого подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора а пятый резистор подключен между входом и выходом нех инвертирующего усилителя, выход усиУ1 лителя разбаланса соединен с выходной клеммой устройства. ю :л ю

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (I!! (5!) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3661557/24"21 (22) 09. 11.83 (46) 15. 10.85. Бюл. 9 38 (72) В.В.Родионов и В.А.Иаглыш (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте (53) 621.317.733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 463931, кл. G 01 R 27/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 976398, кл. С 01 R 27/02, 6 01 R 17/10, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ, содержащее измерительный мост, три плеча которого образованы резисторами, а четвертое — зажимами для подключения измеряемого резистора, источник напряжения, первый вывод которого через первый резистор подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора, а через второй резистор подключен к первому входу усилителя раэбаланса и к первому выводу третьего резистора, второй вывод которого подключен к второму зажиму для подключения измеряемого резистора и к выходу инвертирующего усилителя, первый вход которого подключен к второму входу усилителя разбаланса и к третьему зажиму для подключения измеряемого резистора, второй вход инвертирующего усилителя и второй вывод источника напряжения подключены к общей шине устройства о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены неинвертирующий усилитель, четвертый и пятый резисторы, причем четвертый резистор подключен между первым входом усилителя разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя, вход которого подключен к первому зажиму для подключения измеряемого резистора, а пятый резистор подключен между входом и выходом неинвертирующего усилителя, выход усилителя разбаланса соединен с выходной клеммой устройства.

252

1 1185

Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано при дистанционном измерении приращения сопротивления, например, при измерении температуры.

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения влияния сопротивлений трехпроводной линии подключения измеряемого резистора. !О

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство для измерения приращения сопротивления содержит источник

1 напряжения, резистивный мост 2, измеряемый резистор 3, усилитель 4, раэбаланса, инвертирующий усилитель

5, первый зажим 6 для подключения резистора 3, второй зажим 7 для подключения резистора 3, третий зажим 8 для2б подключения резистора 3, выходную клемму 9 устройства, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 резисторы, резистор 14 усилителя 4, неинвертирующий усилитель 15, пятый ре-д зистор 16, резисторы 17 и 18 неинвертирующего усилителя 15.

Первый вывод источника 1 напряжения подключен к диагонали питания реэистивного моста 2 и через первый ре- о эистор 10 подключен к первому зажиму

6 измеряемого резистора 3, а через второй регистор 11 подключен к первому входу усилителя 4 разбаланса, первый вход которого через третий резис-35 тор 12 подключен к второму зажиму 8 измеряемого резистора 3 и к выходу инвертирующего усилителя 5, первый вход которого подключен к второму входу усилителя 4 разбаланса и к тре-40 тьему зажиму 7 измеряемого резистора

3, второй вход инвертирующего усилителя 5 и второй вывод источника 1 напряжения подключены к общей шине устройства, пятый резистор 16 подключен между входом и выходом неинвертирующего усилителя 15, четвертый резистор 13 подключен между первым входом усилителя 4 разбаланса и выходом неинвертирующего усилителя 15, вход которого подключен к первому токовому зажиму 6 измеряемого резистора 3.

Устройство работает следующим образом.

Питание моста обеспечивается источником 1, например, переменного прямоугольного напряжения, поэтому используемые ниже для краткости термины напряжение и ток означают переменную составляющую напряжения и переменную составляющую тока.

Напряжение одного зажима измерительной диагонали моста 2, к которому подключен первый вход инвертирующего усилителя 5, поддерживается этим усилителем бливким к нулю (относительно общей шины устройства), что обеспечивает отсутствие синфазного сигнала на втором входе усилителя 4 разбаланса.

Напряжение на втором зажиме измерительной диагонали моста 2, подключенном к первому входу усилителя 4 разбаланса, поддерживается этим усилителем также близким к нулю за счет отрицательной обратной связи с его выхода на его первый вход.

Это обеспечивает линейное преобразование приращения сопротивления измеряемого резистора 3 в напряжение, поступающее на выходную клемму 9.

Предположим первоначально, что сопротивления зажимов 6 и 8 равны нулю. Тогда входное -напряжение неинвертирующего усилителя 15 равно нулю, как и его выходное и токи через резисторы 13 и 16 не протекают.

Если входные сопротивления и коэффициенты усиления в разомкнутом состоянии. используемых усилителей достаточно велики, .то напряжение

U на клемме 9 в соответствии с извых ложенным будет ЖЯ (Р10 R z РвГ )

U (1)

10 11 где U — напряже ние источника 1, R 3 — сопротивление измеряемого резистора 3, R10 .К11.

R„,R, - сопротивления резисторов

10, 11, .12 и 14.

Из формулы (1) видно, что выходное напряжение пропорционально приращению измеряемого резистора.

Предположим, что сопротивления

R u R зажимов 6 и 8 отличны от ну 6 в ля. Компенсация падения напряжения на первом зажиме 6 осуществляется с использованием положительной обратной связи в усилителе 15 путем подачи дополнительного тока с выхода усилителя 15 через пятый резистор

16 так, что ток через зажим 6 и через измеряемый резистор 3 не зависит от сопротивления зажима 6. Эта обеспечивается при

185252

1 (2) R1e =Rate(K 1) 5

20 о 1в R 6 32

R =-= в (4) 25

35 где К вЂ” коэффициент усиления усилителя 15.

Компенсация падения напряжения на втором зажиме 8 осуществляется путем подачи компенсирующего тока через четвертый резистор 13 в другую ветвь моста. Падение напряжения U на

Я9 втором зажиме 8 искажает информацию о величине сопротивления измеряемого резистора 3, вызывая дополнительный ток pI через резистор 12

UKþ /R„° (3)

Для того, чтобы вызванное этим увеличение тока через резистор t2 не привело к изменению выходного напряжения усилителя 4, необходимо на первый вход этого усилителя подать ток такой же величины, но с обратным знаком.

При этом сопротивление R резис8 тора 13, очевидно, должно быть где о - Harrps eHHe на выходе теля t5.

При одинаковом сопротивлении зажимов 6 и 8 получим

13 12 (5)

Таким образом, при трехпроводной линии подключения и при известном соотношении сопротивлений токовых выводов осуществляется компенсация падения напряжения на втором зажиме 8 °

Устройство может быть использовано при измерении на переменном то- 40 ке, например, как в прототипе.

Повышение точности измерения осу ществляется за счет меньшей погрешности из-эа конечного коэффициента ослабления синфазного сигнала, так 45 как на входах усилителей 4 и 5 синфазный сигнал отсутствует, а на входе усилителя 15 сигнал пропорционален только падению напряжения на первом токовом зажиме и не зависит от падения напряжения на измеряемом резисторе (и на втором зажиме).

Составляющая погрешность измерения, определяемая погрешностью компенсации зажимов 6 и 8, пропорциональ55 на отношению R /R . Кроме того, относительная погрешность компенсации первого зажима 6 пропорциональна отклонениям резисторов 16, 17 и 18 от расчетных значений, а также пропорциональна бтношению К,/R а отнозо сительная погрешность компенсации второго зажима 8 зависит от отклонений резисторов 13, 17 и 18.

Для часто встречающегося случая, когда R„ » Кв и одинаковый относительной погрешности c" резисторов 13, 16, 17 и 18, погрешность компенсации первого зажима 6 в R /К раэ меньше

10 Э

У чем второго зажима 8, и поэтому может не учитываться. С этой точки зрения залмм 6 представляет собой лишь ме- ру сопротивления зажима 8, по величине которого и компенсируется сопротивление зажима 8. !

Возможно использование данного устройства на постоянном токе с учетом дополнительных факторов. Смещение нулевого урсвня усилителей 5 и 15 (в худшем случае их сумма) может вызвать дополнительный ток в обеих ветвях моста. Смещение нулевого уровня усилителя 4 вызовет дополнительное изменение тока в ветвях моста. Причем, если обеспечить условие (2) — частичная компенсация уходов резисторов 17, "8 и суммы — для худшего случая — смещений нулевых усилителей 5 и 15, то величина четвертого резистора (pe3HcTop 13) получается близкой к величине резистора 12 и

К=1,1-2 (при R >)R ), что увеличивает ток через резистор 13 из-за смещения нулевого уровня усилителя 4.

Если зто недопустимо, то необходимо выбирать К большим и приближать значение резистора 10 к резистору

3, что приведет к увеличению резисторов 13 и 16 и уменьшит влияние смещения нулевого уровня усилителя

4 и обеспечит почти на порядок меньшую погрешность, обусловленную схемой компенсации.

Таким образом, предлагаемое устройство может быть применено для измерения приращений температуры, например, в преобразователе приращения сопротивления в период, а также для измерения приращения температуры при безбарокамерном методе контроля герметичности по "спаду" давления, точность которого в значи-. тельной степени определяется точностью измерения приращений температуры за время зачетной паузы, так как приращение температуры внутри конт1185252

ВНИИПИ Заказ 6359/41 . Тираж 747 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ролируемого объекта вызывает изменение давления в нем, не связанное с его герметичностью, и должно быть учтено при обработке результатов измерения.

Резистивные датчики температуры размещаются внутри контролируемого объекта. Для получения среднеобъемного значения температуры датчики соединяются последовательно (например, десять последовательно соединен. ных термопреобразователей по i00 Ом каждый при 0 С), что позволяет обойтись минимальным количеством проводов для внутренних соединений, несколько уменьшает динамические и статические ошибки из-за теплоемкости и теплопроводности соединительных проводов, а также улучшает соотношение сигнал/шум и влияние сопротивления внешней соединительной линии, погрешность компенсации которой зависит от соотношения сопротивления ликии к величине измеряемого сопротивления.

Трехпроводная линия в данном случае позволяет несколько скомпенсировать динамические ошибки участков линии (образующие второй зажим 8) между отдельными последовательно соединенными датчиками в случае, если длина этих соединительных проводников равна длине (внутри объекта) участка другого непрерывного провода (пергый зажим 6, точнее часть его), под о ключенного к крайнему датчику в цепи их последовательного соединения и проложенного по этой цепи в обратном направлении (обратный провод), что обеспечивает также минимальную площадь витка последовательного соедине" ния датчиков и уменьшения влияния помех и наводок. Другая часть соединительной линии расположена снаружи объекта для связи с измерительной аппаратурой.

Повышение точности измерения приращения температуры позволяет повысить точность контроля герметичносд ти или при некоторой заданной точности контроля уменьшить время контроля герметичности (уменьшить время зачетной паузы}.