Преобразователь разности сопротивлений в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения разности сопротивлений резистивных датчиков при многоканальных измерениях с поочередной коммутацией каналов. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Ток J, создаваемый стабилизированным источником 2 тока, протекает по цепи: сопротивление 9 связи, преобразуемое сопротивление 4, сопротивление 12 связи, внутренние цепи операционного усилителя 14, охваченного глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений 11 и 12 связей. Ток J<SB POS="POST">O</SB>, создаваемый стабилированным источником 1 тока, протекает по цепи: сопротивление 5 связи, преобразуемое сопротивление 3, сопротивление 8 связи, внутренние цепи операционного усилителя 13, охваченного глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений 7 и 8 связей. Сопротивления 6 и 7 связей включены последовательно высокоомным сопротивлениям входов операционных усилителей 13 и 15. Потенциал на неинвертирующем входе усилителя 13 равен произведению потенциала V<SB POS="POST">вых</SB> на выходе операционного усилителя 15 на коэффициент деления резистивного делителя напряжения, собранного на резисторах 16 и 17 обратной связи. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„БО „„1599810

А1

1 51)5 С 01 R 27./26! (Х. h.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4468491/24-21 (22) 01.03.88 (46) 15.1 0.90. Бюл. Н - 38 (71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструк горский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте (72) С,В.Булкин (53) 621.317.333 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

II! 463931, кл. G 01 R 27/26, 1975.

Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.

Л.: Энергия, 1980, с.122, рис.5-11г.

2 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ СОПРОТИВЛЕНИ!! В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения разности сопротивлений резистивных датчиков при многoKRHBJlb— ных измерениях с поочередной коммутацией каналов. Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Ток I создаваем:!й стабилизированным источником 2 тока, протекает по цепи: сопротивление 9 связи, преоб4 разуемое сопротивление 4 сопрот!.вУ ление 12 связи, внутренние цепи операционного усилителя 14, охваченно1599810 го глубокой отрицательной обрnTHoH связью посредством сопротивлений 11 и !2 связей. Ток Т,>, создаваемый стабилизированным источником 1 тока, протекает по цепи: сопротивление 5 связи, преобразуемое сопротивление 3, сопротивление 8 связи, внутренние цепи операционного усилителя 13,охваченного глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений

7 и 8 ср.ÿçåé. Сопротивления 6 и 7 связей включены последовательно высокоомным сопротивлениям входов операционных усилителей ) 3 и 15. Потенциал на неинвертирующем входе усилителя 13 равен произведению потенциала U»»« на выходе операционного усилителя 15 на коэф»)>ициент деления резистивного делителя напряжения,собранного на резисторах 16 и 17 обратной связи, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. и предназначено для . 20 измерения сопротивлений, приращений сопротивлений, разности двух сопротивлений, в том числе для дистанционного измерения разности сопротивлений резистивных датчиков, удаленных на значительное расстояние, для многоканальных измерений разностей сопротивлений с поочередной коммутацией каналов на один и тот же измерительный преобразователь. 30

Целью изобретения является повышение точности преобразования при дистанционных и многоканальных измерениях.

На фиг.! изображена схема преобразователя разности сопротивлений в напряжение; на фиг.2 — схема двух симметричных стабилизированных ис- точников тока.

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение содержит стабилизированные источники 1 и 2 тока,преобразуемые сопротивления 3 и 4,группы проводов с сопротивлениями 5 — 8 и 9 вЂ,12 связи, операцио»»ные усилители 13 — 15 и резисторы 16 и 17 обратной связи. Источники 1 и 2 тока соединены своими первыми выводами одноименных полюсов с общей шиной, а вторыми выводами с помощью проводов связи с сопротивлениями 5 — 8

9 — 12 — с преобразуемыми сопротивлениями 3 и 4. Первый вывод преобразуемого сопротивления 3 соединен с вторым выводом источника 1 тока через сопротивление 5 связи и с инвертирую»»»им входом операционйого ус»»л»»вЂ” теля 15 через сопротивление 6 связи.

Второй вывод преобразуемого сопротивления 3 соединен с инвертирующи»,» входом операционно ro усилителя 1 3 через сопротивление 7 связи и с выходом операционного усилителя 18 через сопротивление 8 связи. Первый вывод преобразуемого сопротивления 4 соединен с источником 2 тока через сопротивление 9 связи и с неинвертирую»»»им входом операционного усилителя

15 через сопротивление 10 связи.Второй вывод преобразуемого сопротивления 4 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 14 через сопротивление 1! связи и с выходом операционного усилителя 14 через сопротивление 12 связи. Неинвертирующий вход усилителя 14 соединен с общей шиной. Реэйсторь» 16 и !7 обратной связи соединены последовательно и общим выводом связаны с неивентирующим входом операционного усилителя 13.

Второй вывод резистора 17 соединен с общей шиной, а второй вывод резистора 16 — с выходом операционного усилителя 15, который является выходом преобразователя.

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение работает следующим образом.

Ток I, создаваемый стабилизированным источником 2 тока, протекает по цепи: сопротивление 9 связи,преобразуемое сопротивление 4, сопротивление )2 связи и далее по внутренним цепям операционного усилителя 14 и его источников питания на общую шину эа счет того, что операционный усилитель !4 посредством сопротивлений Il и 12 связи охвачен глубокой отрицательной обратной связью.Напряжение на выходе операционного усили1599810

IRõ

U s

Так как входы операционных усилителеи 14 и.15 имеют очень большое по сравнению с другими сопротивлениями схемы входное сопротивление, во включенные с указанными входами последовательно сопротивления 10 и 11 ток i не ответвляется, Следовательно, потенциал U+ на неинвертирующем входе операционного усилителя 15 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе операционного усилителя

14 и падения напряжения на преобразуемом сопротивлении 4, т.е, будет определяться только произведением тока I на преобразуемое сопротивление 4, равное R„:

Ток То, создаваемый стабилизированным источником 1 тока, протекает по цепи: сопротивление 5 связи, преобразуемое сопротивление 3, сопротивление 8 связи и далее по внутренним .цепям операционного усилителя 13 и

его источников питания на общую шину. Операционный усилитель 13 также охвачен глубокой отрицательной обратной связью посредством сопротивлений 7 и 8, а сопротивления 6 и 7 связей включены последовательно высокоомным сопротивлениям входом операционных усилителей 13 и 15. Поэто.му потенциал U на инвертирующем входе операционного усилителя 15 будет равен сумме потенциала на неинвертирующем входе усилителя 13 и падения напряжения на сопротивлении 3, вызванного прохождением через последнее тока I0.

Потенциал на неинвертирующем входе усилителя 13 равен произведению потенциала U „,„ на выходе операционного усилителя IS на коэффициент деления резистивного делителя напряжения из резисторов 16 и 17 обратной связи. Таким образом, потенциал U определяется сопротивлениями делителя обратной связи из резисторов 16 и 17 (R< и R<, соответственно) и падением напряжения на преобразуемом сопротивлении 3 (К ), вызванным прохождением по нему тока Т о:

Р

- Т R + U (-----) о î вью р +р

2 1

Охват операционного усилителя 15 отрицательной обратной связью с его выхода через резистивный делитель напряжения на неинвертирующий вход усилителя 131 а затем с выхода последнего на инвертирующий вход перво1p ro обеспечивает равенство потенциалов на неинвертирующем и инвертирующем входах усилителя 15:

Up =U

К1

m I R + 11 о 8ых

Выходной сигнал преобразователя

U sard (IR< Iего) (" + 1) °

Р2. t

Обозначив коэффициент усиления

К = — — + 1, при равенстве токов

Р., стабилизаторов 1 и 2 (I о Е) получим

Таким образом, предлагаемый пре30 образователь преобразует разность сопротивлений в напряжение, усиливает этот разностный сигнал, при этом и результат преобразования не зависит от сопротивлений связей преобразуеЗ5 мых сопротивлений с самим преобразователем, что повышает точность преобразования °

Стабилизированные источники 1 и 2 тока могут быть выполнены по схеме, 4Q представленной на фиг.2, Сопротивления 3 и 4 представляют собой резистивные датчики и их номиналы лежат, как правило, в пределах (10-1000) Ом.

Сопротивления 5 — 12 связей представ45 ляют собой провода линий связи с датчиками, но могут. включать и сопротивления открытых ключей в многоканальных задачах, следовательно, их значения могут доходить .до 100 Ом.

5р Pезультат преобрasования некритичен к номиналам этих сопротивлений в широком диапазоне, если их значения много меньше входных сопротивлений операционных усилителей 13 — 15 и

5е выходных внутренних сопротивлений источников тока 1 и 2, составляющих десятки или сотни мегаом. Охваченные глубокой обратной связью операционные усилители 13 и 14 "привязывают"

1599810

20

25 соответствующие выводы сопротивлений

3 и 4 к задаваемым на неинвертирующих входах потенциалам, поэтому падения напряжения на сопротивлениях

3 и 12 от прохождения по ним токов Iо и Х не оказывают влияния íà xa— рактеристику преобразователя при удовлетворении требования j R 8(, ) <

-6 UHù+ Ю+, где 1) „„— напряжение насыщения операционных усилителей

13 и 14.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Преобразователь разности сопротивлений в напряжение, содержащий последовательно соединенные первый стабилизированный источник тока и первое преобразуемое сопротивление, второй стабилизированный источник тока и второе преобразуемое сопротивление, первый операционный усилитель, выход которого соединен с вторым выводом второго преобразуемого сопротивления, вторые одноименные выводы стабилизированных источников тока соединены с общей шиной, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него дополнительно введены второй и третий операционные усилители и последовательно соединенные два резистора обратной связи, общий вывод которых соединен в неинвертирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом и вторым выводом первого преобразуемого сопротивления, второй вывод второго резистора обратной связи соединен с выходом третьего. операционного усилителя, являющимся выходом преобразователя, первый вывод второго преобразуемого сопротивления соединен с неинвертирующим входом третьего опера-, ционного усилителя, а второй его вывод — с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, инвертирующий вход третьего операционного усилителя подключен к первому выводу первого преобразуемого сопротивления, второй вывод пер— вого резистора обратной связи соединен с общей шиной.