Устройство для преобразования сопротивления в код

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение точности измерения. Устройство содержит трансформаторный мост с индуктивным компаратором токов, указатель равновесия, цифровой автомат, уравновешивающее устройство, выполненное на генераторах тока с ключами. Новым в устройстве является то, что уравновешивание мостовой схемы производится током, пропорциональным не только коду, а пропорциональнь м коду и току через измеряемое сопротивление, что обеспечивает линейное преобразование измеряемого сопротивления в цифровой код 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (1) ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ihp,1 1 09 g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4730102/24 (22) 14.08.89 (46) 30.07.92. Бюл, М 28 (71) Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения (72) Г.С.Рыбин, В.Н,Мячин и В.Н.Ефимцев (56) Нетребенко К.А, и др. Аналого-цифровые преобразователи для резисторных датчиков. 1975, с. 31, рис. 9.

Авторское свидетельство СССР

М 1411675, кл, G 01 R 17/12, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В КОД (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для высокоточного измерения температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре.

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для преобразования сопротивления в код содержит источник 1 импульсного напряжения, трансформатор 2 напряжения с первичной 3 и вторичной 4 обмотками, элемент 5 измеряемого соп ротивления, включаемый по трехзажимной схеме измерения (6-8 — зажимы для подключения сопротивления), элемент 9 образцового сопротивления, индуктивный компаратор 10 (я)ю Н 03 М 1/46, G 01 R 17/12 для измерения температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение точности измерения, Устройство содержит трансформаторный мост с индуктивным компаратором токов, указатель равновесия, цифровой автомат, уравновешивающее устройство, выполненное на генераторах тока с ключами.

Новым в устройстве является то, что ураеновешивание мостовой схемы производится током, пропорциональным не только коду, а пропорциональным коду и току через измеряемое сопротивление, что обеспечивает линейное преобразование измеряемого сопротивления в цифp0soA код. 1 ил, токов с двумя входными 11 и 12 обмотками, компенсационной 13 и выходной 14 обмотками, указатель 15 равновесия, блок управления (цифровой автомат) 16, уравновешивающее устройство 17.

Источник 1 импульсного питания служит для формирования импульсов напряжения в первичной обмотке 3 трансформатора

2 напряжения и может быть выполнен по любой известной схеме. Трансформатор 2 напряжения, элемент 5 измеряемого сопротивления, элемент 9, индуктивный компаратор

10 токов образуют мостовую измерительную схему, построенную по типу трансформаторного моста с индуктивным компаратором токов, Мостовая измерительная схема предназначена для формирования сигнала рассогласования при отклонении величины

1751849 ком Q от тока в обмотке 12 с числом витков а, Уравнение баланса моста измеряемого сопротивления Rx от начального значения R<.

Уравновешивающее устройство 17 может быть выполнено по любой схеме ЦАП с передаточной функцией соответствия зависимости выходного тока 1тек от подаваемого кода (Мтек) выраженной формулой

% — % =0 (2) При изменении измеряемого сопротивления, например на величину ЛРх, ток в обмотке 11 изменится, а соответственно из вх К тек менится и магнитный поток Ф1. Компенсатек — Ймакс 10 ция разности магнитных потоков Ф1 и Ф произойдет магнитным потоком ф от выгде 1 — входной ток уравновешивающего ходноготока уравновешивающегоустройства 17, проходящего по обмотке 13 с числом

К вЂ” коэффициент пропорциональности витков щ, Компенсация разности магнитмежду входным током и током младшего "5 ных потоков произойдет после окончания разряда; процесса уравновешивания, N — максимальное значение кода. Уравновешивание происходит следуюУравновешивающее устройство 17 мо- щим образом, Цифровой автомат 16 поочежет быть выполнено, например, на интег- редно. начиная со старшего разряда, ральной микросхеме типа ЦАП К594РП1, 20 включает токовые ключи генераторов тока представляющим собой последовательное .уравновешивающего устройства 17. На кажсоединение операционного усилителя с на- дый вклю,енный разряд источник импульсбором генераторов выходных токов. Каж- ного питания 1 выдает через трансформатор дый генератор выходного тока собран по напряжения 2 импульс напряжения 0т в цеоднотипной схеме на транзисторе с рези- 25 пи измеряемого сопротивления и элемента стором в эмиттерной цепи и ключом в 9. При этом входной ток операционного коллекторной цепи. Генераторы преднаэна- усилителя уравновешивающего устройстчены для получения токов, которые распре- ва будет равен току через измеряемое соделены по двоичному закону. т,е. ток противление и изменение выходного тока каждого последующего больше в 2 раза тока Э0 операционного усилителя будет пропорциокаждого предыдущего. Такое распределе- нально изменению тока через измеряемое ние получается при соединений резисторов сопротивление, генераторов тока в виде резистивной матри- На выходе токовых ключей генератора цы R-2R. Ключи в коллекторных цепях слу- тока будет сумма токов от подключенных жат для суммирования токов от генераторов З5 генераторов тока. При этом, так как все гев обмотке компенсации индуктивного ком- нераторы тока управляются одним и тем же паратора токов в зависимости от управляю- операционным усилителем, стоящим на вхощего кода с цифрового автомата 16, де устройства уравновешивания, то на их поданного на управляющие входы ключей выходахтокбудетпропорционален входно(цифровые входы уравновешивающего уст- 40 му току 1вх, а соотношение величин выходройства 17). ных токов с каждого генератора тока будет

Цифровой автомат 16 может быть вы- определяться соотношением величин резиполней по схеме регистра поразрядного сторов в их эмиттерных цепях, При поразуравновешивания со схемой управления и рядном уравновешивании двоичным кодом тактовым генератором, например, на типо- 45 это соотношение распределено подвоичновой микросхеме К155ИР17. му закону, т,е. ток каждого последующего

Устройство работает следующим обра- генератора в два раза меньше тока предыдущего генератора тока, Поэтому на выхоПри начальном значении Вх элемента 5 де токовых ключей величина тока: измеряемого сопротивления мост, состоя- 50 щий иэ трансформатора 2, элемента 5, вход- 1вх К 1Чтек ного сопротивления уравновешивающего Ммакс устройства 17. элемента 9, индуктивного компаратора токов 10, сбалансирован то- где 1вх (вых (!тек) — токи на входе и выходе ком через элемент 9 с сопротивлением Ве, 55 уравновешивающего устройства соответстПри этом в компараторе тока 10 магнитный венно; поток Ф1 от тока в обмотке 11 с числом К вЂ” коэффициент пропорциональности витков в1 скомпенсирован магнитным пото- между входным током уравновешивающего 1751849

Таким образом, осуществляя подачу на вход уравновешивающего устройства 17 тока через измеряемый резистор, достигаем линейного преобразования сопротив10 ление — код, (3) Выражая уравнение баланса моста через токи в обмотках и числа витков, получим; 15

11%1 — 1г N2 + 13 гдз = О, (4) где11 1г — токи через первую 11 и вторую 12 входные обмотки компаратора 10 токов; 20

Iз — ток через обмотку 13 компенсации (1з = 1тек) — ток на выходе уравновешивающего устройства 17).

При этом после уравновешивания изменение магнитного потока от изменения тока 25 через измеряемое сопротивление равно компенсационному магнитному потоку. от выходного тока уравновешивающего устройства 17, наведенному в обмотке 13 компенсации индуктивного компаратора токов 30

10, Уравнение баланса моста запишется: (5) Ь 11 О1 = 1тек М3, : где Л11 — приращение тока в цепи измеряе- 35 мого сопротивления 5 при изменении его величины на величину Л Йе..

1ах нач Л Rxp

Л11(6) 40

50 (7) 01

Iах

01 K Йтек (8) 1тек устройства 17 и током младшего разряда генераторов тока, Набор тока на выходе уравновешивающего устройства 17 будет проходить до получения суммарного магнитного потока от потоков Ф1, 42, Ф, равного нулю.

Для выявления линейной зависимости кода от измеряемого сопротивления решим уравнение баланса мостовой трансформаторной измерительной схемы где Iахнач — начальное значение тока в цепи измеряемого сопротивления Rx до приращения его на величину Л R„, Яах — входное сопротивление уравновешивающего устройства 17.

Входной ток операционного усилителя уравновешивающего устройства 17 равен

Поставляя (7) в (2), имеем

Rxp + Rex + Rxp . Ммакс

Поставляя (6) и (8) в (5), получим

И1 Ммакс н,*.= R. к. (в„. +в 1 9) Формула изобретения

Устройство для преобразования сопротивления в код, содержащее источник импульсного напряжения, выходы которого подключены к выводам первичной обмотки трансформатора напряжения, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым зажимом элемента измеряемого сопротивления, индуктивный компаратор токов с первой входной, компенсационной и выходной обмотками, уравновешивающее устройство. управляющие цифровые входы которого соединены с соответствующими управляющими выходами блока управления, вход которого соединен с выходом указателя равновесия, входы которого подключены к выходной обмотке индуктивного компаратора токов, первый вывод компенсационной обмотки которого соединен с выходом уравновешивающеfo устройства, а второй вывод компенсационной обмотки и первый вывод первой входной обмотки индуктивного компаратора токов являются общей шиной, элемент образцового сопротивления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в индуктивный компаратор токов введена вторая входная обмотка, ураа-. новешивающее устройство выполнено на умножающем цифроаналоговом преобразователе, а блок управления выполнен на регистре последовательного приближения, причем второй зажим элемента измеряемого сопротивления соединен с неинвертирующим аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразователя, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, первый вывод второй входной обмотки индуктивного компаратора токов через элемент образцового сопротивления соединен с третьим зажимом элемента измеряемого сопротивления, вторые выводы первой и второй входных обмоток индуктивного компаратора токов объединены и соединены с вторым выво-. дом вторичной обмотки трансформатора напряжения, 1751849

Составитель В. Махнанов

Техред М,Моргентал Корректор М. Шароши

Редактор С. Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2697 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5