Инвариантный измерительный мост

 

Устройство относится к измерительной технике и может использоваться в приборостроении при проектировании параметрических измерительных преобразователей, инвариантных по внешним возмущениям. Инвариантный измерительный мост содержит четыре резистивных преобразователя, один из которых выполнен с переменными параметрами, операционный усилитель (ОУ), источник питания (ИП) инвариантного измерительного моста, дифференциальный усилитель (ДУ), повторитель напряжения (ПН) или масштабный усилитель и блок деления (БД), к входам которого подключены выходы ПН и ДУ. Технический результат изобретения - повышение точности преобразования измерительного моста. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении при проектировании параметрических измерительных преобразователей, инвариантных ко внешним возмущениям.

Известны измерительные мосты, содержащие четыре резистивных преобразователя, один из которых с переменными параметрами, операционный усилитель, включенный своими входами в одну из диагоналей моста, в другую диагональ которого включен источник питания (Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC/Под ред. У.Томпкинса, Дж.Уэбстера.-М.: Мир, 1992, с. 371, рис. 9.11).

Недостатком известных мостов является недостаточная точность преобразования из-за влияния на результаты нестабильности питания и других внешних возмущений.

Задача изобретения - повышение точности преобразования.

На чертеже изображена схема инвариантного измерительного моста.

Инвариантный измерительный мост содержит четыре резистивных преобразователя 1-4, один из которых 1 выполнен с переменными параметрами и включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 5, второй резистивный преобразователь 2 выполнен с постоянными параметрами и включен между инвертирующим входом операционного усилителя 5 и одним из полюсов источника питания 6 инвариантного измерительного моста, между полюсами которого включены последовательно соединенные третий 3 и четвертый 4 резистивные преобразователи, выполненные с постоянными параметрами, общие выводы которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя 5, дифференциальный усилитель 7, повторитель 8 напряжения (или масштабный усилитель) и блок 9 деления, общие выводы третьего 3 и четвертого 4 резистивных преобразователей соединены с общей точкой схемы, выход операционного усилителя 5 и ненулевой вывод четвертого резистивного преобразователя 4 подключены ко входам дифференциального усилителя (ДУ) 7, общие выводы второго 2 и третьего 3 резистивных преобразователей подключены ко входу повторителя 8 напряжения (или масштабного усилителя), а выходы дифференциального усилителя 7 и, соответственно, повторителя 8 напряжения (или масштабного усилителя) подключены ко входам блока 9 деления.

Инвариантный измерительный мост работает следующим образом.

При изменении сопротивления резистивного преобразователя 1 напряжение на выходе операционного усилителя 5 определяется выражением где E - ЭДС источника 6 питания; R₁ - начальное значение сопротивления резистивного преобразователя 1; ΔR - информативное изменение значения R₁; R₂, R₃, R₄ - номинальное значение сопротивлений преобразователей 2, 3 и 4.

Напряжение на соответствующем ненулевом выводе резистивного преобразователя 4 равно Сигналы (1) и (2) поступают на входы ДУ7, сигнал на выходе которого становится равным: где K₁ - коэффициент передачи по напряжению ДУ7.

При R₁=R₂=R₃=R₄=R сигнал (3) на выходе ДУ7 имеет вид: Одновременно сигнал на выходе повторителя 8 напряжения или масштабного усилителя определяется выражением

на выходе которого при R₃=R₄ получаем

При использовании масштабного усилителя коэффициент передачи по напряжению K₂≠ 1. .

Сигналы (4) и (6) поступают на входы блока 9 деления, сигнал на выходе которого выражается формулой:

Как видно из выражения (7), функция преобразования данного измерительного моста инвариантна относительно нестабильности параметров источника питания и других мультипликативных внешних возмущений.

Формула изобретения

Инвариантный измерительный мост, содержащий четыре резистивных преобразователя, один из которых выполнен с переменными параметрами и включен между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя, второй резистивный преобразователь выполнен с постоянными параметрами и включен между инвертирующим входом операционного усилителя и одним из полюсов источника питания инвариантного измерительного моста, между полюсами которого включены последовательно соединенные третий и четвертый резистивные преобразователи, выполненные с постоянными параметрами, общие выводы которых соединены с неинвертирующим входом операционного усилителя, отличающийся тем, что в инвариантный измерительный мост введены дифференциальный усилитель, повторитель напряжения или масштабный усилитель и блок деления, общие выводы третьего и четвертого резистивных преобразователей соединены с общей точкой схемы, выход операционного усилителя и ненулевой вывод четвертого резистивного преобразователя подключены к входам дифференциального усилителя, общие выводы второго и третьего резистивных преобразователей подключены к входу повторителя напряжения или масштабного усилителя, а выходы дифференциального усилителя и соответственно повторителя напряжения или масштабного усилителя подключены к входам блока деления.

РИСУНКИ

Рисунок 1