Преобразователь сопротивления и термо-эдс в напряжение

Авторы патента:

G01R27/00 - Устройства для измерения активного, реактивного и полного сопротивления или электрических характеристик, производных от них

Владельцы патента RU 2612200:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразования изменения сопротивления резистивного первичного преобразователя температуры или деформации в напряжение и преобразования термо-ЭДС. Преобразователь сопротивления и термо-ЭДС в напряжение содержит источник постоянного напряжения, первый и второй операционные усилители, резистор с изменяемым сопротивлением, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый резисторы, диод, первый, второй резистивные делители напряжения, термопару, первый, второй и третий конденсаторы, стабилитрон. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей при одновременном повышении помехозащищенности и чувствительности за счет преобразования изменения сопротивлений и преобразования термо-ЭДС в напряжение. 2 ил.

Известен преобразователь термо-ЭДС в напряжение (Войшвило Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Додека - XXI, 2005 г., стр. 150), выполненный по схеме термокомпенсации холодного спая, содержащий операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого подключен к выходу интегрирующей RC-цепи, вход которой подключен к первому выводу термопары, второй вывод которой подключен к выходу резистивного делителя напряжения, первый вход которого подключен к общей шине, второй вход которого подключен к термозависимому выходу полупроводниковой микросхемы ТМР35, находящейся в тепловом контакте с холодным спаем термопары на едином изотермическом основании. Цепь питания ТМР35 подключена к источнику напряжения, подключенному через резистор к первому входу термопары.

Недостатками устройства являются:

- низкая помехозащищенность от синфазных, дифференциальных помех и электромагнитных наводок из-за несимметричного недифференциального включения термопары и ОУ, не совмещенного с активным фильтром нижних частот (ФНЧ) высокого порядка и недостаточных фильтрующих свойств интегрирующей RC-цепи;

- необходимость использования импортной, невоспроизводимой отечественной промышленностью, микросхемы ТМР35;

- устройство неработоспособно в качестве преобразователя сопротивления в напряжение из-за отсутствия встроенного источника тока и резистора с изменяемым сопротивлением;

- устройство не имеет ограничителя уровня выходного напряжения или регулируемого коэффициента усиления (ограничен динамический диапазон) из-за невведенного кусочно-линейного аппроксиматора;

- низкая точность преобразования в динамическом режиме или низкое быстродействие из-за различия тепловых постоянных времени быстрой малогабаритной микротермопары и громоздкой инерционной микросхемы ТМР35.

Известен преобразователь сопротивления в напряжение (патент РФ №2397500, приоритет от 20.07.2009 г. «Преобразователь сопротивления в напряжение», авторы: Гутников А.И. и др., МПК: G01R 27/00, опубл. 20.02.2008 г. Бюл. №23), содержащий источник опорного напряжения, первый, второй и третий операционные усилители, резистор с изменяемым сопротивлением, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, первый и второй резистивные делители напряжения, первый и второй диоды, третий операционный усилитель. Выход первого операционного усилителя соединен через резистор с изменяемым сопротивлением со своим инвертирующим входом, первым выводом первого резистора, вторым выводом второго резистора и через девятый резистор - с точкой объединения первых выводов четвертого и пятого резисторов и неинвертирующим входом второго операционного усилителя. Инвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с первыми выводами второго и третьего резисторов. Выход второго операционного усилителя соединен с анодом второго диода, катод которого соединен со вторым выводом третьего резистора и через восьмой резистор - с общей шиной. Второй вывод четвертого резистора соединен с анодом первого диода инвертирующим входом третьего операционного усилителя, выход которого через шестой резистор соединен с катодом первого диода и через седьмой резистор - с общей шиной. Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с выходом второго резистивного делителя напряжения. Второй вход второго резистивного делителя напряжения соединен с общей шиной, а первый вход соединен с источником опорного напряжения, вторым входом первого делителя напряжения и положительным и выводами питания операционных усилителей. Первый вход первого резистивного делителя напряжения соединен с общей шиной и отрицательными выводами питания операционных усилителей, а выход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя. При этом второй вывод второго резистора подключен либо к инвертирующему, либо к неинвертирующему входу первого операционного усилителя.

Недостатками устройства являются:

- сложность за счет дополнительного операционного усилителя кусочно-линейного аппроксиматора;

- устройство имеет ограниченный температурный диапазон и не может быть использовано для построения преобразователя термо-ЭДС высокотемпературной термопары в напряжение из-за низкой чувствительности источника тока на первом операционном усилителе с его резисторами и низкой помехозащищенности;

- устройство имеет ограниченные функциональные возможности из-за невозможности работы с сигналами низкого уровня как от изменяемого сопротивления малой величины (например, тензорезистор или резистор датчика давления), так и от компенсируемой термопары из-за работы только в режиме преобразователя сопротивления большой величины в напряжение.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, обладающего возможностью преобразовывать и сопротивление, и термо-ЭДС в напряжение.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей при одновременном повышении помехозащищенности и чувствительности за счет преобразования изменения сопротивлений и преобразования термо-ЭДС в напряжение.

Данный технический результат достигается тем, что в преобразователе сопротивления и термо-ЭДС в напряжение, содержащем резистор с изменяемым сопротивлением, первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первым выводом первого резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, второй вывод первого резистора соединен с выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, а неинвертирующий вход соединен с выходом второго резистивного делителя напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, с которой соединены второй вывод второго резистора и первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с катодом диода и через пятый резистор с первым выводом шестого резистора и инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого соединен с анодом диода, седьмой и восьмой резисторы, новым является то, что дополнительно введены термопара, девятый и десятый резисторы, первый и второй конденсаторы, стабилитрон, выход первого резистивного делителя напряжения соединен с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого через стабилитрон соединен с катодом диода, а первые выводы седьмого и восьмого резисторов соединены с первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод которого через девятый резистор соединен со вторым выводом третьего резистора и с первым выводом резистора с изменяемым сопротивлением, второй вывод которого соединен со вторым выводом седьмого резистора и через термопару со вторым выводом восьмого резистора и вторым выводом второго резистивного делителя напряжения, выход которого соединен через первый конденсатор с общей шиной, к которой через второй конденсатор подключен второй вывод третьего резистора, первый вывод которого соединен через параллельно соединенные десятый резистор и третий конденсатор с выходом второго операционного усилителя, при этом второй вывод источника постоянного напряжения либо соединен с общей шиной, либо является минусовым его выводом.

Расширение функциональных возможностей при одновременном повышении помехозащищенности и чувствительности достигается путем работы в двух режимах преобразования:

- в первом режиме резистор с изменяемым сопротивлением используется как медный или платиновый термометр сопротивления или тензоризистор, резистивный датчик давления и т.д. При этом термопара находится вне нагреваемого объема - это режим преобразования сопротивления в напряжение;

- второй режим - преобразование термо-ЭДС с термопары в напряжение, при этом медный или платиновый термометр сопротивления находится в тепловом контакте на изотермическом основании с холодным спаем термопары и осуществляет термокомпенсацию холодного спая.

Повышение чувствительности и помехозащищенности для двух режимов достигается:

- заменой активного источника тока с малым коэффициентом усиления на первом операционном усилителе с соответствующими резисторами наиболее близкого аналога на пассивный источник тока (источник постоянного напряжения и седьмой резистор) с большими сопротивлением седьмого резистора и напряжением источника постоянного напряжения. При этом сопротивление резистора с изменяемым сопротивлением пренебрежимо мало и не вносится погрешности в задаваемый ток, который не течет через термопару с нестабильным сопротивлением. При этом второй операционный усилитель включен с введенными RC-элементами (третий конденсатор, десятый резистор и другие цепи на входах) в режим дифференциального активного RC-фильтра нижних частот с большим усилением, который способен выделять медленно меняющиеся сигналы низкого уровня с вновь дифференциально подключенных термопары и резистора с изменяемым сопротивлением на фоне широкополосных синфазных помех, начиная с 0 Гц и быстроменяющихся дифференциальных помех в цепи термопары, ее линиях связи и общей шины;

- компенсацией влияния изменения напряжения источника постоянного напряжения на уровень нуля дифференциального каскада на первом операционном первым резистивным делителем напряжения, подключенным к тому же источнику постоянного напряжения, как и цепь термопары с седьмым и девятым резисторами и резистором с изменяемым сопротивлением. Повышение чувствительности и помехозащищенности позволяет работать с медным или платиновым резисторами с меньшим изменяемым сопротивлением (10 Ом вместо 100 Ом), что увеличивает быстродействие преобразователя. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше его объем и выше быстродействие по отклику на температуру.

Структурная схема преобразователя сопротивления и термо-ЭДС в напряжение изображена на фиг. 1. На фиг. 2 представлены диаграммы напряжений U15 на выходе (катод диода) преобразователя в зависимости от температуры t=(0-1300)°С.

Преобразователь сопротивления и термо-ЭДС в напряжение (фиг. 1) содержит источник постоянного напряжения 1, первый 2 и второй 3 операционные усилители (ОУ), резистор 4 с изменяемым сопротивлением, первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8, пятый 9, шестой 10, седьмой 11, восьмой 12, девятый 13, десятый 14 резисторы, диод 15, первый 16, второй 17 резистивные делители напряжения, термопару 18, первый 19, второй 20 и третий 21 конденсаторы, стабилитрон 22.

Первый вывод источника постоянного напряжения 1 соединен с первыми выводами первого 16 резистивного делителя напряжения, седьмого 11 и восьмого 12 резисторов. Второй вывод первого резистивного делителя напряжения 16, первый вывод второго резистивного делителя напряжения 17, второй вывод второго резистора 6 и первый вывод четвертого резистора 8 соединены с общей шиной. Выход первого резистивного делителя напряжения 16 соединен с инвертирующим входом первого ОУ 2. Неинвертирующий вход первого ОУ 2 соединен с первыми выводами первого 5 и второго 6 резисторов. Второй вывод первого резистора 5 соединен с выходом второго ОУ 3 и через параллельно соединенные десятый резистор 14 и третий конденсатор 21 с первым выводом третьего резистора 7 инвертирующим входом второго ОУ 3. Неинвертирующий вход второго ОУ 3 соединен с выходом второго резистивного делителя напряжения 17 и через первый конденсатор 19 с общей шиной. Второй вывод третьего резистора 7 соединен с первым выводом резистора 4 с изменяемым сопротивлением и через второй конденсатор 20 с общей шиной. Второй вывод резистора 4 с изменяемым сопротивлением соединен со вторым выводом седьмого резистора 11 и через термопару 18 со вторым выводом восьмого резистора 12 и вторым выводом второго резистивного делителя напряжения 17. Второй вывод источника постоянного напряжения 1 через девятый резистор 13 соединен с первым выводом резистора 4 с изменяемым сопротивлением. Выход первого резистивного делителя напряжения 16 соединен с первым выводом шестого резистора 10, инвертирующим входом первого ОУ 2 и через пятый резистор 9 со вторым выводом четвертого резистора 8 и катодом диода 15. Анод диода 15 соединен с выходом первого ОУ 2, а катод диода 15 подключен через стабилитрон 22 ко второму выводу шестого резистора 10.

Точка объединения катода диода 15 и второго вывода четвертого резистора 8 является выходом преобразователя сопротивления и термо-ЭДС в напряжение.

Возможно два варианта питания операционных усилителей 2 и 3. Для однополярного питания первого 2 и второго 3 операционных усилителей второй вывод источника постоянного напряжения 1 подключают к общей шине (см. фиг. 1 с замкнутым условным ключом 23). Для двуполярного питания, при требовании большего допустимого синфазного напряжения на второй ОУ 3, второй вывод источника постоянного напряжения 1 является минусовым и не соединен с общей шиной (см. фиг. 1, условный ключ 23 разомкнут).

Преобразователь сопротивления и термо-ЭДС в напряжение работает следующим образом.

Питание операционных усилителей 2, 3 однополярное, т.е. условный ключ 23 замкнут на общую шину. Оба каскада на втором 3 и первом 2 операционных усилителях выполнены симметричными и дифференциальными. Вновь введенный дифференциальный каскад на втором ОУ 3 с соответствующими фильтрующими элементами (конденсатор 21 с резистором 14, резистивный делитель напряжения 17 с конденсатором 19, резистор 13 с конденсатором 20) обеспечивает высокий коэффициент подавления синфазных и дифференциальных широкополосных помех по цепи сигнала за счет дифференциально-включенных резистора 4 и термопары 18 и совмещения функций дифференциальных усилителя и активного фильтра нижних частот (ФНЧ) 2-порядка (конденсаторы 19, 20, 21 и резисторы к ним 17, 13, 14). Дифференциальный каскад на первом ОУ 2 с соответствующими элементами обеспечивает достаточный коэффициент подавления изменения напряжения источника постоянного напряжения 1 на синхронно зависимые от него начальные напряжения на входе и выходе второго ОУ 3 и ток на выходе первого резистивного делителя 16, втекающий в инвертирующий вход первого ОУ 2. Функция источника тока для резистора 4 с изменяемым сопротивлением возложена на источник постоянного напряжения 1 и резистор 11 с большим сопротивлением, величина сопротивления которого на три порядка больше сопротивления резистора 4 с изменяемым сопротивлением. Величина сопротивления резистора 12 много больше сопротивления резистора 11 (близка к сопротивлению резистивного делителя напряжения 17) для уверенной сигнализации обрыва термопары 18. Величина напряжения источника постоянного напряжения 1 равна 14 В (при необходимости не отличается от величины напряжения источника питания стандартных операционных усилителей 2 и 3). Начальный ток 1 мА, задаваемый резисторами 11 и 13 при двуполярном питании или в основном резистором 11 при однополярном питании и протекающий по резистору 4 с сопротивлением 10 Ом при 0°С, создает на нем начальное смещение 10 мВ. Второй ОУ 3 усиливает эту величину в 10 раз до 100 мВ (на выходе ОУ 3). Резистивный делитель напряжения 16 на своем выходе задает ток, компенсируя дифференциальным усилителем на первом ОУ 2 до нуля выходное напряжение первого ОУ 2 (см. на фиг. 2 U⁰_вых=0). Заданное начальное напряжение на выходе второго ОУ 3 (100 мВ) за счет тока 1 мА по резистору 4 и коэффициента 10 усиления на втором ОУ 3 должны превышать напряжение насыщения выхода второго ОУ 3 при однополярном напряжении питания. Диод 15 на выходе первого ОУ 2 обеспечивает компенсацию напряжения насыщения нуля выхода первого ОУ 2 при однополярном питании, за счет чего на катоде диода 15 (выход U15 см. фиг. 2) нулевое напряжение или небольшое заданное (напряжение при начальной температуре, например, 0°С или отрицательной температуре).

Сопротивление резистора 5 и эквивалентное выходное сопротивление резистивного делителя напряжения 16 дифференциального усилителя на первом ОУ 2 равны. Сопротивления резисторов 6, 9 первого дифференциального усилителя на ОУ 2 при запертом стабилитроне 22 тоже равны, также как и резистор 7 с соответствующим ему сопротивлением резистивного делителя напряжения 17. Ток 1 мА течет по сопротивлению резистора 13 и обеспечивает практически равные синфазные напряжения на инвертирующем, неинвертирующем входах дифференциального усилителя на втором ОУ 3, необходимые для нового дифференциального включения термопары 18 с резистором 4 и работы третьего звена ФНЧ (на резисторе 13 и конденсаторе 20). В исходном состоянии при нулевом или малом сигнале термопары 18 выходное напряжение U15 мало, а значит, стабилитрон 22 заперт. При большом сигнале термопары 18 стабилитрон 22 отпирается из-за большего сигнала с ОУ 3 и 2, что обеспечивает отключение и подключение соответственно в цепь усиления первого ОУ 2, шунтирующего резистор 9, меньшего по сопротивлению резистора 10 для уменьшения коэффициента усиления при сигнале с второго ОУ 3, большем заданного уровня напряжения в точке объединения резисторов 5, 6 и, значит, на инвертирующем входе дифференциального первого ОУ 2, подключенного к выходу резистивного делителя напряжения 16.

Для ослабления и подавления электромагнитных помех желательно провода термопары 18 и длинные линии связи (при наличии) выполнять в виде витой пары. Это эффективно только для симметричного, обеспеченного вновь введенными элементами и связями дифференциального включения термопары 18 с резистором 4 и второго ОУ 3, совмещенного с ФНЧ.

Если термопару 18 закоротить или не вносить в нагреваемый объем, то обеспечена работа в качестве помехозащищенного чувствительного преобразователя изменений малого сопротивления резистора 4 с изменяемым сопротивлением в напряжение, причем воздействующим фактором на сопротивление резистора 4 с изменяемым сопротивлением является температура, давление, деформация или другой физический параметр. Это обеспечивает унификацию устройства и расширение функциональных возможностей.

Если термопара 18 внесена в нагреваемый объем совместно с резистором 4 с изменяемым сопротивлением, то преобразователь работает в качестве преобразователя термо-ЭДС термопары 18 в напряжение, а при термозависимом резисторе 4 обеспечивается температурная компенсация холодного спая термопары, находящего с ним на едином изотермическом основании (на фиг. 1 не показано).

Питание операционных усилителей 2, 3 может быть однополярным, при этом вывод источника постоянного напряжения 1 (питания), соединенный с резистором 13 подключен к общей шине (см. фиг.1 с замкнутым условным ключом 23), либо двуполярным при требовании большего допустимого синфазного напряжения на второй ОУ 3, при этом второй вывод источника постоянного напряжения 1, соединенный с резистором 13, является минусовым и не соединен с общей шиной (условный ключ 23 разомкнут). Регулируя ток через термозависимый резистор 4 резистором 11 (или резисторами 11, 13 при двуполярном питании) можно компенсировать любую по чувствительности термопару по холодному спаю.

Например, сопротивление резистора 4 с изменяемым сопротивлением от температуры представляет собой медный или платиновый термометр сопротивления, известный температурный коэффициент которого 0,04 Ом/°С от начального сопротивления 10 Ом. У термопары 18 типа хромель-алюмель температурная чувствительность 40 мкВ/°С. При токе 1 мА и изменении начального сопротивления 0,04 Ом/°С, термокомпенсирующие потери температуры на холодном спае, чувствительность резистора 4 также равна 40 мкВ/°С, что обеспечивает компенсацию холодного спая термопары 18 хромель-алюмель в широком диапазоне температур холодного спая. Малая величина сопротивления резистора 4 предполагает его малые габариты и малую инерционность, сравнимую с инерционностью термопары 18, что важно для минимизации динамической погрешности. Ток 1 мА не течет через собственное, нестабильное сопротивление термопары 38, через нее течет ток, на два порядка меньший (за счет резистора 12 с большим сопротивлением), чтобы не вносить погрешность за счет не стабильного собственного сопротивления термопары 18. Функция активного источника тока снята со второго ОУ 3, вновь введенные элементы и связи превратили его в дифференциальный ФНЧ с высоким коэффициентом подавления синфазных и дифференциальных помех и коэффициентом усиления 10 (в наиболее близком аналоге 1,5 единицы). Коэффициент усиления, как и ранее, равен 11 единицам в дифференциальном каскаде на первом ОУ 2 10 (как и в наиболее близком аналоге). Суммарный коэффициент усиления преобразователя 100 (за счет коэффициента передачи 0,91 цепи резисторов 5, 6). Поэтому чувствительность преобразователя в целом равна 40 мкВ/°С × 100 = 4 мВ/°С. Известно, что требуемому напряжению питания ОУ 2, равному 5,5 В, соответствует выходное напряжение преобразователя 3,82 В с учетом потерь насыщения на ОУ 2 и диоде 15. При требуемых чувствительности 4 мВ/°С и максимальной температуре 1300°С обеспечивается измерение не более 955°С. За счет введения стабилитрона 22 на 2,5 В и шестого резистора 10 при температуре, равной 500°С, обеспечивается автоматическое уменьшение в 4 раза коэффициента усиления дифференциального каскада на ОУ 2. Параллельное соединение сопротивлений пятого 9 и шестого 10 резисторов при включенном выходным напряжением первого ОУ 2 стабилитроне 22, в 4 раза меньше сопротивления резистора 9 при запертом стабилитроне 22. Это расширяет диапазон измеряемых температур до требуемого значения.

В отличие от наиболее близкого аналога дифференциальный каскад на первом ОУ 2 одновременно используется не только для усиления, что менее затратно, не требует дополнительного ОУ аналога. Кроме того, погрешность регулируемого коэффициента усиления уменьшена за счет исключения влияния обратного тока исключенного диода наиболее близкого аналога, ранее запертого большим выходным напряжением исключенного ОУ аналога.

Кусочно-линейная аппроксимация расширяет до требуемого динамический диапазон измеряемых температур. Количество стабилитронов к последовательно подключаемым шестым резисторам может быть увеличено при необходимости (на фиг. 1 не показано).

На фиг. 2 показаны выходное напряжение преобразователя (U15 см. фиг. 1, фиг. 2), соответствующее напряжению на катоде диода 15 при различных температурах, от 0 до 1300°С горячего спая термопары 18 и меньшей от 0 до 100°С общей температуре холодного спая термопары 18 и компенсирующего медного термометра сопротивления на резисторе 4. Пунктиром выделены выходные напряжения U15 без компенсирующего резистора 4 (см. «без R4» на фиг. 2). Погрешность (см. δ на фиг. 2) без резистора 4 увеличивается в 10 раз (с 1%, при термокомпенсации, до 10% без термокомпенсации резистором 4). При температуре 500°С (включается) срабатывает стабилитрон 22, резистор 10 шунтирует резистор 9, усиление первого ОУ 2 уменьшается в 4 раза, а динамический диапазон измеряемых термопарой 18 температур расширяется до требуемого. Дифференциальные и синфазные помехи не влияют на погрешность симметрированного дифференциального преобразователя в целом.

Каждому заданному коэффициенту усиления соответствуют свои приращения (см. ΔU₁ и ΔU₂ на фиг. 2) выходных напряжений.

Заявленный преобразователь сопротивления и термо-ЭДС в напряжение работоспособен до температуры 1300°С и более, ограничиваемой только выбранным J, K, N, R, S, Т, Е, В типом термопары. Работоспособность известного (наиболее близкого аналога) преобразователя с платиновым термометром сопротивления большой величины (200 Ом) обеспечивалась до температуры менее 800°С.

Испытания макета преобразователя сопротивления и термо-ЭДС в напряжение, выполненного на прецизионном ОУ 544УД12У3 и низкочастотном микромощном ОУ 1463УД4У и стабилитроне 1230ЕР1Т (аналог TL431), а также моделирование его в САПР-Micro-Cap 9 на ОУ ОР90, ОР177, стабилитроне TL 431 подтвердили его работоспособность и заявленные преимущества в диапазоне измеряемых температур от -40 до 1300°С для диапазона рабочих температур от -40 до 50°С.

Преобразователь сопротивления и термо-ЭДС в напряжение, содержащий резистор с изменяемым сопротивлением, первый вывод источника постоянного напряжения соединен с первым выводом первого резистивного делителя напряжения, второй вывод которого соединен с общей шиной, а неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен с первыми выводами первого и второго резисторов, второй вывод первого резистора соединен с выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом третьего резистора, а неинвертирующий вход соединен с выходом второго резистивного делителя напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной, с которой соединены второй вывод второго резистора и первый вывод четвертого резистора, второй вывод которого соединен с катодом диода и через пятый резистор с первым выводом шестого резистора и инвертирующим входом первого операционного усилителя, выход которого соединен с анодом диода, седьмой и восьмой резисторы, отличающийся тем, что дополнительно введены термопара, девятый и десятый резисторы, первый и второй конденсаторы, стабилитрон, выход первого резистивного делителя напряжения соединен с первым выводом шестого резистора, второй вывод которого через стабилитрон соединен с катодом диода, а первые выводы седьмого и восьмого резисторов соединены с первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод которого через девятый резистор соединен со вторым выводом третьего резистора и с первым выводом резистора с изменяемым сопротивлением, второй вывод которого соединен со вторым выводом седьмого резистора и через термопару со вторым выводом восьмого резистора и вторым выводом второго резистивного делителя напряжения, выход которого соединен через первый конденсатор с общей шиной, к которой через второй конденсатор подключен второй вывод третьего резистора, первый вывод которого соединен через параллельно соединенные десятый резистор и третий конденсатор с выходом второго операционного усилителя, при этом второй вывод источника постоянного напряжения либо соединен с общей шиной, либо является минусовым его выводом.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки функционального состояния организма. Способ определения составляющих импеданса биологического объекта состоит в измерении напряжения на биообъекте на границах диапазона, при этом определяют активное сопротивление и эквивалентную емкость тканей биообъекта по информативным параметрам амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), а именно - предельному напряжению и резонансной частоте, которые определяют по двум значениям напряжений на двух фиксированных частотах, являющихся границами диапазона.

Способ измерения сопротивления изоляции и устройство его реализующее // 2585965

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения сопротивления изоляции электрических сетей любого рода тока, находящихся под рабочим напряжением или обесточенных и изолированных от «земли».

Устройство для определения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик токовых шунтов // 2585326

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для контроля и определения динамических метрологических характеристик при производстве и эксплуатации токовых шунтов.

Устройство для измерения электрического сопротивления земли // 2584923

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству воздушных линий электропередачи и заземляющих устройств. Для проектирования и строительства линий электропередачи проводятся изыскательские работы, при этом исследуется местность, определяются характеристики грунта, в том числе электрическое сопротивление земли.

Способ измерения физической величины // 2579359

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте.

Кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электросопротивления высокорезистивных объектов // 2573624

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Заявленный кварцевый реактор для исследования температурной зависимости электрического сопротивления высокорезистивных объектов, преимущественно, пленочных образцов из нанокомпозиционных материалов, содержит корпус, на внешней поверхности которого бифилярно намотан резистивный нагреватель; внутри корпуса на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки, установлены C-образные зажимы с плоскими губками для размещения исследуемого образца, выполненные из вольфрамовой проволоки, причем в стенке корпуса, в центральной его части, установлена термопара с возможностью измерения температуры упомянутого образца, размещаемого в C-образных зажимах.

Способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве // 2573623

Изобретение относится к области наноэлектроники и может быть использовано в различных областях наноиндустрии. Заявлен способ исследования температурной зависимости электрического сопротивления пленочных образцов при нагреве.

Способ цифрового измерения электрических величин // 2567441

Изобретение относится к измерительной технике. Способ включает преобразование измеряемой электрической величины и отсчет измеренной электрической величины.

Способ определения параметров прибора свч // 2566647

Способ определения параметров прибора СВЧ, включающий измерение в n точках рабочей полосы частот его комплексных параметров рассеяния, моделирование его в рабочей полосе частот в виде эквивалентной схемы, содержащей активные и реактивные элементы, каждый из которых описывают соответствующим параметром, не зависящим от частоты, определение собственно параметров посредством математической процедуры.

Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код // 2565813

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, емкости и напряжения. Микроконтроллерный измерительный преобразователь сопротивления, емкости и напряжения в двоичный код содержит четыре резистора, два генератора, управляемые напряжением и снабженные входами разрешения генерирования, и микроконтроллер; первые выводы резисторов подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому выходам микроконтроллера, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к входу управления напряжением первого генератора, вторые выводы третьего и четвертого резисторов подключены к входу управления напряжением второго генератора, выходы генераторов подключены к счетным входам встроенных в микроконтроллер первого и второго двоичных счетчиков.

Способ измерения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материала с потерями в свч диапазоне // 2613810

Использование: для определения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материалов с потерями. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью СВЧ рефлектометра измеряют зависимость коэффициента отражения Френеля плоского образца материала от угла падения в пределах от 40 до 90°, когда электрическое поле волны параллельно плоскости падения, после чего по графику зависимости коэффициента отражения Френеля от угла падения определяют угол Брюстера θв, а относительную комплексную диэлектрическую проницаемость ε образца материала или участка поверхности земли рассчитывают по формуле ε=(tgθв)2. Технический результат: обеспечение возможности измерения в СВЧ диапазоне комплексной диэлектрической проницаемости больших по сравнению с длиной волны плоских образцов. 4 ил.

Способ определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов // 2615601

Изобретение относится к физико-химическим исследованиям и может быть использовано в химической и других родственных с ней отраслях промышленности для определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов, в том числе полимерных пленок и тканей. Предложен способ определения удельной электропроводности ионпроводящих материалов в условиях различных сред либо в условиях различной относительной влажности с учетом вклада контактного сопротивления на границе образец/электрод. Для реализации способа образец помещают в ячейку с электродами в количестве 6÷8 единиц, измеряют четырехконтактным методом не менее трех значений сопротивления образца между электродами, расположенными на разном расстоянии друг от друга. Затем строят график зависимости ионного сопротивления (R) образца от расстояния между электродами (L) и находят тангенс угла наклона (tgα) графика зависимости и определяют удельную электропроводность (σ) по формуле: ,где Sсеч - площадь сечения образца. Изобретение позволяет повысить достоверность определения электропроводности за счет учета вклада контактного сопротивления на границе образец/электрод и использования четырехконтактного метода определения электропроводности. 2 ил., 1 табл.

Устройство для дистанционного измерения электрического сопротивления // 2616852

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах дистанционного контроля различных физических величин посредством резистивных датчиков, например терморезисторов. Технический результат - повышение точности измерения электрического сопротивления и упрощение конструкции устройства для дистанционного измерения электрического сопротивления. Устройство для дистанционного измерения электрического сопротивления содержит двухпроводную линию связи, первый и второй диоды, генератор импульсного напряжения треугольной формы, первый и второй источники постоянного напряжения, стабилизатор тока, первый и второй накопительные конденсаторы, первый и второй электронные ключи, измеритель разности напряжений. К катоду первого и к аноду второго диодов подключено измеряемое сопротивление. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

Способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов // 2618480

Изобретение относится к области измерительной техники. Предложен способ измерения коэффициента отражения радиопоглощающих материалов (РПМ), включающий облучение образца радиопоглощающего материала и металлической пластины одинаковых размеров импульсными сверхширокополосными сигналами, регистрацию дискретных сигналов, соответствующих сигналам от образца радиопоглощающего материала - выборока Vc и от металлической пластины - выборока Vm, вычисление амплитудных спектров сигналов с помощью преобразования Фурье и получении частотной характеристики коэффициента отражения как отношения амплитудных спектров и, отличающийся тем, что сверхширокополосный сигнал находится в пикосекундном диапазоне, а выборки Vc и Vm до выполнения преобразования Фурье дополняют нулевыми отсчетами до длины N, причем N=2n≥100⋅N0, где N0 - изначальная длина выборок, а затем выполняют ядерное сглаживание выборок Vc и Vm в окне Гаусса с шириной h, причем h выбирается по принципу максимального правдоподобия с исключением объектов по одному по формуле , где V - исходная выборка, Vs - сглаживающая функция, V/{i} - выборка с исключенным i-м отсчетом. Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого способа, состоит в повышении точности измерений за счет уменьшения шага по частоте в частотной характеристике коэффициента отражения РПМ, а также за счет снижения шумовой составляющей измеренных импульсных сигналов методом ядерного сглаживания, при этом относительная погрешность определения частотной характеристики коэффициента отражения по сравнению с прототипом уменьшается на 10-15%. Изобретение может быть использовано в радиотехнике, в частности в радиолокации. 3 ил.

Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления датчиков в электрический сигнал // 2619828

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях объектов транспорта. Быстродействующий преобразователь изменения сопротивления датчиков в электрический сигнал предназначен для измерения сигналов с различных первичных преобразователей, используемых для определения деформаций и напряжений при прочностных испытаниях. Устройство содержит резистивные датчики (1-4), источник тока питания датчиков (5), ключ для переключения питания датчиков (14), подключенный к дополнительному источнику опорного напряжения (13), аналого-цифровой преобразователь (6), подключенный к устройству управления (10), ключ для переключения диапазона измерения (19) преобразователя (6), цифроаналоговый преобразователь (7), подключенный к двухпозиционным ключам для переключения режима измерения (16), подсоединенный к основному источнику опорного напряжения (12) и инструментальным усилителям (8, 9), при этом вход инструментального усилителя (8) подключен к выходам программируемых делителей напряжения (17), (18), потенциальные линии датчиков, общий провод (20), цифроаналоговый преобразователь для источника тока (21), выход которого подключен к входу источника тока (5), цифровые шины данных (22), подсоединенные к шине управления (23). Техническим результатом является упрощение обслуживания, обеспечение работы с широкой номенклатурой разнообразных датчиков, увеличение диапазонов измерений за счет программирования источников тока, номинального напряжения и делителей напряжения. 1 ил.

Способ определения угла сдвига фаз свч-устройства с преобразованием частоты // 2621368

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано при определении комплексных коэффициентов передачи СВЧ-устройств с преобразованием частоты, например, СВЧ-смесителей. Выходной сигнал промежуточной частоты исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты преобразуют в СВЧ-сигнал, частота которого равна частоте сигнала на его входе, с помощью обратновключенного опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты. Измеряют с помощью векторного анализатора цепей суммарный угол сдвига фаз исследуемого и опорного СВЧ-устройств с преобразованием частоты. Измеряют разность угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. После этого измеряют разность угла сдвига фаз опорного СВЧ-устройства с преобразованием частоты и фазы когерентного опорного сигнала, который получают от генератора опорных сигналов. Искомое значение угла сдвига фаз исследуемого СВЧ-устройства с преобразованием частоты определяют по формуле: . 1 ил.

Устройство бесконтактного измерения электромагнитных параметров тонких пленок // 2626573

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей тонких пленок и наноматериалов. Устройство состоит из генератора 1, выход которого подключен к входу излучателя электромагнитного сигнала 2, соединенного с разветвителем 3, первый выход которого соединен со входом опорного приемника 4, подключенного ко входу измерителя параметров сигнала 5, а второй выход разветвителя соединен со входом введенного дополнительного разветвителя 6, первый выход которого подключен через объект контроля 7 ко входу первого приемника сигнала 8, подключенного к измерителю параметров сигналов 5, а второй выход дополнительного разветвителя соединен с входом второго приемника 9 через образец эталонного материала с известными электромагнитными параметрами 10 и соединен с входом измерителя параметров сигнала 5, выход которого соединен с входами устройства обработки 11 и устройства управления 12, которое в свою очередь подключено ко входу генератора 1. Техническим результатом при реализации заявленного устройства является уменьшение погрешности измерения при исследовании тонких пленок, имеющих малый коэффициент отражения при сохранении возможности комплексных измерений одновременно трех электромагнитных параметров контролируемого материала. 1 ил.

Система оптимизации стабильности системы электропитания // 2636230

Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания. Профиль (401) стабильности системы (100) электропитания определяется как функция данных (328) импеданса, причем профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии в электрической системе (100) с целью оптимизации стабильности системы (100) электропитания. Обеспечивается стабильность системы электропитания на борту летательного аппарата. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

Способ и устройство для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также терминальное устройство // 2643460

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях // 2646526

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для достоверного определения компонентного состава и концентраций примесей в жидких диэлектриках, применяемых в системе нефтепродуктообеспечения, медицине и научных исследованиях. Способ измерения состава и концентраций примесей в малополярных жидкостях содержит этапы, на которых после заполнения межэлектродного пространства измерительного датчика исследуемой жидкостью на его электроды подают переменное напряжение переменной частоты в диапазоне от 10 Гц до 1 мГц и измеряют его спектральную характеристику. Для этого определяют электрическую емкость измерительного датчика в исследуемой жидкости при шаговом изменении частоты. Шаг изменения частот определяется в зависимости от частотного диапазона. Определяют рабочую частоту, для чего измеряют базовую частоту сигнала преобразователя без его подключения к измерительному датчику и эталонному конденсатору, эталонную частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему эталонным конденсатором и частоту сигнала преобразователя с подключенным к нему измерительным датчиком. На основании измеренных частот определяют емкость датчика в исследуемой жидкости. Технический результат – уменьшение времени и повышение точности определения диэлектрических параметров в измеряемой среде, упрощение аппаратурной составляющей. 1 з.п. ф-лы.