Линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение

 

Союз Советскии

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е (892349

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид- ву(22) Заявлено 04. 04. 80 (21) 2903684/18-21 (51 ) Я Кл с присоединением заявки №

G 01 R 27/16

3Ъсударстеенный комитет

СССР (23) П риоритет

Опубликовано 23 ° 12 81 ° Бюллетень № 47 пю делам изобретений н открытий (53) УД К 621 ° 317.362(088.8) Дата опубликования описания 23.12.81 (72) Автор изобретения

А. В. Фурман (7l) Заявитель (54) ЛИНЕЙНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ

РЕЗИСТИВНОГО ДАТЧИКА В НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть, в частности, использовано в измерительных приборах и измерительно-информационных системах, работающих с датчиками сопротивления, установленными на удаленных исследуемых объектах.

Известны преобразователи сопротивления тензо- и терморезисторов в на1О пряжение, содержащие источник опорного напряжения, токозащищающие резисторы, операционный усилитель с двух или трехпроводным включателем датчика в цепь отрицательной обратной связи(11.

Однако в схемах таких преобразователей, даже при подборе сопротивлений проводом (имеется ввиду схема трехпроводного подключения датчика), не удается устранить погрешность от изме" нения сопротивлений проводов при действии климатических условий, по" скольку для каждого провода изменение сопротивления носит строго индивиду" альный характер. Это особенно важно при работе с низкоомными резистивными датчиками, например термометрами, сопротивления с малыми номинальными значениями, когда часть провода находится в зоне нагрева исследуемого объекта. Положение осложняется еще и тем обстоятельством, что реально в каждый провод к датчику включен, по крайней мере, один ключевой элемент, переходное сопротивление которого в открытом его состоянии в ряде случаев (например при применении ключевых элементов - ИДП транзисторов) соизмеримо с сопротивлением самого датчика, при этом изменение переходного сопротивления может достигать десятков Ом.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный преобразователь сопротивление ." напряжение содержащий два операционных усилителя, токозадающий резистор и резистивный датчик,включенный в цепь обратной связи

892 349

О

50

55 операционного усилителя по четырехпроводной схеме включения (2 .

Преобразователь сопротивления используется с ограниченными по длине проводами для подключения к датчику и предназначен для лабораторных исследований и аттестации реэистивных датчиков, например тензо- и терморезисторов. Изменение сопротивления четвертого провода, включенного последовательно с токозащитным резистором приводит к погрешности преобразования, Величина вносимой погрешности может быть одного порядка с "информативной" преобразуемой величинои, например деформацией или температурой объекта, или. превышать ее, особенно в условиях промышленных натурных испытаний объемных конструкций, когда длина проводов к датчику достигает 200 м, а протяженность каждого провода в зоне нагрева лежит в пределах 30-50 м, что на несколько порядков превышает длину проводов в лабораторных исследованиях и аттестации реэистивных датчиков. С другой стороны при промышленных испытаниях объемных конструкций один линейный преобразователь сопротивления работает с множеством резистивных датчиков, подключенных к нему поочередно электронными ключевыми элементами.

Это приводит к еще большему возрастанию общих сопротивлений проводов и к увеличению их вариаций под действием ряда дистабилизирующих факторов.

В этом случае погрешность преобразования достигает недопустимо большой величины и беэ принятия специальных мер такой линейный преобразователь вообще не может быть использован.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, .что в линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение, содержащий два операционных усилителя, образцовый резистор, причем выход первого операционного усилителя соединен с клеммой для подключения первого провода от резистивного датчика, клемма для подключения второго провода от того же выхода реэистивного датчика соединена с выходной клеммой преобразователя, неинверсный вход первого операционного усилителя соединен с датчиком опорного напряжения, первый вывод образцового резистора соединен с клеммой для подключения третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к реэистивному датчику, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с землей, введен дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциального усилителя, неинверсный вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход дифференциального усилителя соединен с инверсным входом первого операционного усилителя.

На чертеже приведена схема линейного преобразователя сопротивления резистивного датчика в напряжение, Преобразователь содержит два операционных усилителя и 2, образцовый

25 резистор 3 и резистивный датчик 4, провод 5 и 6 соединения, клемма выхода 7, провода 8 и 9 соединения, дифференциальный усилитель 10, клемма

11 опорного напряжения E .

Работа преобразователя сопротивления заключается в следующем. Операционный усилитель 2 с коэффициентом усиления Kg, охваченный с помощью проводов 8, 9 и образцового резистора

55 3 (с сопротивлением R 2) стопроцентной отрицательной обратной связью по напряжению, работает как повторитель напряжения.

Учитывая, что коэффициент усиле4о ния К в современных операционных усилителях достигает значение 10, а величина суммарного сопротивления провода 8 (r л8) и образцового резистора 3 (Ro) составляет сотни бм для

45 напряжения в точке соединения проводов 8, 9 и реэистивного датчика с большой степенью точности можно записать.

Оя гл8 +Ra

+ К

Входные сопротивления операцион" ных усилителей 1, 2 и дифференциального усилителя 10 много больше любого из резисторов, используюшегося в преобразователе, а выходные сопротивления усилителей равны нулю.

Поскольку выходное сопротивление операционного усилителя велико, ток

5 892349 б

При использовании в линейных преобразователях сопротивлений одной и той же элементной базы и при одних и тех же условиях работы погрешность преобразования уменьшается в 3050 раэ, 15

При использовании на выходе 7 из-. мерителя напряжения с большим входным сопротивлением. поведение схемы описывается следующей системой уравнений формула изобретения через провод 9 пренебрежимо мал в срав- противления (и их изменений) проводов

1 нении с током е проводе 8, поэтому ток к датчику. Использование для всей протекающии через резистивныи дат- схемы преобразователя одного источнир ве току, протекающему через ка питания позволило уменьшить дополобразцовыи резистор 3. Падение напря- 5 нительную погрешность преобразования жения на образцовом резисторе 3 пре- при наличии помех от параэитной емобразуется дифференциальным усилите- костной связи между источниками пи" лем 10 с коэффициентом усиления Kg тания. в напряжение J>< относительно шины Опытный образец линейного преобра"з я" 1 емл и подается на инверсныи вход е зователя сопротивления изготовлен, операционного усилителя 1 с коэффи- . опробован, получены положительные циентом усиления К . Разность напря- результаты, жения между Ох и опорным напряжением

Е6 усиливаетcR операционным усилите лем 1 и через провод 5 подается на резистивный датчик 4, при этом цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 1 замыкается. гл5К,1у " откуда найдем

R >r„ 5

0,У 11.1 - 3--

Из системы уравнений, учитывая, 4То К, уу -" — "++ — -, следует

Ц Ео R | Р6 К 4 дживе = — с"- .DRp и R6КД. (3) т.е. 0 11111не зависит от сопротивлений (и их изменений) проводов к датчику.

Подключение нового элемента - дифференциального усилителя и включение образцового резистора в выходную цепь второго операционного усилителя выгодно отличает линейный преобразователь сопротивления в напряжение от известного, так как в этом случае практически полностью исключено влияние на результат преобразования сои зо

3S ао

$0

Линейный преобразователь сопротивления резистиеного датчика е напряжение, содержащий два операционных усилителя,. образцовый резистор, причем выход первого операционного усилителя соединен с клеммой для подключения первого провода от реэистивного датчика, клемма для подключения второго провода от того же выхода резистивного датчика, соединена с выходной кл ммой преобразователя, неинверсный вход первого операционного усилителя соеди1 нен с источником опорного напряжения, первый вывод образцового резистора соединен с клеммой для подключения третьего провода к другому выводу резистивного датчика, инверсный вход второго операционного усилителя соединен с клеммой для подключения четвертого провода к реэистиеному датчику, неинеерсный вход второго операционного усилителя соединен с землей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования в него дополнительно введен дифференциальный усилитель, причем выход второго операционного усилителя соединен со вторым выводом образцового резистора и инверсным входом дифференциального усилителя, неинверсный вход которого соединен с первым выводом образцового резистора, а выход дифференциального усилителя соединен с инверсный входом первого операционного усилителя.

В92349

Составитель О. Панчерников

Редактор Н ° Пушненкова Техред А. Савка Корректор О. Билак

Заказ 11244/6 7 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открЫтий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент".,г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заславский Л. С., Позднеев В.А., Фурман А.В..Анализ преобразователей параметров резистивных датчиков в напряжение. (труды ВНИИЭП), Л., 1979, вып. "Проектирование средств электроизмерительной техники".

2. Гальперин М,В.,Злобин Ю.П. Ли. нейный преобразователь на базе диффе- ренциального операционного усилителя, "Приборы и системы управления", М 7, 1976(прототип),