Цифровой многоточечный измерительный мост

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<1978053 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.08.79 (21) 2811851/18 21 с присоединением заявки М2— (23) Приоритет

Опубликовано 301182. Бюллетень М 44

Дата опубликования описания 30 ° 11. 82 ()М К 3

С 01 В 17/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

t$3) УДК 621:317. .733(088.8) (72) Автор изобретения

В.В. Беэзубцев (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть

:использовано для измерения температур и деформаций с помощью термои тенэореэисторов в комплекте с мини- или микроЭЖ1.

Известен многоточечный. измерительный мост, содержащий мостовую схему, внутренняя часть которой выполнена в виде полумоста иэ образцовых резисторов, а внешняя часть представлена полумостами иэ измерительных резисторов, поочередно подключаемых к внутреннему полумосту с йомощью коммутатора, источник питания мостовой схемы и нуль-орган. При этом контакты коммутатора и соединительные провода включены в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя (1). 2в

Недостатком указанного многото,чечного-измерительного моста является низкая точность измерения, обуслов- ленная неполной компенсацией сопротивления соединительных проводов и кон.тактов коммутатора.

Наиболее близким по техническому .решению к предлагаемому является .цифровой многоточечный измерительный ьтост, содержащий мостовую схему, одно из плеч которой образовано измеря".емым резистором, включаемым по четырехзажимной схеме подключения т первый потенциальный зажим резистора через коммутатор подключен к замкнутому контакту-первого переключателя, подвижный контакт которого подсоединен к первому входу нуль-органа, первый токовый зажим резистора через коммутатор подключен к разомкнутому контакту первого переключателя и к постоянному резистору, образующему с измеряемым резистором ветвь моста, второй токовый зажим резистора подсоединен к общей шине; источник питания, подключенный к диагонали моста, цифровую проводимость, состоящую из разрядных резисторов и разрядных переключателей, общая точка соединения разрядных резисторов подключена к переключающему контакту второго переключателя, замкнутый контакт которого подсоединен к первому выводу первого образцового резистора и к замкнутому контакту третьего пере,слючателя, переключающий контакт которого йодключен к второму входу нуль-органа, а разомкнутый контакт к разомкнутому контакту второго переключателя и к одному из выводов в срого образцового резистора, дру978053 гой вывод которого подключен к ис- и разомкнутые контакты разрядных пере- точнику, блок управления, вход кото- ключателей подключены к источнику рого подсоединен к выводу нуль-органа, питания, вход усилителя через коммуа выходы - к управляющим входам пере- . татор соединен с вторым потенциаключателей и через регистр к. управ- льным зажимом измеряемого резистора, ляющим входам разрядных переключа- 5 причем управляющие входы ключей цифтелей Е23. рового сопротивления через второй

Недостатком известного устройст- регистр подсоединены к блоку управлева является низкая точность измере- ния, ния в случае, когда сопротивление На чертеже представлена блок-схесоединительных проводов становится tQ ма цифрового многоточечного иэмерисоизмеримым с сопротивлением изме- тельного моста. ряемого резистора. Устройство содержит измеряемый реЦель изобретения — повышение точ- зистор 1, постоянный резистор 2, ности измерения путем компенсации образцовые резисторы 3 и 4, источник сопротивления соединительных прово- 15 5.питания, нуль-орган 6, включенный дов, соизмеримого с сопротивлением через переключатели 7 и 8; соедини- еряемого резистора. тельные провода 9-12, коммутатор 13, контактами.14-16 которого измеряемый гоставленная цель достигается резистор включается в мостовую схетем, что цифровой многоточечный из- му, цифровую проводимость 17, сосмерительный мост, содержащий источник тоящую из разрядных резисторов 18 и питания, подключенный к диагонали мо разрядных переключателей 19, первый ста, одно из плеч которого образовано регистр 20 подключен к управляющим измеряемым резистором, включаемым по входам разрядных переключателей 19, четырехзажимной схеме подключения цифровое управляемое сопротивление первый потенциальный зажим РезистоРа 21, состоящее иэ разрядных резисто через коммутатор подключен к замкнуто ров 22 и ключей 23, управляемые вхому контакту первого переключателя, ды которых подключены к второму подвижный контакт которого подсое- регистру 24, переключатель 25, динен к первому входу нуль-органа, подключенный к общей точке соепервый токовый зажим резистора чеРез динения разрядных резисторов 18 коммутатор подключен к Разомкнутому . и к образцовым резисторам 3 и 4, контакту первого переключател H к операционный усилитель (py) 26, постоянному резистору, образующему с вход которого через контакт 14 и измеряемым резистором ветвь моста, соединительный привод 10 подключен второй токовый зажим резистора под- 35 к потенциальному зажиму измеряемосоединен к общей шине, цифровую про го резистора 1, токовый зажим котороводимость, состоящую из разрядных ro проводом 9 соединен с общей шиной, резисторов и разрядных переключате выход ру 26 подключен к образцовому лей, общая точка соединения Разряд резистору 3 и разрядным переключатеных резисторов подключена к переклю 40 лям 19, блок 27 управления, вход кочающему контакту второго переключате торого соединен с выходом нуль-органа ля, замкнутый контакт которого подсое" 6, а выходы — с управляющими входами динен к первому выводу первого образ переключателей 7, 8, 25 регистров 20 цоного резистора и к замкнутому кон и 24. такту третьего переключателя, пере- 45 устройство имеет три режима работы: ключающий контакт которого подклю- адаптации, установки нуля и измеречен к второму входу нуль-органа, ния. разомкнутый контакт — к разомкнутому Первый режим работы — режим адаптаконтакту второго переключателя и к ции. В этом режиме для каждого измеодному из выводов второго образцово- 50 ряемого резистора производится уравго резистора, другой вывод которого новешивание моста с помощью цифровоподключен к источнику питания, блок ro управляемого сопротивления 21. При управления, вход которого нодсое- этом цифровая- проводимость 17 устанавдинен к выходу нуль-органа в выхо- ливается в.исходное состояние, а педы — к управляющим входам переключа реключатели 7, 8 25 устанавливаются в

Р елей и через первый регисrp к нормально разомкнутые положения. управляющим входам разрядных переклю-, Суммарное сопротивление разрядных чателей, снабжен цифровым управляе- резисторов 22 выбирают из следующего мыч сопротивлением, включенным между соотношения: первым и вторым образцовыми резисторами, операционным усилителем, вы- 60 мсек

/Г ход которого подсоединен к второму Э 4 выводу первого образцового резистора, к разомкнутым и замкну

ым и замкнутым контактам где R22 сопротивление цифрового упраэрядных переключателей цифровой про- равляемого сопротивления 21 водимости соответственно, замкнутые 65 при разомкнутых ключах 23;

978053

На этом режим установки нуля заканчивается.

В режиме измерения, когда измеряемый резистор получает рабочее приращение сопротивления ь В„, работа собственно цифрового моста ничем не отличается от режима установки нуля, и для каждого измеряемого резистора производится два уравновешивания цифровой проводимостью 17 с формированием кодов N, N4. Если в процессе

10 измерения измеряют температурные условия (например испытания с нагревом объекта), то сопротивление про водов может значительно отличаться от исходного и тогда устройство вновь переводится в режим адаптации, где

15 для каждого измеряемого резистора определяют новый код точно так же, как и в первом случае. Поэтому значение кодов И,Н4можно записать, используя уравненйе уравнбвешивания (1), (2), с учетом того, что в этом случае В надо заменить на В = В4+дЕ, mg на mg, г. на r .

После чего для каждого измеряемого резистора по кодам N> И4и Нопроизводят вычисление выходной кода И вшвв

<+a+C R2 4 1

"вых вх-Ив+в вй " вх вв

Полученный выходной код, отображаюПри первом уравновешивании переключатели 7, 8, 25 устанавливают в норщий измеряемое сопротивление не зар р ние, не зависит от величины компенсирующего мальио замкнутое положение. В резуль5 сопротивления r а также от величины тате уравновешивания состояние опре- 35 Р пса акже от величины деленых разрядов цифровой провотивления. димости 17 изменяется, и в соответст- в Независимость выходного кода от вии с этим, изменяются проводимости величины m oçèà÷àåT, что точность цифровых плеч, причем проводимость измерения не зависит от точности одного плеча увеличивается, а друго- 40 друго изготовления цижрового сопротивления го — уменьшается на одну и ту же велии точности уравновешивания в режиме чину. При этом в регистре 20 формируется код уравновешивания ние цифрового сопротивления 21 и предР (21и С+Ф С+4)-(С+1) (9 + < ) 45 (41" Я + (Г в() в режиме адаптации позволяет сохра-

1 2 нить узкий диапазон цифровой провосопротивление постоянного ре- димости, задаваемый диапазоном иззистора; меряемой величины. При изменении комфф т преобразования . пенсируют опротивление в диапазоне, цифровой провод сти 17. " ч" л но ПРевосходЯщем диапазон

Аналогичное уравновешивание произмеряемой величины. ° низводится при нормально разомкнутом

;положении переключателей 7, 8, 25 с формированием в регистре 20 кода

Формула изобретения уравновешивания

55 ((:+1) (Rq+r„P)- R2 (2mqC+ tn„wC+1)

2" R2+ я1 в гпР

После чего вычисляется и запоминается код

1-М2+ G о 1+ч„.0 Я„ ㄠ— суммарное сопротивление провода 12 и контакта 1б;

R — сопротивление измеряемого ре1 зистора; У 4 ,В„ — сопротивления образцовых резисторов.

Соотношение номиналов разрядных резисторов 22 выбирают в соответствии с двоичным кодом

i-4

r=2r, I 1в где r — сопротивление резистора 22

1 младшего разряда.

Уравновешивание осуществляется блоком 27 управления, нуль-органом б и регистром 24. При этом уравновешивание цифрОвым управляемым сопротивлением 21 осуществляется грубо. Код, сформированный регистром 24. в момент равновесия =г„ /R„, запоминается, после чего коммутатором 13 в мостовую схему включают следующий измеряемый резистор. По окончании опроса всех измерительных точек устройство переводится в режим установки нуля.

В режиме установки нуля для каждого измеряемого резистора производится два уравновешивания моста уже цифровой проводимостью 17, причем., в регистр 24 вводится код m.äàííîãî измеряемого резистора, сформированный в предыдущем режиме измерения.

Цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий источник питания, подключенный к диагонали моста, одно иэ плеч которого образовано измеряемыми резистором, включаемым по четырехзажимной схеме подключения, первый потенциальный зажим резистора через коммутатор подключен к замкнутому контакту первого переключателя, 65 подвижный контакт которого подсоеди978053 нен к первому входу нуль-органа, первый токовый зажим резистора через коммутатор подключен к разомкнутому контакту первого переключателя и к постоянному резистору, образующемус измеряемьм резистором ветвь моста., второй токовый зажим резистора подсоединен. к общей шине, цифровую проводимость, состоящую из разрядных резисторов и разрядных переключателей, общая точка соединения разрядных резисторов подключена к переключающему контакту второго переключателя, замкнутый контакт которого подсоединен к первому выводу первого образцового резистора и к замкнутому контакту третьего переключателя, переключающий контакт которого подключен в второму входу нуль-органа, разомкнутый контакт — к разомкнутому контакту второго переключателя и к одному из выводов второго образцового резистора, другой вывод которого подключен к источнику питания, блок управления, вход которого подсоединен к выходу нуль-органа, а выходы- к управляющим входам переключателей и через первый регистр к управляющим входам разрядных переключателей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения йутем компенсации сопротивления соединительных проводов, соизмеримого с сопротивлением измеряемого резистора, измерительный мост снабжен цифровым управляемым сопротивлением, включенным между первым и вторым образцовыми резисторами, опера- . ционным усилителем, выход которого подсоединен к второму выводу перво о ro образцового резистора, к разомкнутым и замкнутым контактам разрядных переключателей цифровой проводимости соответственно, замкнутые и разомкнутые контакты разрядных пере З ключателей подключены к источнику питания, вход усилителя через коммутатор соединен с вторым потенциальным зажимом измеряемого резистора, причем управляющие входы ключей циф29 рового сопротивления через второй регистр подсоединены к блоку управлеления °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

g5 1. Патент Великобритании

Р 1458765, кл. G 01 Ч, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 746300, кл. G 01 R 17/10, 1978 (прототип) .

978053

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Зисаэ 9208/60

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул. Проектная, 4

Составитель В. Гольцов

Редактор Н. Стащишина Техред М.Надь Корректор A. Дзятко