Цифровой неуравновешенный измерительный мост
ОП ИСАНИЕ, ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСНО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистические
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-sy (22) Заявлено 20, 09. 79 (21) 2818389/18-21 с присоединением заявки рв (23) Приоритет L (51)М. Кл.
G 01 R 17/10
1ееудерстеапве комитет
СССР ае делам вэабретенив н етерытвй
Опубликовано 23 1,82. Бюллетень рв 7
Р3) УЛК 621.317..733(088.8) Дата опубликования описания 25. 12 82 (72) Автор изобретения
В.В. Беззубцев. (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ НЕУРАВНОВЕШЕННЫЙ
ИЗИЕРИТЕЛЬНЦЙ ИОСТ
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сопротивления, а также относительного приращения сопротивления мостовым мето5 дом.
Известен цифровой измерительный неуравновешенный мост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой, образовано измерительным резистором, а три плеча образованы постоянными резисторами, источник питания, включенный в диагональ моста, интегрирующий аналого-цифровой преобразова- тель (АЦП ) с.входными клеммами, при" ts чем клемма для подключения опорного сигнала соединена с вершиной мостовой схемы. АЦП устройства содержит последовательно соединенные переключатель, подключенный к входным клем" 2о мам, интегратор и пороговое устройство, формирователь временных интервалов и цифровой измеритель временHblx интервалов. Управляющий вход переключателя соединен с формирователем временных интервалов. Измеритель временных интервалов содержит генератор импульсов и счетчик, вход которого связан с выходом генератора импульсов (1).
Недостатком известного устройства является то, что формируемый отсчет в виде цифрового кода связан нелинейной зависимостью с измеряемой величиной - сопротивлением или относительным приращением сопротивления измерительного резистора.
Целью изобретения является now"" шение точности путем повышения линейности преобразования.
Указанная цель достигается,тем,что в цифровой неуравновешенный измерительный мост, одно плечо которого образовано измерительным резистором, а три других - постоянными резисторами, содержащий источник напряжения, подключенный к диагонали питания моста, интегрирующий аналого-цифровой преоб98355 разователь, выполненный в виде последова гельно соединенных первого переключателя, интегратора и порогового элемента, подключенного к управляющему входу счетчика импульсов, генератор импульсов, соединенный через формирователь временных интервалов с управляющим входом переключателя, введен второй переключатель, управляющий вход которого подключен к формирователю 30 временных интервалов, переключаоций контакт - к общей шине, нормально замкнутый контакт - к положительному, нормалько разомкнутый контакт - к отрицательному полюсам источника напряже- <5 ния, делитель частоты, включенный меж. ду выходом генератора импульсов и входом счетчика, регистр, включенныймежду выходом счетчика и управляющим входом делителя частоты, причем нор- zo мально разомкнутый контакт первого переключателя подключен к вершине измерительной диагонали моста, смежной с измерительным резистором, нормально замкнутый контакт - к второй вер- 25 шине измерительной диагонали, а выход порогового элемента подсоединен к управляющему входу регистра.
На чертеже представлен неуравновешенный измерительный мост. 30
Цифровой неуравновешенный измерительный мост, образованный измерительным резистором 1 и постоянными резисторами 2-4, содержит источник 5 питания, аналого-цифровой преобразователь 6, входные клеммы 7 и 8 которого соединены с вершинами 9- и 10 измерительной диагонали. При этом входная клемма 7 АЦП предназначена для подключения измерительного сигнала, 40 а клемма 8 - для подключения опорного сигнала.
Поскольку АЦП измеряет фактически отношение измерительного сигнала к опорному сигналу, то для кода аналого 5 цифрового преобраэованйя имеем соот" ношение ,н = - " к
0 (1)
1 0 fly
40 где И9 - сигнал вершины 9;
И<о - сигнал вершины 10;
Е„ - коэффициент преобразования
АЦП.
Сигналы в вершинах 9 и 10 соответственно равны: 55 о-о. - -; ц -о —, (2) R А оВ К4. щ о К„4 R
1 4 где Ц - напряжение питания источнио ка 5;
R,Й,R,К вЂ” сопротивления резисторов 1-4.
Поскольку для мостов обычно выполняется условие . R = К - R, (3) то
U = — 0
9 2 О
Теперь
„» к,о, д. о
fls + 2
1<,1, 0.1+ » 0.1 и- 1Измеритель 14 временных интервало; содержит последовательно соединенные генератор 16 импульсов, цифровой делитель 17 частоты и счетчик 18, выходы которого связаны с входами делителя 17 через регистр 19. Переключателем 20 изменяется точка заземления источника 5 питания.
АЦП работает следующим образом.
Переключатели 11 и 20 находятся в положении, указанном на чертеже.
До момента t выходное напряжение интегратора 12 равно нулю. В момент времени й,1 Формирователем 15 запускается интегратор 12. В промежутке времени Т = и — t< интегрируется сигнал вершины 9 отрицательной полярности.
Поскольку интегратор 12 инвертирует выходной сигнал, то выходное напряже1 ние его в интервале Т положительно.
В момент t формирователь 15 переключает переключатели 11 и 20 и к входу интегратора 12 подкпючается сигнал
Выходной код получают, вычитая единицу из кода N
N = N - 1
Rq (4)
ЬЬlX
Таким образом, выходной код связан линейной зависимостью с измеряемой величиной - сопротивлением измерительного резистора.
Для формирования кода, отображающего относительное приращение сопоо тивления, аналого-цифровой преобразаватель 6 содержит последовательно соединенные переключатель 11, интегратор 12, пороговый элемент 13 и измеритель 14 временных интервалов, формирователь 15 временных интервалов.
5 983551 6 вершины 10 положительной полярности. Во втором такте, при наличии приВыходное напряжение интегратора 12 ращения сопротивления, устройство рауменьшается в момент t>, фиксируемый ботает также, но с учетом выражения пороговым элементом 13, становится (9), поэтому для кода И можно, по равным нулю. В результате имеет соот- 5 аналогии с выражением (7), сразу эаношение: писать:
fю
F Ф и. Т
Теперь в выражениях (8) и (1О)
f Т = и = const. В результате чего д стабильность величин Т и fä не ска1 зывается на точности измерения . — (8) й4
4 î R
Код И„из выражения (8), являющий"
45 ся базовйм или вспомогательным при измерении относительного приращения сопротивления, является выходным при работе устройства в режиме измерения сопротивления резистора В» при образцовом значении сопротивления резистора 2 R .
В момент t код Ил из счетчика 18 переносится в регистр 19, в результате устанавливается: 55 ;Д= Ил, (9) и устройство готово к работе во втором такте. формула изобретения
Цифровой неуравновешенный измерительный мост, одно плечо которого образовано измерительным резистором, а три других - постоянными резисторами, содержащий источник напряжения, подключенный к диагонали питания моста, интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, выполненный в виде последовательно соединенных первого
9T=uo, (5) гдето= t>- И =т -4.—
В интервале времени Т+с импульсы генератора 16 поступают через дели- 0 " 4 = "1+ 114 где,Р = К+ Я.; тель 17 частоты иа счетчик 18, уста- а тари т т д д тад новленный в ноль в момент - . При 2 N В2 R„R к этом в интервале времени Т = + т 6.1 счетчик 18 работает на вычитание, и 1 4.
gRg 1л (10) частота импульсов, поступающих на 15 авна - В ин Выходной код полУчают инвеРтиРоваделитель 17 частоты, равна хо. интервале С =- с -с счетчик . ра отаетк 18 работает- : нием кода N< длЯ отРицательных hg, . т.е. когда И с 1. на сложение и частота импульсов, поПри положительном AR т.е. когда ступающих на делитель 17 частоты, устанавливается равной ной 2 В реэульта-2о И2 1, учитывают только дробную часть те для кода Я4 счетчика имеем выg ч ка 18 имеем вы кода Н . В результате получим И у
AN - о, о Т
1 "ч а1 Я где Е - коэффициент деления делите- Таким образом, устройство обеспечиля 17 частоты. вает непосредственное измерение отноПоскольку, согласно выражения (5), сительного приращения сопротивления измерительного резистора. При этом
Z =09 1040-Т! выходной код связан линейной зависимостью с измеряемой величиной. то на основании выражений (2 ) и (3 у зо яля исключения влияния нестабиль<. Ьж 1» Хат . ности временных параметров формироваg +") g g теля 15 и генератора 16 на точность измерения Формирователь временных ин о o - 1о .. тервалов выполнен в виде делителя
1(» о К К К (35 частоты с Фиксированным коэффициенЯ . и том деления, соединенного с генерато"
При исходном сопротивлении измерительного резистора 1 коэффициент дером импульсов 16. Выходной величиной делителя является частота F 1/T. Ес.ления делителя 17 устанавливается равным единице, т.е. = . еперь ли коэффициент деления принять равЬ 4в ным и, то при входной частоте, равдля базового отсчета окончательно ной получим
983551
ВНИИПИ Заказ 99! 1/51 Тираж 717 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, ч
1 переключателя, интегратора и порогового элемента, подключенного к управляющему входу счетчика импульсов, генератор импульсов, соединенный через формирователь временных интервалов с управляющим входом переключате-. ля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем повышения линейности преобразования, в него введен второй переключатель, управляющий вход которого под. ключен к формирователю временных интервалов, переключающий контакт - к общей шине, нормально замкнутый контакт - к положительному, нормально разомкнутый контркт — к отрицательному полюсам. источника напряжения, делитель частоты, включенный между выходом генератора импульсов и входом счетчика, регистр, включенный между выходом счетчика и управляющим входом делителя частоты, причем нормально разомкнутый контакт первого пере" ключателя подключен к вершине измерительной диагонали моста, смежной с измерительным резистором, нормально замкнутый контакт - к второй вершине измерительной диагонали, а выход порогового элемента подсоединен к управляющему входу регистра.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
Г 423055, кл. G 01 R 17/10, 1971 (прототип).
