измерительный преобразователь

Формула изобретения

Измерительный преобразователь, содержащий два дифференциально включенных первичных преобразователя, соединенных последовательно в цепь с источником питания и разделенных между собой третьим преобразователем, выполненным, например, в виде резистора, два измерительных усилителя, вычитатель, сумматор и блок деления, к соответствующим входам которого подключены выходы вычитателя и сумматора, отличающийся тем, что входы первого измерительного усилителя подключены к несмежным выводам первого первичного преобразователя и включенного последовательно с ним третьего преобразователя, входы второго измерительного усилителя подключены к несмежным выводам второго первичного преобразователя и включенного последовательно с ним третьего преобразователя, выход первого измерительного усилителя подключен к прямому входу вычитателя, к инвертирующему входу которого подключен выход сумматора, а выход второго измерительного усилителя подключен к одному из входов сумматора, к второму входу которого подключен выход вычитателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения информативных изменений активных сопротивлений в условиях нестабильности источника питания и сопротивлений, составляющих преобразователь.

Известен измерительный преобразователь [1], содержащий шестиплечий мост, состоящий из двух полумостовых ветвей, каждая из которых образована последовательно соединенными первым датчиком, резистором и вторым датчиком. Крайние выводы первого и второго датчиков каждой из ветвей образуют диагональ питания и соединены с выводами источника питания. Противоположные крайним выводы соответственно первого датчика первой ветви и второго датчика второй ветви и аналогичные выводы соответственно второго датчика первой ветви и первого датчика второй ветви образуют измерительные диагонали, к которым соответственно подключены сумматор и вычитатель, выходы которых подключены к устройству деления. Кроме того, резисторы, соединяющие в полумостовых ветвях соответствующие датчики, выполнены точными высокостабильными элементами.

Недостатком известного устройства является сложность из-за большого количества элементов шестиплечего моста и соответственно высокая погрешность, обусловленная, кроме этого, стабильностью резисторов, включенных между датчиками. Анализ выражения погрешности для данного устройства, опубликованный в [2], показал ошибочность утверждения, что использование точных высокостабильных резисторов в плечах устройства позволяет уменьшить погрешность от нестабильности чувствительности моста вследствие изменения параметров элементов измерительной цепи от температуры и времени [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является измерительный преобразователь [2], также содержащий шестиплечий мост, состоящий из двух полумостовых ветвей, каждая из которых образована последовательно соединенными первым датчиком, резистором и вторым датчиком. Крайние выводы первого и второго датчиков каждой из ветвей образуют диагональ питания и соединены с выводами источника питания. Преобразователь содержит также два измерительных усилителя, подключенных своими входами соответственно к первой и второй измерительной диагонали моста, а выходами - к соответствующим входам сумматора и вычитателя, выходы которых соединены с соответствующими входами устройства деления, а резисторы, соединяющие в полумостовых ветвях соответствующие датчики, выполнены из того же материала и по той же технологии, что и датчики.

Недостатком известного устройства является сложность из-за большого количества элементов шестиплечего моста и соответственно погрешность, обусловленная большим количеством элементов в измерительной цепи.

Техническим результатом является упрощение устройства и повышение точности измерения за счет сокращения количества элементов в измерительной цепи.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два дифференциально включенных первичных преобразователя, соединенных последовательно в цепь с источником питания и разделенных между собой третьим преобразователем, выполненным, например, в виде резистора, два измерительных усилителя, вычитатель, сумматор и блок деления, к соответствующим входам которого подключены выходы вычитателя и сумматора, входы первого измерительного усилителя подключены к несмежным выводам первого первичного преобразователя и включенного последовательно с ним третьего преобразователя (резистора), входы второго измерительного усилителя подключены к несмежным выводам второго первичного преобразователя и включенного последовательно с ним третьего преобразователя (резистора), выход первого измерительного усилителя подключен к прямому входу вычитателя, к инвертирующему входу которого подключен выход сумматора, а выход второго измерительного усилителя подключен к одному из входов сумматора, к второму входу которого подключен выход вычитателя.

В результате упрощается устройство за счет уменьшения числа элементов в первичной измерительной цепи и соответственно повышается его точность.

На чертеже показана схема измерительного преобразователя.

Измерительный преобразователь содержит два дифференциально включенных первичных преобразователя 1 и 2, разделенных между собой третьим преобразователем 3, выполненным, например, в виде резистора, и соединенных последовательно в цепь с источником питания 4, два измерительных усилителя 5 и 6, вычитатель 7, сумматор 8 и блок 9 деления. Входы первого измерительного усилителя 5 подключены к несмежным выводам первого первичного преобразователя 1 и включенного последовательно с ним третьего преобразователя 3, входы второго измерительного усилителя 6 подключены к несмежным выводам второго первичного преобразователя 2 и включенного последовательно с ним третьего преобразователя 3. Выход первого измерительного усилителя 5 подключен к прямому входу вычитателя 7, к инвертирующему входу которого подключен выход сумматора 8, а выход второго измерительного усилителя 6 подключен к одному из входов сумматора 8, к второму входу которого подключен выход вычитателя 7. Выходы вычитателя 7 и сумматора 8 подключены соответственно к входам делимого и делителя блока 9 деления.

Устройство работает следующим образом.

При работе устройства изменяются информативные параметры дифференциально включенных первичных преобразователей 1 и 2, например (z+ z) для преобразователя 1 и (z- z) для преобразователя 2, где z - начальное значение параметра, а z - информативное приращение параметра.

Измерительные усилители 5 и 6 выбраны таким образом, что их входные сопротивления стремятся к бесконечности, а параметры идентичны. Тогда сигналы на входах измерительных усилителей 5 и 6 определяются соответственно выражениями:

где Е - ЭДС источника питания 4; z ₃ - номинальное значение параметра преобразователя 3.

Соответственно на выходах измерительных усилителей 5 и 6 сигналы определяются выражениями:

где k₁ и k ₂ - коэффициенты передачи по напряжению соответственно измерительных усилителей 5 и 6.

Сигналы (3) и (4) поступают на соответствующие входы вычитателя 7 и сумматора 8, на оставшиеся входы которых подаются сигналы перекрестных обратных связей: с выхода сумматора 8 - на инвертирующий вход вычитателя 7, а с выхода вычитателя 7 - на оставшийся вход сумматора 8.

Тогда при выполнении условия k₁=k ₂=k сигналы на выходах вычитателя 7 и сумматора 8 определяются соответственно выражениями:

Сигналы (5) и (6) поступают на соответствующие входы блока 9 деления, на выходе которого получают:

Как следует из выражения (7), функция преобразования полученного измерительного преобразователя не зависит от нестабильности параметров источника питания и является линейной.

Сокращение вдвое числа первичных преобразователей и резисторов в измерительной цепи упрощает устройство и создает возможности для уменьшения его суммарной погрешности, т.к. каждый дополнительный элемент в схеме является потенциальным источником погрешности. Кроме того, сокращение числа дифференциально включенных первичных преобразователей (датчиков) расширяет функциональные возможности устройства, т.к. в некоторых случаях установка четырех дифференциально включенных первичных преобразователей (датчиков) вызывает практические затруднения.

Источники информации

1. А.с.1195263 СССР, кл. G 01 R 17/10, G 01 В 7/18, 1985, бюл. №44.

2. Нестеров В.Н. Инвариантные измерительные мосты для измерения крутящего момента // Метрология. - 1992. - №12. - С.33-36, рис.3.