преобразователь приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение

Формула изобретения

Преобразователь приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение, содержащий источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к общей шине преобразователя, резистивный датчик, первый вывод которого через первый потенциальный провод соединен с инверсным входом первого операционного усилителя и через первый токовый провод соединен с одним выводом источника тока, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя, а второй вывод резистивного датчика соединен с вторым потенциальным проводом и вторым токовым проводом, при этом выход первого операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, отличающийся тем, что второй токовый провод подсоединен к первому выводу дополнительного резистора и первому неинверсному входу введенного в преобразователь сумматора, инверсный вход которого соединен с вторым выводом дополнительного резистора и выходом второго дополнительного операционного усилителя, у которого инверсный вход соединен с вторым потенциальным проводом, а его неинверсный вход подключен к выходу преобразователя, причем неинверсный вход первого операционного усилителя подключен к выходу сумматора, второй неинверсный вход которого подключен к второму выводу оперного источника напряжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения приращений сопротивлений резистивных датчиков, в частности, в тензометрии.

Известен измеритель сопротивления резистивного датчика, содержащий резистивный датчик, источник тока, инвертирующий усилитель и измеритель напряжения. Такой измеритель позволяет преобразовывать сопротивление резистивного датчика в напряжение (см. А.С. № 463931, МПК G01R 27/16, 1975 г.).

Недостатком измерителя является его низкая помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является преобразователь сопротивление-напряжение, принятый за прототип, описание которого приведено в книге «Электронные схемы на операционных усилителях», стр.152-153, фиг 9.1 б, авторы Щербаков В.И., Грездов Г.И., Киев, «Техника», 1983 г.

Преобразователь сопротивление-напряжение содержит источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к общей шине преобразователя, резистивный датчик, первый вывод которого через первый потенциальный провод соединен с инверсным входом операционного усилителя и через первый токовый провод соединен с одним выводом источника тока, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя. Второй вывод резистивного датчика соединен с вторым потенциальным проводом и вторым токовым проводом, при этом выход операционного усилителя соединен с выходом преобразователя. Для получения линейной зависимости напряжения от сопротивления резистивного датчика он запитывается от источника тока. Для получения выходного напряжения преобразователя, пропорционального приращению сопротивления резистивного датчика, опорное напряжение выбирается равным по величине падению напряжения на номинальном сопротивлении резистивного датчика.

Недостатком предложенного прототипа является его низкая помехозащищенность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя приращения сопротивления в напряжение.

Технический результат достигается тем, что в преобразователе приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение, содержащем источник опорного напряжения, первый вывод которого подключен к общей шине преобразователя, резистивный датчик, первый вывод которого через первый потенциальный провод соединен с инверсным входом первого операционного усилителя и через первый токовый провод соединен с одним выводом источника тока, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя, а второй вывод резистивного датчика соединен с вторым потенциальным проводом и вторым токовым проводом, при этом выход первого операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, второй токовый провод подсоединен к первому выводу дополнительного резистора и первому неинверсному входу, введенному в преобразователь сумматора, инверсный вход которого соединен с вторым выводом дополнительного резистора и выходом второго дополнительного операционного усилителя, у которого инверсный вход соединен с вторым потенциальным проводом, а его неинверсный вход подключен к выходу преобразователя, причем неинверсный вход первого операционного усилителя подключен к выходу сумматора, второй неинверсный вход которого подключен к второму выводу опорного источника напряжения.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение.

Преобразователь содержит резистивный датчик 1, первый вывод 2 которого через первый потенциальный провод 3 соединен с инверсным входом первого операционного усилителя 4, выход которого соединен с выходом 5 преобразователя. Первый вывод 2 резистивного датчика 1 через первый токовый провод 6 и источник тока 7 соединен с общей шиной 8 преобразователя.

Второй вывод 9 резистивного датчика 1 соединен через второй потенциальный провод 10 с инверсным входом второго операционного усилителя 11, неинверсный вход которого соединен с выходом 5 преобразователя.

Второй вывод 9 резистивного датчика 1 через второй токовый провод 12 соединен с первым выводом резистора 13 и первым неинверсным входом сумматора 14, выход которого соединен с неинверсным входом первого операционного усилителя 4.

Второй вывод резистора 13 соединен с выходом второго операционного усилителя 11 и инверсным входом сумматора 14, второй неинверсный вход которого через источник опорного напряжения 15 соединен с общей шиной 8 преобразователя.

Преобразователь приращения сопротивления резистивного датчика в напряжение работает следующим образом.

Ток I₀ источника тока 7 протекает через первый токовый провод 6, резистивный датчик 1, второй токовый провод 12, резистор 13 и выходное сопротивление второго операционного усилителя 11 на общую шину 8 преобразователя. Потенциал на выходе первого операционного усилителя 4 через повторитель напряжения, выполненный на втором операционном усилителе 11 с проводами 10, 12 и резистором 13 в его обратной связи, передается на второй вывод 9 резистивного датчика 1. При этом замыкается цепь отрицательной обратной связи первого операционного усилителя 4. Резистивный датчик 1, удаленный от преобразователя, подключается к нему одним кабелем, содержащим симметричную линию связи (провода 6, 3, 10, 12).

Синфазные помехи, воздействующие на провода 6, 3, вызывают ток помехи I_П, протекающий через низкоомную цепь: резистивный датчик 1, токовый провод 12, резистор 13 и выходное сопротивление второго операционного усилителя 11 на общую шину 8. Синфазные помехи, воздействующие на провода 12, 10, симметричные с проводами 6, 3, создают такой же ток помехи I_П, протекающий через провод 12, резистор 13 и выходное сопротивление второго операционного усилителя 11.

Если номинальное сопротивление резистивного датчика равно R₀ и его текущее значение может быть представлено, как R₀+ R (для определенности R взято со знаком плюс, где R несет информацию об измеряемом физическом параметре), при этом величина резистора 13 выбрана равной R₀/2, а величина напряжения опорного источника напряжения выбрана равной I₀·R₀/2, то напряжение на выходе сумматора определяется выражением:

.

Это напряжение U подается на неинверсный вход первого операционного усилителя 4, поэтому на выходе 5 преобразователя будет напряжение, смещенное на U :

U_ВЫХ=-(I₀+I _П)(R₀+ R)+U ,

после подстановки U в выражение для U_ВЫХ получаем:

U_ВЫХ=-I₀· R-I_П· R.

Из сравнения этого выражения с предыдущим, в котором положим, что U =0 (компенсация отсутствует), следует, что влияние тока помехи ослаблено в раз.

Техническим результатом изобретения является уменьшение влияния действия синфазных помех на линию связи с резистивным датчиком. Это достигается компенсацией тока синфазной помехи с помощью операционного усилителя, сумматора и резистора. Компенсация синфазной помехи не влияет на частотную характеристику преобразователя. Обычно при измерениях R₀ + R>> R и реально действие синфазной помехи ослабляется приблизительно в 30 раз.

Изобретение может быть использовано в тензометрии для измерения приращений сопротивлений тензорезисторов.