SU1751849A1 - Устройство дл преобразовани сопротивлени в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано дл  измерени  температуры окружающей среды. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Устройство содержит трансформаторный мост с индуктивным компаратором токов, указатель равновеси , цифровой автомат, уравновешивающее устройство, выполненное на генераторах тока с ключами. Новым в устройстве  вл етс  то, что уравновешивание мостовой схемы производитс  током, пропорциональным не только коду, а пропорциональнь м коду и току через измер емое сопротивление, что обеспечивает линейное преобразование измер емого сопротивлени  в цифровой код 1 ил

Description

сл

с

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть, в частности , использовано дл  высокоточного измерени  температуры с помощью термометров сопротивлений в океанографической аппаратуре.

Цель изобретени  - повышение точности .

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство дл  преобразовани  сопротивлени  в код содержит источник 1 импульсного напр жени , трансформатор 2 напр жени  с первичной 3 и вторичной 4 обмотками , элемент 5 измер емого сопротивлени , включаемый по трехзажимной схеме измерени  (6-8 - зажимы дл  подключени  сопротивлени ), элемент 9 образцового сопротивлени , индуктивный компаратор 10

токов с двум  входными 11 и 12 обмотками, компенсационной 13 и выходной 14 обмотками , указатель 15 равновеси , блок управлени  (цифровой автомат) 16, уравновешивающее устройство 17

Источник 1 импульсного питани  служит дл  формировани  импульсов напр жени  в первичной обмотке 3 трансформатора 2 напр жени  и может быть выполнен по любой известной схеме. Трансформатор 2 напр жени , элемент 5 измер емого сопротивлени , элемент 9, индуктивный компаратор 10 токов образуют мостовую измерительную схему, построенную по типу трансформаторного моста с индуктивным компаратором токов Мостова  измерительна  схема предназначена дл  формировани  сигнала рассогласовани  при отклонении величины

VJ

СЛ

00

Јь

ю

измер емого сопротивлени  Rx от начального значени  R0

Уравновешивающее устройство 17 может быть выполнено по любой схеме ЦАП с передаточной функцией соответстви  зависимости выходного тока тек от подаваемого кода (МТек) выраженной формулой

IBX К Мтек

тек

N

макс

где IBX - входной ток уравновешивающего устройства;

К - коэффициент пропорциональности между входным током и током младшего разр да;

Ммакс - максимальное значение кода.

Уравновешивающее устройство 17 может быть выполнено, например, на интегральной микросхеме типа ЦАП К594РП1, представл ющим собой последовательное соединение операционного усилител  с набором генераторов выходных токов. Каждый генератор выходного тока собран по однотипной схеме на транзисторе с резистором в эмиттерной цепи и ключом в коллекторной цепи. Генераторы предназначены дл  получени  токов, которые распределены по двоичному закону, т.е. ток каждого последующего больше в 2 раза тока каждого предыдущего. Такое распределение получаетс  при соединении резисторов генераторов тока в виде резистивной матрицы R-2R. Ключи в коллекторных цеп х служат дл  суммировани  токов от генераторов в обмотке компенсации индуктивного компаратора токов в зависимости от управл ющего кода с цифрового автомата 16, поданного на управл ющие входы ключей (цифровые входы уравновешивающего устройства 17).

Цифровой автомат 16 может быть вы- полней по схеме регистра поразр дного уравновешивани  со схемой управлени  и тактовым генератором, например, на типовой микросхеме К155ИР17.

Устройство работает следующим образом .

При начальном значении Rx элемента 5 измер емого сопротивлени  мост, состо щий из трансформатора 2, элемента 5, входного сопротивлени  уравновешивающего устройства 17, элемента 9, индуктивного компаратора токов 10, сбалансирован током через элемент 9 с сопротивлением Но. При этом в компараторе тока 10 магнитный поток Ф1 от тока в обмотке 11 с числом витков «и скомпенсирован магнитным потоком Ф2 от тока в обмотке 12 с числом витков ад Уравнение баланса моста

Ф1 Ф2 О

(D

При изменении измер емого сопротивлени , например на величину ARX, ток в обмотке 11 изменитс , а соответственно изменитс  и магнитный поток Ф| Компенса0 ци  разности магнитных потоков Фт и Фг произойдет магнитным потоком Фз от выходного тока уравновешивающего устройства 17, проход щего по обмотке 13 с числом витков (Оз. Компенсаци  разности магнит5 ных потоков произойдет после окончани  процесса уравновешивани .

Уравновешивание происходит следующим образом Цифровой автомат 16 поочередно , начина  со старшего разр да,

0 включает токовые ключи генераторов тока уравновешивающего устройства 17. На каждый включенный разр д источник импульсного питани  1 выдает через трансформатор напр жени  2 импульс напр жени  Ui в це5 пи измер емого сопротивлени  и элемента 9. При этом входной ток операционного усилител  уравновешивающего устройства будет равен току через измер емое сопротивление ,и изменение выходного тока

0 операционного усилител  будет пропорционально изменению тока через измер емое сопротивление.

На выходе токовых ключей генератора тока будет сумма токов от подключенных

5 генераторов тока. При этом, так как все генераторы тока управл ютс  одним и тем же операционным усилителем, сто щим на входе устройства уравновешивани , то на их выходах ток будет пропорционален входно0 му току IBX, а соотношение величин выходных токов с каждого генератора тока будет определ тьс  соотношением величин резисторов о их эмиттерных цеп х При поразр дном уравновешивании двоичным кодом

5 это соотношение распределено по двоичному закону, т.е. ток каждого последующего генератора в два раза меньше тока предыдущего генератора тока. Поэтому на выходе токовых ключей величина тока:

0

lex К NTBK/п

вых

1тек

N

макс

где IBX, 1еых Отек) - токи на входе и выходе уравновешивающего устройства соответственно;

К - коэффициент пропорциональности между входным током уравновешивающего

устройства 17 и током младшего разр да генераторов тока.

Набор тока на выходе уравновешивающего устройства 17 будет проходить до получени  суммарного магнитного потока от потоков Ф1, Фг, Ф}, равного нулю.

Дл  вы влени  линейной зависимости кода от измер емого сопротивлени  решим уравнение баланса мостовой трансформаторной измерительной схемы

Ф1-Ф2 +Фз 0.

Выража  уравнение баланса моста через токи в обмотках и числа витков, получим: 15

- iwn + 0.

где И, la -токи через первую 11 и вторую 12 входные обмотки компаратора 10 токов;

з - ток через обмотку 13 компенсации (з тек) - ток на выходе уравновешивающего устройства 17).

При этом после уравновешивани  изменение магнитного потока от изменени тока через измер емое сопротивление равно компенсационному магнитному потоку от выходного тока уравновешивающего устройства 17, наведенному в обмотке 13 компенсации индуктивного компаратора токов 10. Уравнение баланса моста запишетс :

,

где А И - приращение тока в цепи измер в- 35 мого сопротивлени  5 при изменении его величины на величину Д R0.

вх нам

AR

хо

RXQ RBX + A RXQ

где 1вхнач - начальное значение тока в цели измер емого сопротивлени  RXo до приращени  его на величину A RXo,45

RBX - входное сопротивление уравновешивающего устройства 17.

Входной ток операционного усилител  уравновешивающего устройства 17 равен

к5°

U1(7)

IBX

RXQ + RBX + A Rxo

Поставл   (Т) в (2). имеем

U1 К Мтек

тек

( Rxo + RBX + A Rxo ) Nwa.cc

Поставл   (6) и (8) в (5), получим NMSKC

Ытек A RXO

шг к ( RXO 4-RBX)

.(9)

Таким образом, осуществл   подачу на вход уравновешивающего устройства 17 тока через измер емый резистор, достигаем линейного преобразовани  сопротив- ление - код.

15

20

25 30

35

40

45

5°

55

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  преобразовани  сопротивлени  в код, содержащее источник импульсного напр жени , выходы которого подключены к выводам первичной обмотки трансформатора напр жени , первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первым зажимом элемента измер емого сопротивлени , индуктивный компаратор токов с первой входной, компенсационной и выходной обмотками, уравновешивающее устройство, управл ющие цифровые входы которого соединены с соответствующими управл ющими выходами блока управлени , вход которого соединен с выходом указател  равновеси , входы которого подключены к выходной обмотке индуктивного компаратора токов, первый вывод компенсационной обмотки которого соединен с выходом уравновешивающего устройства, а второй вывод компенсационной обмотки и первый вывод первой входной обмотки индуктивного компаратора токов  вл ютс  общей шиной, элемент образцового сопротивлени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в индуктивный компаратор токов введена втора  входна  обмотка, ураа-., новешивающее устройство выполнено на умножающем цифроаналоговом преобразователе , а блок управлени  выполнен на регистре последовательного приближени , причем второй зажим элемента измер емого сопротивлени  соединен с неинвертирующим аналоговым входом умножающего цифроаналогового преобразовател , инвертирующий вход которого соединен с общей шиной, первый вывод второй входной обмотки индуктивного компаратора токов через элемент образцового сопротивлени  соединен с третьим зажимом элемента измер емого сопротивлени , вторые выводы первой и второй входных обмоток индуктивного компаратора токов объединены и соединены с вторым выводом вторичной обмотки трансформатора напр жени .