RU2645867C1 - Measuring bridge with increase speed of response - Google Patents
Measuring bridge with increase speed of response Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645867C1 RU2645867C1 RU2016147101A RU2016147101A RU2645867C1 RU 2645867 C1 RU2645867 C1 RU 2645867C1 RU 2016147101 A RU2016147101 A RU 2016147101A RU 2016147101 A RU2016147101 A RU 2016147101A RU 2645867 C1 RU2645867 C1 RU 2645867C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- output
- diagonal
- inverting voltage
- voltage amplifier
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в датчиковых системах для преобразования сигналов быстродействующих сенсоров (ускорения, давления, радиации и т.п.) в напряжение.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in sensor systems for converting signals from high-speed sensors (acceleration, pressure, radiation, etc.) to voltage.
Классические и специальные измерительные мосты [1-41] являются базовым элементом различных систем измерения параметров физических величин. В качестве одного или нескольких элементов моста могут применятся фотоприемные устройства, тензорезисторы, датчики радиации, СВЧ-излучения и другие типы сенсоров.Classical and special measuring bridges [1-41] are the basic element of various systems for measuring the parameters of physical quantities. Photodetectors, strain gages, radiation sensors, microwave radiation, and other types of sensors can be used as one or more elements of the bridge.
Одной из тенденций в проектировании современных измерительных систем является повышение быстродействия. Однако классический измерительный мост может (в ряде случаев) быть достаточно инерционным, что связано с наличием паразитных емкостей в его измерительной диагонали. Это емкость образуется за счет собственных емкостей сенсоров, их соединительных проводников, а также входных емкостей преобразователей сигналов измерительной диагонали (операционных усилителей и т.п.).One of the trends in the design of modern measuring systems is the increase in speed. However, the classical measuring bridge can (in some cases) be sufficiently inertial, which is associated with the presence of stray capacitances in its measuring diagonal. This capacitance is formed due to the intrinsic capacitance of the sensors, their connecting conductors, as well as the input capacitance of the signal converters of the measuring diagonal (operational amplifiers, etc.).
Ближайшим прототипом заявляемого устройства является измерительный мост по патентной заявке US 2001/0035758. Он содержит (фиг. 1) первый 1 измерительный резистор, включенный между общей шиной источника питания 2 и первым 3 выводом измерительной диагонали, второй 4 измерительный резистор, подключенный между первым 3 выводом измерительной диагонали и источником питания 5, третий 6 измерительный резистор, включенный между источником питания 5 и вторым 7 выводом измерительной диагонали, четвертый 8 измерительный резистор, включенный между вторым 7 выводом измерительной диагонали и общей шиной источника питания 2, первый 9 и второй 10 паразитные конденсаторы, связанные соответственно с первым 3 и вторым 7 выводами измерительной диагонали.The closest prototype of the claimed device is a measuring bridge according to patent application US 2001/0035758. It contains (Fig. 1) the first 1 measuring resistor connected between the common bus of the
Существенный недостаток измерительного моста-прототипа состоит в том, что он имеет низкое быстродействие из-за влияния на переходные процессы паразитных емкостей, связанных с измерительной диагональю.A significant drawback of the measuring bridge prototype is that it has a low speed due to the influence on transients of parasitic capacitances associated with the measuring diagonal.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия - уменьшении времени переходного процесса при скачкообразном изменении сопротивлений резисторов, образующих структуру моста.The main objective of the invention is to increase performance - reducing the transition process during a jump-like change in the resistances of the resistors forming the bridge structure.
Поставленная задача достигается тем, что в измерительном мосту фиг. 1, содержащем первый 1 измерительный резистор, включенный между общей шиной источника питания 2 и первым 3 выводом измерительной диагонали, второй 4 измерительный резистор, подключенный между первым 3 выводом измерительной диагонали и источником питания 5, третий 6 измерительный резистор, включенный между источником питания 5 и вторым 7 выводом измерительной диагонали, четвертый 8 измерительный резистор, включенный между вторым 7 выводом измерительной диагонали и общей шиной источника питания 2, первый 9 и второй 10 паразитные конденсаторы, связанные соответственно с первым 3 и вторым 7 выводами измерительной диагонали, предусмотрены новые элементы и связи - в схему введены первый 11 и второй 12 инвертирующие усилители напряжения, первый 13 и второй 14 корректирующие конденсаторы, причем вход первого 11 инвертирующего усилителя напряжения подключен ко второму 7 выводу измерительной диагонали, а первый 13 корректирующий конденсатор включен между выходом первого 11 инвертирующего усилителя напряжения и первым 3 выводом измерительной диагонали, вход второго 12 инвертирующего усилителя напряжения соединен с первым 3 выводом измерительной диагонали, а второй 14 корректирующий конденсатор включен между выходом второго 12 инвертирующего усилителя напряжения и вторым 7 выводом измерительной диагонали.The task is achieved in that in the measuring bridge of FIG. 1, containing the first 1 measuring resistor connected between the common bus of the
На фиг. 1 показана схема измерительного моста-прототипа для двух классических случаев подключения к нему источников питания - в виде источника напряжения (фиг. 1а) или в виде источника тока (фиг. 1б).In FIG. 1 shows a diagram of a prototype measuring bridge for two classic cases of connecting power sources to it - in the form of a voltage source (Fig. 1a) or in the form of a current source (Fig. 1b).
На фиг. 2 показана схема заявляемого измерительного моста с повышенным быстродействием в соответствии с формулой изобретения.In FIG. 2 shows a diagram of the inventive measuring bridge with increased speed in accordance with the claims.
На фиг. 3 приведена заявляемая схема измерительного моста фиг. 2 в среде PSpice на моделях интегральных транзисторов базового матричного кристалла АБМК_1.3 (АБМК_2.1).In FIG. 3 shows the claimed scheme of the measuring bridge of FIG. 2 in the environment PSpice on models of integrated transistors of the base matrix crystal ABMK_1.3 (ABMK_2.1).
На фиг. 4 представлена осциллограмма выходных напряжений предлагаемого измерительного моста фиг. 3 (мелкий масштаб) при отсутствии емкостей коррекции (С13=С14=Ck=1фΦ).In FIG. 4 shows a waveform of the output voltages of the proposed measuring bridge of FIG. 3 (small scale) in the absence of correction capacities (С 13 = С 14 = Ck = 1фΦ).
На фиг. 5 приведена осциллограмма переднего фронта выходных напряжений предлагаемого измерительного моста фиг. 3 при изменении емкостей коррекции C13=C14=Ck в диапазоне 0÷20пΦ.In FIG. 5 shows a waveform of the leading edge of the output voltages of the proposed measuring bridge of FIG. 3 when changing the correction capacities C 13 = C 14 = Ck in the
На фиг. 6 показана осциллограмма заднего фронта выходных напряжений предлагаемого измерительного моста фиг. 3 при изменении емкостей коррекции C13=C14=Ck в диапазоне 0÷20пΦ.In FIG. 6 shows a waveform of the trailing edge of the output voltages of the proposed measuring bridge of FIG. 3 when changing the correction capacities C 13 = C 14 = Ck in the
На фиг. 7 приведена осциллограмма дифференциального выходного напряжения (V(Out1)-V(Out2)) измерительного моста фиг. 3 при C13=C14=Ck=1фΦ (мелкий масштаб).In FIG. 7 shows the waveform of the differential output voltage (V (Out1) -V (Out2)) of the measuring bridge of FIG. 3 at C 13 = C 14 = Ck = 1phΦ (small scale).
На чертеже фиг. 8 представлена осциллограмма переднего фронта дифференциального выходного напряжения (V(Out1)-V(Out2)) измерительного моста фиг. 3 при C13=C14=Ck=0÷20пΦ (крупный масштаб).In the drawing of FIG. 8 shows a waveform of the leading edge of the differential output voltage (V (Out1) -V (Out2)) of the measuring bridge of FIG. 3 at C 13 = C 14 = Ck = 0 ÷ 20pΦ (large scale).
На фиг. 9 показана осциллограмма заднего фронта дифференциального выходного напряжения (V(Out1)-V(Out2)) измерительного моста фиг. 3 при C13=C14=Ck=0÷20 пΦ.In FIG. 9 shows a waveform of the trailing edge of the differential output voltage (V (Out1) -V (Out2)) of the measuring bridge of FIG. 3 at C 13 = C 14 = Ck = 0 ÷ 20 pΦ.
На фиг. 10 представлена частотная зависимость коэффициента преобразования недифференциального тока элементов G2 (G1) в не дифференциальное выходное напряжение (V(OUT1)/I(G2)) измерительного моста фиг. 3 при C13=C14=Ck=0÷20пΦ.In FIG. 10 shows the frequency dependence of the conversion coefficient of the non-differential current of the elements G2 (G1) to the non-differential output voltage (V (OUT1) / I (G2)) of the measuring bridge of FIG. 3 at C 13 = C 14 = Ck = 0 ÷ 20pΦ.
На фиг. 11 приведена частотная зависимость коэффициента преобразования дифференциального тока элементов G1, G2 в дифференциальное выходное напряжение uвых.дифф=(IG1-IG2)⋅(G2+G1) измерительного моста фиг. 3 при C13=C14=Ck=0÷20пΦ.In FIG. 11 shows the frequency dependence of the conversion coefficient of the differential current of the elements G1, G2 to the differential output voltage u output diff = (I G1 -I G2 ) ⋅ (G2 + G1) of the measuring bridge of FIG. 3 at C 13 = C 14 = Ck = 0 ÷ 20pΦ.
Измерительный мост с повышенным быстродействием фиг. 2 содержит первый 1 измерительный резистор, включенный между общей шиной источника питания 2 и первым 3 выводом измерительной диагонали, второй 4 измерительный резистор, подключенный между первым 3 выводом измерительной диагонали и источником питания 5, третий 6 измерительный резистор, включенный между источником питания 5 и вторым 7 выводом измерительной диагонали, четвертый 8 измерительный резистор, включенный между вторым 7 выводом измерительной диагонали и общей шиной источника питания 2, первый 9 и второй 10 паразитные конденсаторы, связанные соответственно с первым 3 и вторым 7 выводами измерительной диагонали. В схему введены первый 11 и второй 12 инвертирующие усилители напряжения, первый 13 и второй 14 корректирующие конденсаторы, причем вход первого 11 инвертирующего усилителя напряжения подключен ко второму 7 выводу измерительной диагонали, а первый 13 корректирующий конденсатор включен между выходом первого 11 инвертирующего усилителя напряжения и первым 3 выводом измерительной диагонали, вход второго 12 инвертирующего усилителя напряжения соединен с первым 3 выводом измерительной диагонали, а второй 14 корректирующий конденсатор включен между выходом второго 12 инвертирующего усилителя напряжения и вторым 7 выводом измерительной диагонали.The high speed measuring bridge of FIG. 2 contains the first 1 measuring resistor connected between the common bus of the
Рассмотрим работу сбалансированного измерительного моста фиг. 2 для случая, когда сопротивления второго 4 и третьего 6 измерительных резисторов изменяются одинаково и противофазно, что обеспечивает одинаковое, но противофазное изменение напряжений на первом 3 и втором 7 выводах измерительной диагонали. Причем комплексы токов через второй 4 и третий 6 измерительные резисторы равны: .Consider the operation of the balanced measuring bridge of FIG. 2 for the case when the resistances of the second 4 and third 6 measuring resistors change equally and antiphase, which provides the same, but antiphase voltage change at the first 3 and second 7 conclusions of the measuring diagonal. Moreover, the complexes of currents through the second 4 and third 6 measuring resistors are equal: .
Наличие первого 9 и второго 10 паразитных конденсаторов не приводит в схеме моста-прототипа к быстрому изменению uвых.1(t) и uвых.2(t) и вызывает медленный перезаряд данных конденсаторов с соответствующими токами Is4 и Is6.The presence of the first 9 and second 10 spurious capacitors in the prototype bridge circuit does not lead to a rapid change in u output 1 (t) and u output 2 (t) and causes a slow charge of these capacitors with the corresponding currents I s4 and I s6 .
В предлагаемом измерительном мосте напряжение uвых.1 передается через второй 12 инвертирующий усилитель напряжения на левый вывод второго 14 корректирующего конденсатора, что вызывает ток . За счет выбора Ky1 и C14 можно обеспечить равенство . Как следствие, в заявляемой схеме в узел 7 (второй вывод измерительной диагонали) добавляется дополнительный перезаряжающий ток I14=I10, что вызывает более быстрое изменение uвых.2.In the proposed measuring bridge, the voltage u o. 1 is transmitted through the second 12 inverting voltage amplifier to the left terminal of the second 14 correction capacitor, which causes current . By choosing K y1 and C 14 we can ensure equality . As a result, in the claimed circuit, an additional recharging current I 14 = I 10 is added to node 7 (the second output of the measuring diagonal), which causes a more rapid change in u output . 2 .
Аналогичные выводы можно сделать и для первого 3 вывода измерительной диагонали.Similar conclusions can be made for the first 3 conclusions of the measuring diagonal.
Как показывает компьютерное моделирование заявляемой схемы измерительного моста, за счет введения новых элементов, его быстродействие увеличивается на 1-2 порядка.As computer simulation of the claimed scheme of the measuring bridge shows, due to the introduction of new elements, its speed increases by 1-2 orders of magnitude.
Таким образом, при включении емкостей коррекции первого 13 и второго 14 корректирующих конденсаторов, в соответствии с формулой изобретения, время установления переходного процесса в предлагаемом измерительном мосте уменьшается на один - два порядка.Thus, when the correction capacitors of the first 13 and second 14 correction capacitors are turned on, in accordance with the claims, the time for establishing a transient in the proposed measuring bridge is reduced by one to two orders of magnitude.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патент DE 3142325.1. Patent DE 3142325.
2. Патент EP 0078898.2. Patent EP 0078898.
3. Патент US 4.528.499.3. Patent US 4,528,499.
4. Патент JP 58108466.4. Patent JP 58108466.
5. Патентная заявка US 2009/167432.5. Patent application US 2009/167432.
6. Патент US 4.595.884.6. US patent 4,595.884.
7. Патент US 4.484.146, fig. 1.7. Patent US 4.484.146, fig. one.
8. Патентная заявка US 2005/0212598 fig. 6.8. Patent application US 2005/0212598 fig. 6.
9. Патент Канады 1.268.270.9. Canadian Patent 1,268,270.
10. Патент US 4.229.692.10. Patent US 4.229.692.
11. Патент US 4.484.146.11. Patent US 4.484.146.
12. Патент US 4.063.447.12. Patent US 4.063.447.
13. Патент US 8.330.537.13. Patent US 8.330.537.
14. Патентная заявка US 2001/0035758.14. Patent application US 2001/0035758.
15. Патент EP 1703262.15. Patent EP 1703262.
16. Патент EP 2587270.16. Patent EP 2587270.
17. Патент US 4.611.163.17. Patent US 4.611.163.
18. Патент US 4.595.889.18. US patent 4,595.889.
19. Патент US 5.159.277.19. Patent US 5.159.277.
20. Патент US 4.639.611.20. Patent US 4.639.611.
21. Патент US 4.605.905.21. Patent US 4.605.905.
22. Патент EP 1416286.22. Patent EP 1416286.
23. Патент US 5.631.602.23. Patent US 5.631.602.
24. Патент EP 0009231.24. Patent EP 0009231.
25. Патент RU 2171473.25. Patent RU 2171473.
26. Патент RU 2118226.26. Patent RU 2118226.
27. Патент RU 2071065.27. Patent RU 2071065.
28. Патент RU 2265229.28. Patent RU 2265229.
29. Патент RU 2397500.29. Patent RU 2397500.
30. Патент RU 2344429.30. Patent RU 2344429.
31. Патент RU 233577631. Patent RU 2335776
32. Патент RU 2327174.32. Patent RU 2327174.
33. Патент RU 2326389.33. Patent RU 2326389.
34. Патент RU 2376608.34. Patent RU 2376608.
35. Патент SU 1830463.35. Patent SU 1830463.
36. Патент RU 2327174.36. Patent RU 2327174.
37. Патент RU 2284530.37. Patent RU 2284530.
38. Патент RU 2238570.38. Patent RU 2238570.
39. Патент RU 2335776.39. Patent RU 2335776.
40. Патент RU 2171473.40. Patent RU 2171473.
41. Патент RU 2388000.41. Patent RU 2388000.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147101A RU2645867C1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Measuring bridge with increase speed of response |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016147101A RU2645867C1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Measuring bridge with increase speed of response |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645867C1 true RU2645867C1 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=61568414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016147101A RU2645867C1 (en) | 2016-11-30 | 2016-11-30 | Measuring bridge with increase speed of response |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645867C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654905C1 (en) * | 2017-08-11 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Device for converting the resistance changes into voltage |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU661357A1 (en) * | 1977-10-13 | 1979-05-05 | Краснодарский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Электроизмерительных Приборов | Autocompensator |
US6417678B2 (en) * | 1998-09-10 | 2002-07-09 | Shimadzu Corporation | Bridge circuit for detector |
WO2005045449A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-19 | Raytheon Company | Broadband microwave power sensor |
US8179121B2 (en) * | 2009-03-30 | 2012-05-15 | Pcb Piezotronics, Inc. | Bridge sensor with collocated electronics and two-wire interface |
RU2541723C1 (en) * | 2013-09-17 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Precision analogue-digital interface for working with resistive micro- and nanospheres |
RU2621291C1 (en) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Differential instrumentation amplifier with paraphase output |
-
2016
- 2016-11-30 RU RU2016147101A patent/RU2645867C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU661357A1 (en) * | 1977-10-13 | 1979-05-05 | Краснодарский Ордена Трудового Красного Знамени Завод Электроизмерительных Приборов | Autocompensator |
US6417678B2 (en) * | 1998-09-10 | 2002-07-09 | Shimadzu Corporation | Bridge circuit for detector |
WO2005045449A1 (en) * | 2003-11-04 | 2005-05-19 | Raytheon Company | Broadband microwave power sensor |
US8179121B2 (en) * | 2009-03-30 | 2012-05-15 | Pcb Piezotronics, Inc. | Bridge sensor with collocated electronics and two-wire interface |
RU2541723C1 (en) * | 2013-09-17 | 2015-02-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Precision analogue-digital interface for working with resistive micro- and nanospheres |
RU2621291C1 (en) * | 2016-04-08 | 2017-06-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Differential instrumentation amplifier with paraphase output |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2654905C1 (en) * | 2017-08-11 | 2018-05-23 | Акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" | Device for converting the resistance changes into voltage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6054732B2 (en) | Semiconductor device and offset voltage correction method | |
US10274510B2 (en) | Cancellation of noise due to capacitance mismatch in MEMS sensors | |
US20160091525A1 (en) | Acceleration sensor | |
CN104254784A (en) | Sensor device | |
US10177569B2 (en) | System and method for power supply ripple compensation | |
CN108694962A (en) | Amplifier and use its semiconductor device | |
RU2645867C1 (en) | Measuring bridge with increase speed of response | |
US9692438B2 (en) | Signal processing, amplification module, an analog to digital converter module | |
TWI632779B (en) | Impedance to digital converter, impedance to digital device and method thereof | |
JP2017146245A (en) | Temperature detection circuit | |
Moayer et al. | A 0.39–3.56-μW Wide-Dynamic-Range Universal Multi-Sensor Interface Circuit | |
EP3296709B1 (en) | Temperature-to-digital converter | |
CN105677119A (en) | Capacitive touch screen and detection circuit thereof, electronic equipment | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
JP2015177205A (en) | offset cancellation circuit | |
Fauzi et al. | Integrated readout circuit using active bridge for resistive-based sensing | |
CN107543845B (en) | Gas sensor | |
JP2006170797A (en) | Unbalance capacity detecting device, sensor unbalance capacity detecting method, and transducer used therefor | |
CN212460404U (en) | Low-temperature-drift precision voltage output circuit | |
RU2317633C1 (en) | Differential amplifier with increased weakening coefficient of cophased input signal | |
Ghallab et al. | A new current mode implementation of a balanced-output-signal generator | |
JP5639123B2 (en) | Single differential converter | |
JP6269936B2 (en) | Integrated circuit | |
CN102904575A (en) | Analog to digital converter (ADC) front-end circuit and method for measuring resistance through ADC front-end circuit | |
JP2014017959A (en) | Brushless motor control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181201 |