SU976398A1 - Converter of small resistance change to time interval - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть .применено при измерении малых изменений сопротивлени  резисторных датчиков , в .частности оно может быть использовано дл  измерени  температуры .The invention relates to electrical measuring equipment and can be applied when measuring small changes in the resistance of resistor sensors, in particular, it can be used to measure temperature.

Известен цифровой измеритель сопротивлени , содержасщй измерительную цепь из токозадающего и измер емого сопротивлений, блок сравнени , генератор развертывающего напр жени , формирователь и цифровой измеритель интервалов времени, вход которого соединен через формирователь с выходом блока сравнени , первый вход которого соединен со средней точкой измерительной цепи, а выход соединен также через двухтактный усилитель с измерительной цепью и генератором развертывающего напр жени  1 .A digital resistance meter is known, comprising a measuring circuit from a current-generating and measured resistance, a comparison unit, a sweep voltage generator, a driver, and a digital time interval meter, the input of which is connected through the driver to the output of the comparison unit, the first input of which is connected to the midpoint of the measuring circuit, and the output is also connected via a push-pull amplifier with a measuring circuit and a sweep voltage generator 1.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что измерительный ток, протекающий через контролируемый резистор , не мржет быть существенно уменьшен с целью снижени  погрешности от разогрева датчика измерительным током, так как устройство имеет недостаточную защиту от внешних помех.A disadvantage of the known device is that the measuring current flowing through the monitored resistor cannot be significantly reduced in order to reduce the error due to the heating of the sensor with the measuring current, since the device has insufficient protection from external interference.

Которые могут наводитьс  на измер емом сопротивлении.Which may be induced on the measured resistance.

Наиболее близким по Технической сущности  вл етс  преобразователь малых изменений сопротивлени  во временной интервал, содержащий интегратор , выход которого соединен с неинвертируюгдим входом блока сравнени , выход которого соединен с входом ин10 тегратора и с одним из выводов диагонали питани  резистивного моста, другой вывод которой подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала, неинвертирующий вход которого соеди15 нен с общей шиной преобразсвател , а инвертирующий вход соединен с неинвертирующим входом усилител  разбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой The closest in technical essence is a converter of small changes in resistance in a time interval containing an integrator whose output is connected to a non-inverted input of the comparator unit whose output is connected to the input of the integrator and to one of the diagonal leads of the resistive bridge, the other terminal of which is connected to the output a common-mode compensator, the non-inverting input of which is connected to the common bus of the converter, and the inverting input is connected to the non-inverting input of the output amplifier ansa and to one terminal of the measuring diagonal of the bridge to which

20 также подключен первый входной зажим дл  подключени  измер емого резистора , второй входной зажим подклпчен к выходу компенсатора синфазного сигнала , а другой вывод измерительной 20 also connects the first input terminal to connect the measured resistor, the second input terminal is connected to the common-mode compensator output, and the other output of the measuring

25 диагонали моста подключен к инвертирующему входу усилител  разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнени  2.The bridge diagonal 25 is connected to the inverting input of the unbalance amplifier, the output of which is connected to the inverting input of the comparison unit 2.

Однако устройство с такой струк30 турой мало чувствительно к riiuoniHHM помехам только при условии относительно невысоких требований по точности . На точность и чувствительность такого устройства при наличии внешних помех вли пт конечна  линейность интегратора, конечный коэффициент ослаблени  синфазного сигнала сравнивающего устройства и линейност усилител  разбаланса. Практически наличие помехи приводит к нестабильности периода выходного сигнала, что ограничивает точность и чувствительность преобразовате:; . Причем, так как преобразователь имеет цикл измерени , зависимый от значени  измер емого параметра, усре нение результатасинхронно с частото помехи трудно осуществимо. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и чувствительности пу тем повышени  помехозащищенности и уменьшени  измерительного тока через измер емый . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь малых изменений сопротивлени  во вpeмeн oй интервал, содержащий интегратор, выход которого соединён с неинвертирующим входом блока сравнени , выход которого соединен с входом интегратора и с одним из выводов диагонали питани  резистивного моста,. Другой вывод которой подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала , неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной преобразовател , а инвертирующий вход соединен с н инвертирующим входом усилител  разбаланса и с одним выводом измерительной диагонали моста, к которой также подключен первый зажим дл  подключени  измер емого резистора, второй зажим Подключен к выходу компенсатора синфазного сигнала,.,а другой вывод измерительной диагонали моста подключен к инвертирующему вхо ду усилител  разбаланса, выход которого соединен с инвертирующим входом блока сравнени , введены последовательно соединенные измеритель разности амплитуд, управл емый резистор второй интегратор, вход измерител  разности амплитуд подключен к выходу усилител  разбаланса, неинвертирующи вход которого соединен с выходом второго интегратора, а управл ющий вход управл емого резистора подключен к второму выходу измерител  раз ности амплитуд. На чертеже представлена функциональна  схема преобразовател . Преобразователь содержит первый интегратор 1, блок 2 сравнени , реэистивный мост 3, измер емый резистор 4, усилитель 5 .разбаланса, компенсатор б синфазного сигнала, изме ритель 7 разности амплитуд, управ- л емый резистор 8,,второй интеграто 9, резисторы 10-12 резистивного мое-) та 3, Преобразователь работает следующим образом, Разнопол рные перепады напр жени  с выхода блока 2- сравнени  поступают на вход интегратора 1 и резистивный мост 3. При этом на выходе интегратора 1 образуетс  линейно измен ющеес  напр жение. С диагонали моста 3 сигнал разбаланса , пропорциональный отклонению измер емого резистора 4, усиливаетс  усилителем 5 разбаланса и поступает на вход блока 2 сравнени . В течение полупериода выходного напр жени  блока 2 сравнени  напр жение на выходе/интегратора 1 измен етс  до тех пор, пока не сравн етс  с потенциалом выхода усилител  5 разбаланса. При этом на выходе блока 2 сравнени  происходит (за счет общей положительной обратной св зи; быстрое изменение пол рности сигнала на противоположную, и начинаетс  второй полупериод работы преобразовател . При этом измен етс  направление . интегрировани  и потенциал на выходе усилител  5 разбаланса. Это устойчивое состо ние продолжаетс  до нового достижени  равенства напр жени  интегратора 1 напр жению на выходе усилител  5 разбаланса, после чего процессы повтор ютс . При работе преобразовател  компенсатор 6 синфазного сигнала поддерживает потенцидл Измерительной диагонали моста близким к потенциалу общего провода Устройства как -при изменении пол рности питани  моста 3, так и при изменении сопротивлени  измер емого резистора 4. Усилитель 5. разбаланса за счет того, что он ох .вачен отрицательной обратной св зью, пОдцернсивает разность потенциалов измерительной диагонали моста 3, близкой к нулю. Длительность периода Т .выходного, сигнала преобразовател  определ етс  из равенства приреицени  напр же- . ни  интегратора 1 за полупериод преобразовани  удвоенному напр жению на выходе усилител  5 разбалансаит ;2UR-.(Re-- ) где и -.значение напр жени  на выходе блока 2 сравнени ; f - посто нна  времени интегратора 1; R. - значение сопротивлений резисторов 10 и 11 (при выборе их одинаковыми по значению ) резистивного моста 3 г R,j - значение сопротивлени  в цепи обратной св зи усилител  5 разбаланса;However, a device with such a structure is of little sensitivity to riiuoniHHM interference only under the condition of relatively low accuracy requirements. The accuracy and sensitivity of such a device in the presence of external interference is influenced by the finite linearity of the integrator, the final attenuation coefficient of the common-mode signal of the comparator, and the linearity of the unbalance amplifier. In practice, the presence of interference leads to instability of the output signal period, which limits the accuracy and sensitivity of the transform :; . Moreover, since the transducer has a measurement cycle dependent on the value of the parameter being measured, the result reduction is asynchronous with the frequency of interference, difficult to achieve. The aim of the invention is to improve the accuracy and sensitivity by increasing the noise immunity and reducing the measurement current through the measured. The goal is achieved by the fact that in the converter of small changes in resistance there is a time interval containing an integrator, the output of which is connected to the non-inverting input of the comparison unit, the output of which is connected to the input of the integrator and one of the diagonal leads of the resistive bridge. Another pin of which is connected to the common-mode compensator output, the non-inverting input of which is connected to the common bus of the converter, and the inverting input is connected to the inverting input of the unbalance amplifier and to one output of the measuring diagonal of the bridge, to which the first terminal for connecting the measured resistor is also connected, the second the clamp is connected to the common-mode compensator output, and the other end of the measuring diagonal of the bridge is connected to the inverting input of the unbalance amplifier whose output is It is connected to the inverting input of the comparator unit, the amplitude difference meter connected in series, the second integrator controlled by the resistor, the amplitude difference meter input is connected to the output of the unbalance amplifier, the non-inverting input of which is connected to the second integrator's output, and the control input of the controlled resistor is connected to the second output amplitude difference meter. The drawing shows the functional diagram of the Converter. The converter contains the first integrator 1, comparison unit 2, the re-active bridge 3, the measured resistor 4, the unbalance amplifier 5, the common-mode compensator, the amplitude difference meter 7, the controlled resistor 8, the second integrato 9, the resistors 10- 12 resistive washing machine 3, the converter operates as follows. The voltage differences across the polarity from the output of the comparison unit 2 are fed to the input of the integrator 1 and the resistive bridge 3. At the output of the integrator 1, a linearly varying voltage is formed. From the diagonal of bridge 3, an unbalance signal proportional to the deviation of the measured resistor 4 is amplified by the unbalance amplifier 5 and fed to the input of the comparator unit 2. During the half-period of the output voltage of the comparison unit 2, the output / integrator 1 voltage is changed until it is compared with the output potential of the unbalance amplifier 5. At the same time, the output of the comparison unit 2 occurs (due to the overall positive feedback; a rapid change in the polarity of the signal to the opposite, and the second half-life of the converter begins. This changes the direction of integration and the potential at the output of the unbalance amplifier 5. This is a stable condition The process continues until a new voltage equalizer of the integrator 1 is reached at the output of the unbalance amplifier 5, after which the processes are repeated. During operation of the converter, the compensator 6 of the common-mode signal The potential of the bridge diagonal 3 is close to the potential of the common conductor. The devices, both when changing the polarity of the power supply of bridge 3, and when the resistance of the measured resistor changes. potential difference of the measuring diagonal of the bridge 3, close to zero. The duration of the period T. of the output, signal of the converter is determined from the equality of the prireizenes voltage. neither for the integrator 1 for the half-time conversion to double the voltage at the output of the amplifier 5; imbalance; 2UR -. (Re--) where and is the value of the voltage at the output of the comparison unit 2; f is the time constant of integrator 1; R. is the resistance value of the resistors 10 and 11 (when they are chosen equal in value) of the resistive bridge 3 g R, j is the resistance value in the feedback circuit of the unbalance amplifier 5;

- значение сопротивлени  резистора 12 резистивного моста 3 J- resistance value of resistor 12 of resistive bridge 3 J

- текущее значение сопротивлени  измер емого резистора 4. получаем- the current value of the resistance of the measured resistor 4. we get

- MRo- ДА)- MRo- YES)

(2)(2)

Т T

R-f«oR-f "o

При наличии помехи нормального вида с периодом существенно большим, чем период выходного сигнала преобразовател  (например сетевой помехи), наводиг«эп на измер емом резисторе 4, на выходе усилител  5 разбаланса эта помеха про вл етс  в виде изменени  ;огибающей переменного пр моугольного напр жени , размах и длительность j периода которого пропорциональны .уменьшению измер емого резистора 4.If there is a disturbance of a normal type with a period substantially longer than the period of the output signal of the converter (for example, network interference), it triggers on the resistor 4 being measured, the output of the unbalance amplifier 5 shows this interference as a change; the envelope of the alternating rectangular voltage , the span and duration j of a period of which are proportional to the reduction of the measured resistor 4.

В каждый рассматриваемый период частоты преобразовател  така  помеха на выходе усилител  5 разбаланса будет про вл тьс  в виде смещени  посто нной составл ющей этого сигнала , т.е. в виде увеличени  амплитуды одного полупериода и такого же уменьшени  амплитуды другого полупериода .In each frequency period under consideration, a transducer of such an interference at the output of the unbalance amplifier 5 will appear in the form of a DC offset of this signal, i.e. in the form of an increase in the amplitude of one half-period and the same decrease in the amplitude of the other half-period.

Измерение разницы амплитуд положительного и отрицательного полупериодов сигнала на выходе усилител  5 разбаланса в течение одного периода .осуществл етс  с помощью измерител  7 разности амплитуд.The measurement of the amplitude difference between the positive and negative half-periods of the signal at the output of the unbalance amplifier 5 during one period is carried out using an amplitude difference meter 7.

Сигнал смещени  интегрируетс  вторым интегратором 9 и в противофазе с вызвавшей его по вление помехой подаетс  в измерительную диагональ мбста 3 на резистивный датчик 4.The bias signal is integrated by the second integrator 9 and, in anti-phase with the interference that caused it, is fed into the measuring diagonal 3 of the resistor to the resistive sensor 4.

Посто нна  времени второго интегр тора 9 выбрана так, что к концу периода осуществл етс  кок пенсаци  смещени  уровн  напр жени  на выходе усилител  5 разбаланса, имевшегос  в предыдущем периоде.The time constant of the second integrator 9 is chosen so that by the end of the period the voltage level at the output of the unbalance amplifier 5, which was in the previous period, is shifted.

Изменение посто нной времени второго интегратора 9 в соответствии с изменением длительности периода преобразовател  осуществл етс  с помощью управл емого резистора 8.The change in the time constant of the second integrator 9 in accordance with the change in the length of the converter period is made with the help of a controlled resistor 8.

Так как период и амплитуда сигнал на выходе усилител  5 разбаланса св  заны однозначно (в отсутствие помех и смещений нул  используемых операционных усилителей, то дл  управлени  посто нной времени второго интегратора 9 используетс  напр жение ймпли туды положительного полупериода.Since the period and amplitude of the signal at the output of the unbalance amplifier 5 are uniquely connected (in the absence of interference and zero displacements of the operational amplifiers used, the voltage of the positive half-period is used to control the time constant of the second integrator 9.

При увеличении периода преобразовател  увеличиваетс  амплитуда сигнала на выходе усилител  разбаланса 5 и увеличиваетс  сопротивление управл емого резистора В.As the converter period increases, the amplitude of the signal at the output of the unbalance amplifier 5 increases, and the resistance of the controlled resistor B increases.

Технико-экономическа  эффективность изобр.етени  заключаетс  в уменьшении нестабильности выходногоThe technical and economic efficiency of the image of the grid is to reduce the instability of the output

периода преобразовател , вызванной наличием низкочастотных периодических , непериодических помех в цепи измер емого резистора .4 и конечным значением коэффициента ослаблени  . синфазного сигнала блока 2 сравнени  конечной линейностью первого интегратора 1, усилител  5 разбаланса и компенсатора б синфазного сигнала. Кроме того, повышение помехозащищенности позвол ет повысить чувствительность преобразовател  путем увеличени  коэффициента передачи усилител  5 разбаланса, а также уменьшить ток через измер емый резисТОР 4, что уменьшает погрешность от его разогрева измерительным током .transducer period caused by the presence of low-frequency periodic, non-periodic noise in the circuit of the measured resistor .4 and the final value of the attenuation coefficient. the common mode signal of the unit 2 comparing the final linearity of the first integrator 1, the unbalance amplifier 5 and the compensator b of the common mode signal. In addition, increasing the noise immunity improves the sensitivity of the converter by increasing the transmission coefficient of the unbalance amplifier 5, as well as reducing the current through the measured resistor 4, which reduces the error from its heating by the measuring current.

При оптимальном быстродействии введенного контура компенсации помехи степень ослаблени  вли ни  помехи достигает величины, равной отношению периода помехи к удвоенному значению периода выходного сигнала преобразовател .At optimal performance of the introduced interference compensation circuit, the degree of interference reduction reaches a value equal to the ratio of the interference period to the doubled value of the output signal period of the converter.

Причем, такой контур, уменьша  низкочастотную помеху, не уменьшает быстродействи  преобразовател  по информативному параметру.Moreover, such a circuit, reducing the low-frequency noise, does not reduce the speed of the converter according to the informative parameter.

Claims (2)

1.Атэторское свидетельство СССР 405078, кл. G 01 R 27/00, 1976.1. Atheatory certificate of the USSR 405078, cl. G 01 R 27/00, 1976. 2.Март шин А.И. и др. Преобразователи электрических параметров дл  систем контрол  и измерени . М.,2. March of tires A.I. and others. Electrical parameter converters for monitoring and measurement systems. M., энерги , 1978, с. 287, р. 5-4-10 (прототип).energy, 1978, p. 287, p. 5-4-10 (prototype).