Изобретение относится к устройствам измерительной техники, в частности к первичным преобразователям, и может быть использовано в калориметрии, тензометрии, датчиках силы и давления.The invention relates to devices of measuring equipment, in particular to primary converters, and can be used in calorimetry, tensometry, force and pressure sensors.
Известен преобразователь сопротивления в напряжение (ПСИ). В данном ПСН полумост питается от двух симметричных напряжений +Uo и -Uo. Выходное напряжение определяется соотношением Uвых=R2-R1/R2+R1. В устройстве высокие требования предъявляются к симметрии питающих напряжений [В.С. Гутников. «Интегральная электроника в измерительных устройствах». Энергоатомиздат, Ленинград, 1988 г., стр. 81, Рис. 2.14.а]. Недостатком его является нелинейность преобразования, что приводит к снижению точности преобразования.Known converter of resistance to voltage (PSI). In this PSN, the half-bridge is powered by two symmetrical voltages + Uo and -Uo. The output voltage is determined by the ratio Uout = R2-R1 / R2 + R1. In the device, high demands are placed on the symmetry of the supply voltage [V.S. Gutnikov. "Integrated electronics in measuring devices." Energoatomizdat, Leningrad, 1988, p. 81, Fig. 2.14.a]. Its disadvantage is the nonlinearity of the conversion, which leads to a decrease in the accuracy of the conversion.
Известен преобразователь сопротивления в напряжение, содержащий три операционных усилителя, источник опорного напряжения, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы, два диода, два резистивных делителя напряжения и резистор с переменным сопротивлением [RU 2397500 С1, 20.08.2010]. Недостатками его являются низкая точность из-за использования диодов для исключения напряжения насыщения, которые обладают температурной нестабильностью, а также большая сложность устройства.Known converter of resistance to voltage, containing three operational amplifiers, a reference voltage source, the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth and ninth resistors, two diodes, two resistive voltage dividers and a resistor with variable resistance [RU 2397500 C1 08/20/2010]. Its disadvantages are low accuracy due to the use of diodes to eliminate saturation voltages, which have thermal instability, as well as the great complexity of the device.
Наиболее близким устройством является программатор температуры, содержащий мост, состоящий из сопротивлений R1, R2, R3, R4, источник питания, программный задатчик напряжения, операционный усилитель, усилитель терморегулятора, подключенный к точке соединения сопротивлений R3, R4 и имеющий на выходе нагреватель, находящийся в тепловом контакте с сопротивлением R4 или R1, программный задатчик напряжения дополнительно содержит сопротивление R5, которое подключают к его первому входу, а в качестве источника питания используют стабилизатор напряжения, один выход которого подключен к точке соединения сопротивлений R2, R3 моста, а второй выход «заземлен» вместе со вторым выходом задатчика напряжения и с инвертирующим входом усилителя терморегулятора и операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с точкой соединения сопротивлений R1, R2 и через сопротивление R5 с первым выходом задатчика напряжения. Для этого устройства справедливо равенство R1⋅R4/R2⋅R3=U/Uo+1 [RU №2363030 С1, 27.07.2009]. Недостатком его по сравнению с настоящим предложением является иное назначение (программирование температуры) и сравнительная сложность.The closest device is a temperature programmer containing a bridge consisting of resistances R1, R2, R3, R4, a power source, a software voltage regulator, an operational amplifier, a temperature regulator amplifier connected to a connection point of resistances R3, R4 and having an output heater located in thermal contact with resistance R4 or R1, the software voltage regulator additionally contains resistance R5, which is connected to its first input, and a voltage stabilizer is used as a power source I, one output of which is connected to the connection point of resistances R2, R3 of the bridge, and the second output is “grounded” together with the second output of the voltage regulator and with an inverting input of the amplifier of the temperature controller and operational amplifier, the inverting input of which is connected to the connection point of resistances R1, R2 and through resistance R5 with the first output of the voltage regulator. For this device, the equality R1⋅R4 / R2⋅R3 = U / Uo + 1 is valid [RU No. 2363030 C1, 07.27.2009]. Its disadvantage compared to this proposal is a different purpose (temperature programming) and comparative complexity.
Технический результат достигается тем, что преобразователь приращения сопротивления в напряжение содержит мост, состоящий из сопротивлений R1, R2, R3, R4 и сопротивления R5, два источника питания, два операционных усилителя, при этом инвертирующий вход первого операционного усилителя «заземлен», неинвертирующий вход подключен к точке соединения сопротивлений R3, R4, а его выход - к сопротивлению R5, другой конец сопротивления R5 вместе с точкой соединения сопротивлений R1, R2 подключены к инвертирующему входу второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого «заземлен» вместе с «заземлениями» обоих источников питания.The technical result is achieved by the fact that the converter of increment of resistance to voltage contains a bridge consisting of resistances R1, R2, R3, R4 and resistance R5, two power sources, two operational amplifiers, while the inverting input of the first operational amplifier is “grounded”, the non-inverting input is connected to the connection point of the resistances R3, R4, and its output to the resistance R5, the other end of the resistance R5 together with the connection point of the resistances R1, R2 are connected to the inverting input of the second operational amplifier, noninv rtiruyuschy input is "grounded" with the "Grounds" of both power sources.
Сущность изобретения заключается в следующем. На чертеже приведена схема преобразователя. Он содержит сопротивления 1-R1, 2-R2, 3-R3, 4-R4, 5-R5, источники напряжения 6, 7, операционные усилители 8, 9. Устройство работает следующим образом. В начальный момент мост сбалансирован, т.е. R1⋅R4=R2⋅R3, а также R1=R2 и R3=R4. Напряжение на выходе операционного усилителя 9 равно «нулю». На выходе источника 6 напряжение равно +Uo, а источника 7 напряжение равно ±U. В калориметрии в качестве измерительного термометра сопротивления используется медная или платиновая проволока, имеющая положительный температурный коэффициент (ТКС). Пусть таким является сопртивление R4 (в другом случае в качестве термометра сопротивления с отрицательным ТКС можно использовать сопротивление R1). В качестве опорного термометра сопротивления используется R3, которое выполнено из аналогичного R4 материала. Сигнал разбаланса моста подается на неинвертирующий вход операционного усилителя 8 (его инвертирующий вход «заземлен»). Приращение сопротивления ∆R4 разбалансирует мост и на выходе операционного усилителя 8 появляется напряжение UВых, которое поступает на 5-R5 операционного усилителя 9 и, как следствие, приводит к установлению на входе + усилителя 8 «нулевого» напряжения сигнала (отличается от «нуля» на величину статической ошибки усилителя 9). Можно показать, что при этом будет справедливо равенство UВых=UoR5∆R4/R1R3, где UВых - напряжение на выходе усилителя 8, ∆R4 - приращение сопротивления R4. Для обеспечения высокой точности ППСН необходим прецизионный источник питания 6, а также высокостабильные сопротивления R1, R2, R5.The invention consists in the following. The drawing shows a diagram of the Converter. It contains the resistance 1-R1, 2-R2, 3-R3, 4-R4, 5-R5, voltage sources 6, 7, operational amplifiers 8, 9. The device operates as follows. At the initial moment, the bridge is balanced, i.e. R1⋅R4 = R2⋅R3, as well as R1 = R2 and R3 = R4. The voltage at the output of the operational amplifier 9 is equal to "zero". At the output of source 6, the voltage is + Uo, and source 7, the voltage is ± U. In calorimetry, a copper or platinum wire having a positive temperature coefficient (TCR) is used as a measuring resistance thermometer. Let resistance R4 be such (in another case, resistance R1 can be used as a resistance thermometer with a negative TCS). As a reference resistance thermometer, R3 is used, which is made of a material similar to R4. The bridge unbalance signal is fed to the non-inverting input of the operational amplifier 8 (its inverting input is “grounded”). The increment of resistance ∆R4 will unbalance the bridge and the voltage Uoutput appears at the output of the operational amplifier 8, which is supplied to the 5-R5 of the operational amplifier 9 and, as a result, leads to the establishment of a “zero” signal voltage at the input + of the amplifier 8 (differs from “zero” by the value of the static error of the amplifier 9). It can be shown that in this case the equality Uout = UoR5∆R4 / R1R3, where Uout is the voltage at the output of amplifier 8, and ∆R4 is the increment of resistance R4, is true. To ensure high accuracy of PPSN, a precision power supply 6 is required, as well as highly stable resistances R1, R2, R5.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает строго линейную зависимость между ∆R4 и UВых, что повышает точность преобразования приращения сопротивления в напряжение, в частности калориметрических измерений.Thus, the present invention provides a strictly linear relationship between ΔR4 and Uout, which increases the accuracy of conversion of the increment of resistance to voltage, in particular calorimetric measurements.