Преобразователь приращения сопротивления в напряжение
TRANSDUCER OF VOLTAGE RESISTANCE INCREMENT

Изобретение относится к устройствам измерительной техники, в частности к первичным преобразователям, и может быть использовано в калориметрии, тензометрии, датчиках силы и давления.
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.
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.
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.
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.
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.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает строго линейную зависимость между ∆R4 и UВых, что повышает точность преобразования приращения сопротивления в напряжение, в частности калориметрических измерений.