Mostki dwuźródłowe jako nowy rodzaj układów pomiarowych

pol Artykuł w języku polskim DOI: 10.14313/PAR_249/57

wyślij Zygmunt Lech Warsza Sieć Badawcza Łukasiewicz – Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Al. Jerozolimskie 202, 02-486 Warszawa

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W pracy omawia się podstawowe zależności i stan badań niekonwencjonalnych układów pomiarowych w postaci mostków czteroramiennych o dwu źródłach i dwu wyjściach z obu przekątnych. Dwa jednakowe źródła prądu lub napięcia są odpowiednio dołączone do przeciwległych gałęzi mostka. Podano wzory dla napięć wyjściowych i warunki równowagi obu wyjść mostków dwuźródłowych przy prądzie stałym (DC). Dla mostków dwuprądowych są to równości iloczynów rezystancji ramion przyległych do końcówek każdego z wyjść, a dla mostków dwunapięciowych – równości sum dwu rezystancji ramion. Oba te rodzaje mostków przy zrównoważeniu kolejno każdego z wyjść umożliwiają pomiary dwu różnych rezystancji (lub konduktancji) ich ramion. Ich sygnały wyjściowe zależą zaś od różnych liniowych kombinacji przyrostów rezystancji ramion od wartości w stanach równowagi. Jako przykład zastosowania rozpatrzono równoczesny pomiar odkształcenia i przyrostu temperatury różnicowym dwuelementowym czujnikiem tensometrycznym. Krótko scharakteryzowano stan prac teoretycznych i wyniki badań eksperymentalnych układów mostków dwuprądowych DC oraz prototypowych konstrukcji przyrządów pomiarowych i stanowisk laboratoryjnych na nich opartych.

Słowa kluczowe

dwa różne wyjścia, dwie rezystancje, mostki dwunapięciowe, mostki dwuprądowe, przyrost rezystancji

Two-source Bridges as a New Kind of Measuring Systems

Abstract

The paper discusses the basic relationships and the state of research on a new type of bridge measurement systems with two outputs from both diagonals of a four-arm bridge. Their measuring circuits contain either two current sources or two voltage sources respectively unconventionally connected to opposite branches of these circuits. With direct current (DC), these bridges, after balancing the outputs of each of the diagonals, will enable measurements of two resistances (or two conductances) of their arms. As deflection bridges - they measure simultaneously increments of these resistances from balanced states in diagonals. The formulas for the voltages of both outputs of the systems and the balance conditions for each of them are given. As an example of application, the simultaneous measurement of stress and temperature increase with a differential two-element strain gauge was considered. The current state of theoretical work and the results of several experimental constructions of measuring instruments with a two-current bridge are briefly characterized.

Keywords

simultaneously measurements of two resistances and of their increments, two-current and two-voltage bridges

Bibliografia

  1. Anderson K.F., The New Current Loop: An Instrumentation and Measurement Circuit Topology. “IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement”, Vol. 46, No. 5, 1997, 1061–1067, DOI: 10.1109/19.676711.
  2. Kobus A., Tuszyński J., Warsza Z.L., Technika hallotronowa, WNT Warszawa 1980.
  3. Warsza Z., Antymostki – nowy rodzaj układów do pomiaru impedancji. Mat. Konf.: Systemy Pomiarowe w Badaniach Naukowvch i Przemyśle. Politechnika Zielonogórska, 2000, 233–240.
  4. Warsza Z.L., Pomiary impedancji układami mostkowymi o dwuprądowym zasilaniu. „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 5, Nr 5, 2001, 17–21.
  5. Warsza Z.L., Bridges Supplied by Two Current Sources – New Tool for Impedance Measurements and Signal Conditioning, IMEKO-TC7 Symposium, Kraków, 2002, 231–36.
  6. Warsza Z.L, Immitancyjne układy czterobiegunowe (4T) w pomiarach wieloparametrowych. Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP, Warszawa 2004.
  7. Warsza Z.L., Two Parameter (2D) Measurements in Four Terminal (4T) Impedance Bridges as the New Tool for Signal Conditioning, 14th International Symposium on New Technologies in Measurement and Instrumentation 10th Workshop on ADC Modeling and Testing IMEKO TC-4, Gdynia, Jurata, Sept. 2005, Vol. 1. Part 1. Main Equations and Terminal Parameters, 31–36. Part 2. Measurements of Two Variables (2D), 37–42.
  8. Warsza Z.L., Backgrounds of two variable (2D) measurements of resistance increments by the bridge cascade circuit. SPIE Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry, and High-Energy Physics Experiments, Vol. 6347, 2006, red. Romaniuk R.S., DOI: 10.1117/12.714768.
  9. Warsza Z.L., Two Parameter (2D) Measurements in Double-Current Supply Four-terminal Resistance Circuits. “Metrology and Measurement Systems”. PAN Vol. XIII, No. 1, 2006, 49–65.
  10. Idźkowski A., Makal J., Warsza Z.L., Application of Double Current Bridge-Circuit for Simultaneous Measurements of Strain and Temperature. Instrumentation and Measurement Technology Conference – IMTC IEEE 2007 Warsaw, Poland, DOI: 10.1109/IMTC.2007.379259.
  11. Warsza Z.L., Idźkowski A., Makal J., Experimental verification of the double-current supplied bridge circuit in 2D measurements of strain and temperature, 15th IMEKO TC-4 International Symposium on Novelties in electrical measurements and instrumentation, Vol. 1, 2007, 127–131.
  12. Idźkowski A., Makal J., Mostek zasilany dwuprądowo – eksperyment symulacyjny, „Pomiary Automatyka Robotyka”, R. 8, Nr 7-8, 2004, 61–65.
  13. Warsza Z., Hallotron jako czwórnik sterowany polem magnetycznym. „Przegląd Elektrotechniczny”, R. 83, Nr 1, 2007, 57–64.
  14. Warsza Z.L, Idźkowski A., Makal J., Zastosowanie mostka dwuprądowego do jednoczesnego pomiaru odkształcenia mechanicznego i temperatury. „Pomiary Automatyka Kontrola”, R. 53, Nr 9 bis, 2007, 470–473.
  15. Idźkowski A., Makal J., Realizacja układu pomiarowego z czujnikami tensometrycznymi w mostku z przełączanym źródłem prądowym, „Elektronika – konstrukcje, technologia, zastosowania”, Vol. 49, Nr 6, 2008, 159–161.
  16. Makal J., Idźkowski A., Warsza Z.L., Ocena dokładności nowego rodzaju mostka z czujnikiem tensometrycznym do pomiarów dwuparametrowych, „Pomiary, Automatyka, Komputery w Gospodarce i Ochronie Środowiska, Nr 1, 2010, 21–23.
  17. Idźkowski A., Makal J., Warsza Z.L., Simultaneous Measurements of Two Parameters by Double Current Supplied Bridge. “Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems”, Vol. 6, No. 2, 2012, 26–31.
  18. Warsza Z.L., Idźkowski A., Unconventional Double-Output Bridge for Simultaneous Measurement of Two Parameters. “Sistemy Obrobki Informacji”, Vipusk 1(99) Kharkiv 2012, 59–64.
  19. Warsza Z.L., Idźkowski A., Analiza błędów granicznych i niepewności mostków sensorowych jako przetworników rezystancji na napięcie, „Pomiary Automatyka Kontrola”, T. 59, Nr 6, 2013, 548–553.
  20. Warsza Z.L., Idźkowski A., Walendziuk W., The parameters of unconventional double-current circuit, their accuracy measures and measurement of strain and temperature. “International Journal of Electronics and Telecommunications”, Vol. 60, No 4, 2014, 327–330. DOI: 10.2478/eletel-2014-0043.
  21. Warsza Z.L., Idźkowski A., Opisy dokładności układu oczka 4R zasilanego klasycznie oraz dwuprądowo jako przetwornika rezystancji w pomiarach dwuparametrowych (2D), „Pomiary Automatyka Kontrola”, Vol. 60, Nr 11, 2014, 1002–1005.
  22. Warsza Z.L., Idźkowski A., Relations of limited errors and uncertainties type B of the bridge as conditioner circuit for sensors of broadly variable resistances, “Przegląd Elektrotechniczny”, Vol. 90, No. 12, 2014, 83–86, DOI: 10.12915/pe.2014.12.1.
  23. Idźkowski A., Świętochowski P., Warsza Z.L., Walendziuk W., Unconventional Double R/U Converter for Measurement of Two Quantities by a Single Differential Sensor. Proceedings. of Conf. Automation 2015 Progress in Automation, Robotics and Measuring Techniques. (Editors: R. Szewczyk, C. Zieliński, M. Kaliczyńska), Vol. 352, 2015, 83–90, DOI: 10.1007/978-3-319-15835-8_10.
  24. Warsza Z.L., Idźkowski A., Accuracy analysis of the 2D resistance-to-voltage converters for resistive sensors, “Measurement Automation Monitoring”, Vol. 61, No. 10, 2015, 460–464.
  25. Idźkowski A., Walendziuk W., Warsza Z.L., Unconventional Double-Current Circuit for Deflection and Temperature Simultaneous Measurement. “Elektronika ir elektrotechnika“, Vol. 15, No. 1, 2015, 23–27, DOI: 10.5755/j01.eee.21.1.6834.
  26. Idźkowski A., Walendziuk W., Świętochowski P., Warsza Z., Metrological Properties of a Two-Output Transducer for Measuring Sum and Difference of Small Resistances. „Elektronika ir elektrotechnika“, Vol. 23, No. 5, 2017, 41–45, DOI: 10.5755/j01.eie.23.5.19268.
  27. Warsza Z.L., Idźkowski A., Uncertainty Analysis of the Two-Output RTD Circuits on the Example of Difference and Average Temperature Measurements, Mechatronics 2017 – Ideas for Industrial Applications, Advances in Intelligent Systems and Computing, Vol. 934, 2019, 435–446, DOI: 10.1007/978-3-030-15857-6_43.
  28. Idźkowski A., Warsza Z., Temperature difference measurement with using two RTD sensors as example of evaluating uncertainty of a vector output quantity, “Robotic Systems and Applications”, Vol. 1, No. 2, 2021, 53–58.
  29. Walendziuk W., Gołębiowski J., Idźkowski A., Comparative Evaluation of the Two Current Source Supplied Strain Gauge Bridge, “Elektronika ir elektrotechnika”, Vol. 22, No. 6, 2016, 33–38, DOI: 10.5755/j01.eie.22.6.17220.
  30. Idźkowski A, Gołębiowski J., Walendziuk W., Analysis and application of two-current-source circuit as a signal conditioner for resistive sensors, “Journal of Electrical Engineering”, Vol. 68, No. 3, 2017, 200–205, DOI: 10.1515/jee-2017-0029.
  31. Walendziuk W., Idźkowski A., Calibration procedure and uncertainty analysis of an electronic scale based on two-current source supplied circuit, “Tehnički Vjesnik”, Vol. 24, suppl. 1, 2017, 93–97, DOI: 10.17559/TV-20141026162349.
  32. Krawczyk K., Lisowski M., Kocjan B., Dwutorowy system trasabilności rezystorów wzorcowych w zakresie 10 kΩ – 100 TΩ. „Metrologia. Badania i zastosowania”, red. J. Augustyn, Politechnika Świętokrzyska Kielce, 2022, 110–121.
  33. Warsza Z.L., Żyła B., Miernik ilorazu indukcji magnetycznych. „Pomiary Automatyka Kontrola”, 1966, 8/9.