Преобразователи, основанные на изменении сопротивления, такие как тензодатчики и пьезорезистивные устройства, находят широкое применение при измерении рада физических параметров. В приложениях, где для сбора данных и обработки сигналов используются цифровые процессоры или микроконтроллеры, выходной сигнал преобразователя должен принимать вид, подходящий для преобразования в цифровой формат. Изменение сопротивления таких датчиков желательно преобразовывать в пропорциональную частоту или временной интервал, чтобы выходные данные можно было легко представить в цифровом виде с помощью счетчика/таймера. Схема на Рисунке 1 линейно преобразует сопротивление датчика R_S в пропорциональный период времени. Схема по существу представляет собой релаксационный генератор, состоящий из источника тока, усилителя сигнала моста, компаратора и триггера. Ток I_S идет по двум путям через резисторы R₁ и R₂, как если бы два резистора были соединены параллельно. Считая операционный усилитель идеальным, условие возникновения генерации можно выразить неравенством

где R₄ + R_S = R_X.

Рисунок 1.	Эта простая схема преобразует значение сопротивления в период времени.

Формы сигналов на входе и выходе компаратора IC₂ показаны на Рисунке 2. T₁ и T₂ – это временные интервалы, в течение которых выходной сигнал компаратора принимает уровни V_S1 и –V_S2, соответственно. Выходные импульсы компаратора IC₂, ограниченные стабилитроном, служат тактовым входным сигналом D-триггера. С помощью триггера 7474 формируется прямоугольный выходной сигнал, поочередно меняющийся между высоким и низким уровнем с периодом

Эта формула показывает, что схема преобразует изменение сопротивления датчика в пропорциональный период времени ΔT с чувствительностью

Стоит упомянуть следующие характерные особенности схемы на Рисунке 1:

• Датчик заземлен, поэтому можно легко изменять чувствительность преобразования, изменяя сопротивления резисторов R₁ или R₂.
• Не влияя на чувствительность преобразования, можно настроить значение смещения T_O (при котором изменения периода T происходят из-за изменения сопротивления датчика), подбирая сопротивления резисторов R₃ или R₄.
• Напряжения смещения операционных усилителей оказывают противоположное влияние на периоды T₁ и T₂, поэтому их влияние на общий период T (T₁ +T₂) неощутимо.
• Благодаря источнику тока выходной сигнал малочувствителен к помехам в линии и к изменениям пороговых уровней V_S1 и V_S2.

Рисунок 2.	Форма сигналов на входе и выходе компаратора IC2.

Рассмотрим пример преобразования сопротивления платинового датчика Pt100 в диапазоне от 119.4 до 138.51 Ом, что соответствует диапазону температур от 50 до 100 °C, в периоды времени от 10 до 12.5 мс. Конструкция проста. Поскольку ток, проходящий через датчик, является частью тока I_S, I_S должен быть достаточно низким, чтобы ошибка, обусловленная саморазогревом, оставалась на приемлемо низком уровне. В этой конструкции используется диодный стабилизатор тока 1N5287, обеспечивающий ток I_S примерно 0.33 мА и имеющий динамическое сопротивление лучше 1.35 МОм. Более хороший источник тока можно сделать на основе микросхемы регулятора напряжения. На следующем шаге, используя подходящие и удобные фиксированные номиналы для R₁ и C, нужно подстройкой потенциометра R₂ установить необходимую чувствительность 130.82 мкс/Ом. Далее при фиксированном значении R₄ следует настроить R₃, чтобы получить смещение, требуемое для выходного сигнала T. Номиналы компонентов для этого примера показаны на Рисунке 1. Все резисторы имеют допуск 1% и рассчитаны на рассеиваемую мощность 0.25 Вт, а конденсатор C – пленочный поликарбонатный.

1. Datasheet Central Semiconductor 1N5287
2. Datasheet Texas Instruments LF411
3. Datasheet Texas Instruments SN7474N