Тензометрическое устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсинк

Соцналнстнчесинк

Реслублнк (1ц 1000924 (6I ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 18.06.81 (21) 3303744/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (5!)М. Кл.

G. 01 R 17/1:0

Гвсударстееиимй камитет (53) УДК 531.781..2.т 621 . 317.

° 42(088.8) Опубликовано 28. 02. 83. Бюллетень № 8 вю делам изоаретеиий и открытий

Дата опубликования описания 28 02.83 т т

" --:»< А рЕЫК0"„: -..,-т; » т

Киевское производственное объединение "Веда (72) Авторы изобретения

f0. А. Крыжановский, Г. А. Мигай и В, Г (7! ) Заявитель (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а более конкретно к устройствам для измерения неэлектрических величин электрическими методами, и может быть использовано для работы с мостовыми. датчиками, например для измерения деформаций с помощью тензорезисторов.

Известно устройство для измерения неэлектрических величин, содержащее то мостовой датчик и операционные усилители т1 1.

Недостаток этого устройства - невозможность коррекции нелинейности датчика разных знаков без дополни!

5 тельных пересоединеннй внутри устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является тензометрическое весоизмерительное устройство, содержащее го генерато . импульсов с времязадающей

RC- цепью, блок согласования, мостовой датчик,в измерительную диагональ которого включен потенциометр, согла2 сующий усилитель и дополнительный усилитель. Это устройство позволяет одним регулировочным элементом т,потенциометром)регулировать как знак, так и глубину производимой коррекции нелинейности, присущей данному конкретному датчику (2 1.

Недостатком известного устройства является невозможность обеспечить компенсацию параболически нелиней". ной характеристики мостового датчика в случае питания датчика током постоянной амплитуды, что снижа-. ет точность измерения. Такое питание применяется для компенсации температурной погрешности полупроводни" ковых датчиков структуры "кремний на сапфире".

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет компенсаций нелинейности датчика.

Указанная цель достигается тем, что в тензометрическом устройстве, содержащем генератор импульсов с вреzo

3 10009 мязадающей RC-цепью; блок согласования, вход которого соединен с соединенными между собой выводами элементов RC-цепи, а выход - с вершиной диагонали питания мостового датчика, в измерительную диагональ которого включены потенциометр и входы согласующего усилителя, выход которого через один из элементов RC-цепи, например конденсатор, соединен с входом 1о блока согласования, другой элемент

RC-цепи выполнен управляемым и в устройство введены инвертор и блок управления, причем вход блока управления соединен с движком потенциометра, а выход - с управляющим входом другого элемента RC-цепи, а инвертор включен в диагональ питания мостового датчика так, что его вход соединен с выходом блока согласования.

В качестве управляемого элемента времязадающей цепи предлагается использовать резисторный оптрон.

Управляемый элемент можно реали- зовать также на основе резисторной матрицы, управляемой цифровым кодом.

В качестве генератора импульсов предлагается также использовать операционный усилитель с программным управлением, вход управления коэффициентом передачи которого соединен с выходом блока управления.

Аа чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов с времязадающей RC-цепью, состоящей из конденсатора 2 и управляемого резистора 3, блок 4 согласования, мостовой датчик 5, потенциометр

6, согласующий усилитель 7, инвертор

8 и блок 9 управления.

Выходным параметром устройства является период выходного сигнала генератора.

Блок 4 согласования и инвертор 8 питают мост парафазным напряжением, так, что в измерительной диагонали моста присутствует топько дифференциальный сигнал (синфазный сигнал от- 5О сутствует ).

Коэффициент передачи моста К определяется относительным изменением 1 сопротивления тензорезисторов

K = 5 p(m) (1) 55 где p(m) - многочлен чувствительности резисторов к внешнему воздействию М.

24 4

Для тензорезисторных мостовых датчиков силы наиболее типична параболическая нелинейность, т.е.

p(m)= р (1+уМ), (2) где р и у - коэффициенты.

У линейного датчика p(m)= P и относительное отклонение от линейности при условии (2 ) имеет вид: 6® - .М.

Длительность периода выходного сигнала Т и напряжения питания моста зависит от разбаланса моста и при среднем положении движка потенциометра 6 при линейном датчике пропорциональна это разбалансу

Тк = То(1+ К) 3 где Т =eRC — период при разбалансе .

О датчика (И=0 );

С,R-параметры элементов времязадающей RC-цепи.; резистора 3 и конденсатора 2 соответственно;

Π— коэффициент, зависящий от конкретного исполнения генератора 1»

К "-2К К К - коэффициент передачи такта управления эффективным значением емкости конденсатора 2;

К - коэффициент передачи блока

4 согласования

К вЂ” коэффициент передачи cor1 ласующего усилителя 7, Коэффициент передачи инвертора 8 К =

-1

При любом. ином положении движка потенциометра 6 пропорциональность нарушается и длительность перевода начинает нелинейно зависеть от коэффициента передачи мостового датчика.

Величина и знак этой нелинейности однозначно связаны с положением движка потенциометра 6, поэтому, изменяя последнее, можно добиться компенсации нелинейности коэффициента передачи мостового датчика любого знака.

При смещении движка потенциометра

6 от среднего положения величина сопротивления R управляемого резистора

3, выполненного одним из вышеуказанных способов, начинает зависеть от разбаланса датчика. Это управление осуществляется выходным сигналом блока 9 управления

В= p(+I R)=ао(-1+Ыр(+ М) М), {4) где с(- коэффициент управления величиной R выходным сигналом моста через цепь, состоящую из потенциометра 6 и блока

9 управления отсюда

2,К К. ф о 3++ Ф ч

5 10009

Таким образом, с учетом выраже" ния (4 ) зависимость (3 ) выглядит следующим образом: = ОЙ с(1+рй(2 к. K,+cL)phd (gg+2K K т+

+ЫРк к )+2ас PPgK к (2Рд+1.м )}, (5) .

Условием компенсации параболической нелинейности является равенство нулю 1ф коэффициента при И, т.е.

2 сфf+2<+К,(+24p K

Величина коэффициента с1. однозначно связана .с положением движка потенциометра 6. .Таким образом, предлагаемое устройство, обеспечивая коррекцию нелинейности любого знака, дает возможность повысить точность измерения нужной неэлектрической величины в различных областях эпектроизмерительной техники, например в тензометрии при.измерении усилий и давлений.

Формула изобретения

24

6 через один из элементов RC öåïè, например конденсатор, соединен с входом .блока согласования, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет компенсации нелинейности датчика, другой элемент RC-цепи выполнен управляемым и в устройство введены инвертор и блок управления, причем вход блока управления соединен с движком потенциометра, а выход - с управ)ляющим входом другого элемента RC-це" пи, а инвертор включен в диагональ питания мостового датчика так, что его вход соединен с выходом блока согласования.

2. Устройство по п.1, о т л и " ч а ю щ е е с я тем, что управляемый элемент RC-цепи выполнен в виде ре" зисторного оптрона.

3. Устройство по n.l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый элемент RC-цепи выполнен в виде резисторной матрицы, управляемой цифровым кодом.

4. Устройство по. п,l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что генератор импульсов выполнен на основе .опера" ционного усилителя с программным уп" равлением, вход управления коэффициентом передачи которого соединен с выходом блока управления.

1. Тензометрическое устройство, содержащее генератор импульсов с времязадающей RC-цепью, блок согласова" ss ния, вход которого соединен с соединенными между собой выводами элементов RC-цепи, а выход - с вершиной диагонали питания мостового датчика, в измерительную диагональ которого 40 включены потенциометр и входы согласующего усилителя, выход которого

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных прибо" рах. Л., "Энергия", 1980, с..125, рис. 5-13 в.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 3210417, кл. G 01 R 17/10, 1980.

1000924

Составитель Б. Тогунов

Редактор А.Лежнина Техред Ж.КастелевичКорректор В Бутяга

Заказ 1372/47 Тираж 708, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4