Тензорезисторный преобразователь

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 В 7 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ гкод

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3876323/25-28 (22) 01.04.85 (46) 23.10,86. Бюл. N9 39 (71) Институт технической теплофиэики АЙ УССР (72) А.Н. Щербань, А.В. Примак, В.Ю. Александров и В.В. Шейко (53) 531.781.2(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 565203, кл. С 01 В 7/16, 1977. (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и касается средств измерения механических величин электрическими методами с использованием тензорезисторов для преобразования

„„SU„, 1265465 А 1 механических деформаций в электричесI кий сигнал. Целью изобретения является повышение точности и помехозащищенности тензорезисторного преобразователя путем исключения влияния соединительных линий эа счет использования специальной схемы включения четырех дифференциальных усилителей

9, 18, 19 и 20 с помощью четырехпроводной линии связи. Для устранения влияния дрейфа нулей используемых усилителей применяют переключение полярности питающего полумост источника

3 тока. Сохранение дифференциальной структуры усилителей 9, 18, 19 и 20 с

Я повышает помехозащищенность тензореэисторного преобразователя. 1 ил.

1265465

l5

25

Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с использованием тензорезисторов для преобразования механических деформаций в электрический сигнал.

Целью изобреТения является повышение точности и помехоэащищенности путем исключения влияния соединительных линий за.счет использования специальной схемы включения четырех дифференциальных усилителей с помощью четырехпроводной линии связи.

На чертеже приведена принципиальная схема тензорезисторного преобразователя, Тензорезисторный преобразователь содержит рабочий тенэорезистор 1, последовательно включенный с компенсационным тензорезистором 2, источник 3 тока, первый вывод выхода которого соединен с общей точкой первой пары последовательно включенных нормально замкнутого 4 и нормально разомкнутого 5 контактов переключателя б, выход нормально замкнутoI о контакта 4 соединен с входом рабочего тензорезистора 1, выход нормально разомкнутого контакта 5 соединен с входом компенсационного тензорезистора 2, второй вывод выхода источника 3 тока соединен с общей шиной и с общей точкой второй, пары последовательно включенных нормально замкнутого

7 и нормально разомкнутого 8 контактов переключателя 6, выход нормально замкнутого контакта 7 соединен с входом компенсационного тензорезистора 2 выход нормально разомкнутого контакта 8 соединен с входом рабочего тензорезистора 1, первый дифференциальный усилитель 9, неинвертирующий вход которого соединен с входом рабочего тензорезистора 1, выход — с выходной клеммой преобразователя, восемь равных между собой прецизионных резисторов 10-18, включенных последовательно, первый резистор 10 соединен с выходом преобразователя, а резистор 17 соединен с общей шиной, второй дифференциальный усилитель l8, неинвертирующий вход которогс соединен с выводом рабочего тензорезистора l со стороны его соединения с компенсационным тенэорезистором 2, инвертирующий вход этого усилителя соединен с общей точкой резисторов 12 и

t3 ы выход соединен с общей точкой резисторов 11 и 12, третий дифференциальный усилитель 19, неинвертирующий вход которого соединен с входом компенсационного тензорезистора 2, инвертирующий вход соединен с общей точкой Резисторов 14 и 15, выход усилителя соединен с общей точкой резисторов 13 и 14, четвертый дифференциBJIbHbIH усилитель 20, неинвертирующий вход которого соединен с выводом компенсационного тензорезистора 2 со стороны его соединения с рабочим тензорезистором 1, инвертирующий вход соединен с общей точкой резисторов

16 и 17, выход — с общей точкой резисторов 15 и 16, и инвертирующий вход первого дифференциального .усилителя 9 соединен с общей точкой резисторов 10 и 11.

Тензорезисторный преобразователь работает следующим образом.

Для указанного на чертеже первого положения переключателя 6 примем, что сопротивления R тензорезисторов

1 и 2 равны между собой и,в результа те деформации получили значения 1Т тензореэистора 1 Б, +аБ., а тенэореN зистора 2-В-Ы., сопротивление провода и переходное сопротивление нормально замкнутого контакта 7 ключа б равным

6R, а сопротивление провода, соединяющего тензорезистор 1 с тензо35 резистором 2, -aR,.

Тогда на неинвертирующий вход усилителя 20 действует напряжение U „ вх 20

I(R-4хК+дВ, где I — ток от источника

3. тока, протекающий через тензореэи40 сторы в

Инвертирующий вход усилителя 20 соединен с корпусом. Выходное напряжение на усилителе 20 равно вы о вьх (4 2)

45 На неинвертирующий вход усилителя

19 поступает напряжение U =I@R

ВХ1В 2 а на неинвертирующий вход этого усилителя — Us Увых о =2%(R ) .

Напряжение на выходе усилителя 19

50 Равно

6Ь Х 1Я вх " ВК13 2

-2Ie R =-2Х(К-nR) .

Напряжение на неинвертирующем входе усилителя 18 равно

55 "вх1в -х (Н Н" Нд

=I(bk„+aR, )+I(R-aR), а напряжейие на инвертирующем входе— Вх 1В ВЬ1Х "В

1265465

Если переключатель 6 переключается во второе положение, т.е, замкнуты нормально разомкнутые и разомкнуты нормально замкнутые контакты, то выходное напряжение Б,„ =Бц„„ =-43 R.

За выходное напряжение схемы принимают разности выходного сигнала при первом и втором положениях переключателя 6, т.е ° U»,„ =0в„„, -У „„

=83аR. Этот сигнал не содержит ошиб30 ки, связанной с сопротивлением соединительных проводов и с дрейфом нулей дифференциальных усилителей, чем достигается повышение точности. В целом включение четырех усилителей относительно тензорезисторов эквивалентно включению дифференциального усилителя на выход мостовой схемы, что создает условия подавления синфазной помехи и повышает помехозащищен- 40 ность предлагаемого тензореэисторного преобразователя.

Формула изобретения45

Тензорезисторный преобразователь, содержащий последовательно соединенные рабочий и компенсационный тенэорезисторы, двухпозиционный переключатель с двумя парами последовательно включенных нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов, источник тока, первый вывод выхода

Выходное напряжение усилителя 18 равно

U =2U -U-

Вых <з ьх у вх >8

=21(ЛК, +ЛБ, )+4I(R- R) .

Напряжение на неинвертирующем входе выходного усилителя 9 равно

Г

Увхэ х(к+и)+т(к к)+х(ак, +6к ) = =2И+Х(ь К +c R ), а на неинвертирующем входе — Us

Us x з

Выходное напряжение усилителя 9, т.е. выходное напряжение тензорезисторного преобразователя, равно 15 выхэ Иь!х1 вх9 Bwg

4 +2 (Б. +R ) 2I(hR +aR ) 4 +4 ьВ.= . =AIaR. которого соединен с общей точкой первой пары последовательно включенных нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов двухпозиционного переключателя, выход нормально замкнутого контакта переключателя соединен с входом рабочего тензорезистора, выход нормально разомкнутого контакта соединен с входом компенсационного тензореэистора, второй вывод выхода источника тока соединен с общей шиной и с общей точкой второй пары последовательно включенных нормально замкнутого и нормально разомкнутого контактов двухпозиционного переключателя, выход нормально замкнутого контакта второй пары соединен с входом компенсационного тенэорезистора, а выход нормально разомкнутого контакта второй пары соединен с входом рабочего тензорезистора и первый дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с входом рабочего тенэорезистора, а выход — с выходной клеммой преобразователя, о т л и ч а юm и и с я тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности, он снабжен восемью равными прецизионными резисторами, последовательно включенными между выходной клеммой преобразователя и общей шиной вторым, третьим и четвертым дифференцйальными усилителями, инвертирующий вход первого услителя включен между первым и вторым прецизионными резисторами, выход второго услителя включен между вторым и третьим резистором, выход третьего усилителя включен между четвертым и пятым резисторами, выход четвертого усилителя включен между

I шестым и седьмым резистором,неинвертирующий вход второго усилителя соединен с неинвертирующим входом первого усилителя через рабочий тензореэистор, неинвертирующий вход третьего усилителя соединен с неинвертирующим входом четвертого усилителя через компенсационный тенэорезистор, а инвертирующие входы второго, третьего и четвертого усилителей включены между третьим и четвертым, пятым и шестым, седьмым и : осьмым прецизионными резисторами соответственно.