Цифровой тензорезисторный преобразователь

 

1;зобретение относится к цифровым средствам измерений механических величин электрическими методами с использованием тензомостовых первичных преобразователей. Цель изобретения - повышение точности измерения - достигается за счет исключения температурной погрешности трансформаторного компаратора тока. Для этого в устройство дополнительно введены аналоговый перемножитель 9 напряжений, шесть резисторов и третья входная обмотка трансформаторного компаратора 4 тока. Преобразователь также содержит тензомост 1, термочувствительный мост 2, источник 3 питания, нуль-орган 5, блок 6 управления, управляемый делитель 7 напряжения, суммирующий усилитель 8, резисторы 10-16. Термочувствительный мост 2 имеет плечи, образованные резисторами 14, 15 и 16, и служит для преобразования температуры тензомоста 1 в напряжение, которое подается на входы усилителя 8, входные обмотки 17, 18 и 19, выходную обмотку 20. Суммарная погрешность указанного устройства при изменении температуры окр ужающей среды от О до 10°С при различных значениях температуры тензомоста и измерительной схемы не превьпиает 0,2%. 1 ил. (Л ffoff со со 00 12 13

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1337780 А1

<51> 4 G 01 R 17/06 G О1 B 7/18

G 01 L 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044743/24-21 (22) 28.03.86 (46) 15.09.87. Бюл. || 34 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического институ-а АН УССР (72) В.В.Воскресенский (53) 621.317.733.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

|| - 405075, кл. G 01 R 17/06, G 01 В 7/18, 1974.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1270545, кл. G 01 В 7/18, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЪ|Й ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) ;зобретение относится к цифровым сред..твам иэме.рений механических велич .н электрическими методами с использованием тенэомостовых первичных пр.-образователей. Цель изобретения повышение точности измерения — достигается за счет исключения температурной погрешности трансформаторного компаратора тока. Для этого в устройство дополнительно введены аналоговый перемножитель 9 напряжений, шесть резисторов и третья входная обмотка трансформаторного компаратора 4 тока.

Преобразователь также содержит тензомост 1, термочувствительный мост 2, источник 3 питания, нуль-орган 5, блок 6 управления, управляемый делитель 7 напряжения, суммирующий усилитель 8, резисторы 10-16. Термочувствительный мост 2 имеет плечи, образованные резисторами 14, 15 и 16, и служит для преобразования темпера— туры тензомоста 1 в напряжение, которое подается на входы усилителя 8, входные обмотки 17, 18 и 19, выходную обмотку 20. Суммарная погрешность указанного устройства при изменении температуры окружающей среды от 0 до

10 С при различных значениях температуры тензомоста и измерительной схемы не превышает 0,27. 1 ил.

1337780

Изобретение относится к цифровым средствам измерений механических величин электрическими методами с использованием тензомостовых первичных пре о бра зов а те лей .

Цель изобретений — повышение точности измерения за счет исключения температурной погрешности трансформаторного компаратора токов.

На чертеже представлена структурная схема цифрового тензорезисторного преобраз«нателя.

Цифровой тензорезисторный преобразователь состоит из тензомоста 1, термочувствительного моста 2, источника 3 питавия, трансформаторного к«мпарат«ра 4 токов, нуль-органа 5, блока б управления, управляемого делителя 7 напряжения, суммирующего усилителя 8, аналогового перемножителя 9 напряжений и резисторов 10-13.

Терм«чувствительный мост 2 служит для пре«бразонания температуры тензомоста 1, входящего н состав моста 2, н 1111пряжение, которое подается с его измерительной диагонали на входы суммиру1ащего усилителя 8. Резисторы 14, 15 и 16 образу1от плечи термочувстнительного моста.

Тенэ«мост 1 предназначен для преобраэ«ванин измеряемой величины в напряжение, которое с его измерительной дпаг«лали через резистор 10 подается н« вх«днуп> обмотку 17 трансформаторного компаратора 4. Диагональ питания тензомоста 1 включена в плечо термочунстнитепьн«гo моста 2.

Ист« 11шк 3 питания включен в цепь питания термочунствитель11«гo моста 2

11 УIIp лв:1яс м«Г« целителя 7 напряже11ия .

Трансф«рматорный компаратор 4 ток«н слу,1ит для пре«бразования алгебраическ«й суммы магнитных потоков, с«зданаемых токами нходных обмоток

17, 18 и 19, в напряжение, которое с ныхоцн«й «бм«тки 20 подается на вход нуль-otIãrÿíë 5, выход Ko Top«I о соединен с блоком б управления .

Подключение резисторов 11, 12 и

13 к той или иной обмотке (18, 19) зависит «т того, н фазе или н проти вофазе с наг1ряжением источника питания нах«дится выходное напряжение делителя 7, от знаков аддитинной и мультпппикатинной температурных пав

Грс П1Н««тей, Oт ТОГО, ИННЕртнруЮт ИЛИ не 1ьлвертпруют результат сложения

Условие (1) может быть представлено в следующем виде:

UКтм Х U N — — --" — -W, — -- -- W = 0, (2) тм 5 г где Б — напряжение источника питания;

К. — коэффициент чувствительности тензомоста к измеряем«й ве50 личине, измеряемая нелич11на, сопротивление диагонали fpIIзомоста, СОПРОТИВЛЕНИЕ ЧЕтВС PTOI O Резистора 10, число витков обм«тк11 17, СОПРОТ11ВЛРНИР ПЯТ«1 A PP 111< f« ра 11, Х

R тм

R о

1

5 усилитель 8 и результат перемножения перемножитель 9.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии измеряемой величины и некоторой начальной температуо ре, например 20 С, тензомост 1 и термочувствительный мост 2 сбалансированы. При этом напряжения на измерительных диагоналях тензомоста 1 и термочувствительного моста 2, на выходах делителя 7, усилителя 8 и перемножителя 9 равны нулю. Выходной код также равен нулю. При воздействии на тензомост 1 измеряемой величины при фиксированной начальной температуре магнитный поток ф,, создаваемый током Т,, протекающим по обмотке 17 с числом витков W, вызывает ЭДС в выходной обмотке 20 компаратора 4 токов, которая при превышении порога

1 срабатывания нуль-органа 5 переводит

er o из состояния "0" в состояние "1", 25 что является сигналом об увеличении выходного кода блока управления, который, увеличивая значение кода, повьппает выходное напряжение управляемого делителя 7 напряжения до тех

30 пор, пока магнитный поток Ф, создаваемый током I, протекающим через резистор 11 по обмотке 18 или 19, не компенсирует направленный встречно магнитный поток Ф1 . При выполнении условия

Ф,— ф =0 (1)

ЭДС выходной обмотки 20 равна нулю, нуль-орган 5 находится в состоянии

11 1l

О, а значение выходного кода уст40 ройства соответствует значению измеряемой величины.

1337780

N, N — соответственно текущее и наибольшее значения када в десятичной системе счисления1

W — число витков обмотки 18 или

2 обмотки 19.

Из (2) н аходим

15

20 (8) 25

Х ЕЫ (R™+ Rg) 1м 1 Ктм R >

30 с 8 Р

1 +

Ктм

W2(R. + R4)Ke К у

WiRn (9) < 8 8

К,„(1 + ----) тм Ктм

40 д Кпн Kg Ксу К н2

6 и

И2(к тм + Вф)Кд Ксу т измеренное значение Х не изменений температуры те определяется выражением (10) Ктм зависит от нзомоста и

К н2 второму входу.

Тогда потока н жет бк ть (7) W2(R тм К4) (3)

И„К М К

Из (3) следует, что значение выходного кода тензопреобраэователя линейно зависит от измеряемой величины.

Изменение температуры окружающей среды приводит к появлению аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности на выходе тензомоста. Напряжение холостого хода измерительной диагонали тензомоста при этом может быть представлено в следующем виде:

U „ „„ = U(K „X + с с + d с g Х) (4) где с 8 — приращение температуры окружающей среды; — коэффициент аддитивной температурной погрешности тенэомоста; — коэффициент мультипликативной температурной погрешности тензомоста.

Однако изменение температуры приводит также к появлению напряжений на выходах термочувствительного моста 2, усилителя 8 и перемножителя 9.

Выходное напряжение U „ суммирующего усилителя 8 и выходное напряжение

UÄz аналогового перемножителя 9 напряжений определяются выражениями

Ucs = U с6 К К (5) где К вЂ” коэффициент передачи термос чувствительного моста 2, К вЂ” коэффициент усиления суммису рующего усилителя 8, Kg Kcó Кпп2

Ъ где К „, — коэффициент усиления перемножителя напряжений по первому, входу, коэффициент усиления перемножителя напряжений по усилие отсутствия магнитного сердечнике компаратора 4 мо 3апl1сАно следующим образом:

Ф . —,. — C. — f4 = Î, где ф, — магнитный поток, создаваемый током, протекающим по обмотке 17 при с 9 4 О, — магнитный поток, создаваемый током, протекающим через седьмой резистор 13, ф4 — магнитный поток, создаваемый током, протекающим через шестой резистор 12.

Условие (7) с учетом (4) †(6) имеет следующий вид:

И(К,„Х + /В. а+,гв р Х) 11.ш

R тм

5 м Kg Kñó

1 2

R2

W2—

K„„1) (U d8 К

Ы2= О, 6 где R — сопротивление. седьмого рет зистора 13, R — сопротивление шестого резис6 тора 12.

Из (8) находим

Из (9) следует, что при выполнении условий

W 2 (R тм + К4) (12)

Nnl W„K тм Rw аналогичным выражению (3), полученному при d 8 = О.

Таким образом, суммарная погрешность (без учета долговременной стабильности) предлагаемого устройства в условиях изменения темп ратуры оКружающей среды от О до 40 Г при различных значениях температуры тензомоста и измерительноп c:ceìln lie ïðåвышает 0,2Х.

1337780

Составитель В.Семенчук

Техред В.Кадар

Корректор " КоРоль

Редактор Е.Копча

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4125/42

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула и э о б р е т е н и я

Пифровой тензорезисторный преобю раэователь, содержащий источник питания, первый вывод которого соединен с общей шиной, тенэомост, первая вершина диагонали питания которого соединена с первым выводом первого резистора, трансформаторный компаратор токов с двумя входными обмотками, со- единенными последовательно, и выходной обмоткой, первый вывод которой соединен с общей шиной, суммирующий усилитель, последовательно соединенные нуль-орган, блок управления и управляемый делитель напряжения, причем выход блока управления соединен с выходом преобразователя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения температурной погрешности трансформаторного компаратора токов, в него введены аналоговый перемножитель напряжений, второй, третий, четвертый, IIHTbl?i шестой и седьмой резисторы, третья входная обмотка трансформаторного компаратора токов, которая через второй резистор соединена с измерительной диагональю тензомоста, вывод первого резистора и первая вершина диагонали питания тензомоста и термочувствительного моста соединены с вторым выводом источника питания и с опорным входом управляемого делителя напряжения, первые выводы третьего и четвертого резисторов соединены с общей шиной, а вторые выводы соединены соответственно с первым и вторым входами суммирующего усилителя, 1р первый вход аналогового перемножителя напряжений соединен с выходом суммирующего усилителя и через пятый резистор — с первым выводом первой входной обмотки трансформаторного

15 компаратора токов, при этом общие выводы входных обмоток соединены с общей шиной, выход управляемого делителя напряжения соединен с вторым входом аналогового перемножителя напря2О жений и через шестой резистор с вторым выводом второй входной обмотки, выход аналогового перемножителя напряжений через седьмой резистор соединен с вторым выводом второй входной обмотки, вход нуль-органа — с вторым выводом выходной обмотки трансформаторного компаратора токов, вторые выводы третьего и четвертого резисторов — соответственно с вторым

30 выводом первого резистора и с второй вершиной диагонали питания тензомоста.