Устройство для измерения сигналов мостовых датчиков

 

Изобретение относится к области измерительной техники и систем управления и может быть использовано в устройствах измерения неэлектрических величин, а также в устройствах сопряжения первичных преобразователей с вычислительными комплексами. Цель изобретения - увеличение точности преобразования за счет расширения динамического диапазона, что позволит уменьшить влияние аддитивных погрешностей, измерения, таких, как шумы масштабного усилителя сигналов мостовых датчиков, например при использовании тензорезисторных датчиков . Для этого в устройство, содержащее мостовой датчик 1, источник 3 опорного напряжения, блок 2 питания мостового датчика, масштабный усилитель 4, фазочувствительный ф сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) (И) А1 (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4231842/24-21 (22) 31.03.87 (46) 07.01.89. Вюл. 9 1 (71) Московское научно-производственное объединение "Измеритель" (72) А.А. Асеев (53) 53!.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 782150, кл. Н 03 К 13/20, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1034173, кл. Н 03 К 13/20, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ СИГНАЛОВ МОСТОВЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к области измерительной техники н систем управления и может быть использовано в устройствах измерения неэлектрических величин, а также в устройствах сопряжения первичных преобразователей с вычислительными комплексами.

Цель изобретения — увеличение точности преобразования за счет расширения динамического диапазона, что позволит уменьшить влияние аддитивных погрешностей, измерения, таких, как шумы масштабного усилителя сигналов мостовых датчиков, например при использовании тенэорезисторных датчиков. Для этого в устройство, содержащее мостовой датчик 1, источник

3 опорного напряжения, блок 2 питания мостового датчика, масштабный усилитель 4, фазочувствительный

1449913 демодулятор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, тактовый генератор

7, блок 8 управления, цифровой накопитель 11(реверсивный счетчик) введены анализатор 15 уровня, коммутационный элемент 14 и две схемы совпадения 18 и 19. Увеличение точИзобретение относится к области ,измерительной техники и систем уп-! равления и может быть использовано в устройствах измерения незлектриче ских величин, а также в устроиствах ,сопряжения первичных преобразовате,лей с вычислительными комплексами.

Цель изобретения — повышение точ;ности измерения за счет компенсации напряжения смещения и его дрейфа в, расширенном динамическом диапазоне измерений., На чертеже представлена структурная схема устройства. 15

Устройство содержит мостовой дат,,чик 1, соединенный входами с выхо, дами блока 2 питания, вход которого

;соединен с выходом источника 3 опор ного напряжения, масштабный усили- 2О тель 4, входы которого соединены с выходами мостового датчика 1, а выход — с входом фазочувствительного демодулятора 5, выход которого соединен с первым входом аналого-цифра- 25 вого преобразователя 6, второй вход которого соеДинен с выходом источника 3 опорного напряжения, а третий — с тактовым генератором 7, который соединен с входом блока 8 управ- 3п ления, состоящего из делителя 9 частоты и счетного триггера 10, выход блока 8 управления соединен с упр авляющим входом блока 2 питания,, а управляющий выход — с управляющим входом цифрового накопителя 11., сос12 тоящего из реверсивного счетчика 1 и регистра 13, коммутационный элемент 14, выход которого соединен с управляющим входом фазочувствительно- о го демодулятора 5, вход — c управляющим входом блока 2 питания, а два уп авляющих входа — с управляющими

P ности преобразования обеспечено компенсацией напряжения смещения и дрейфа всего устройства не только при измерении сигналов мостового датчика для Б > е, но и для U,c е,,т.е. за счет расширения динамического диапазона. l ил. выходами анализатора 15 уровня, состоящего из нуль-органа 16 и триггера 17 памяти, которые соединяются с, с первым входами элементов 18 и 19 совпадения, вторые входы которых соединены с выходом аналого-цифрово- . го преобразователя 6, причем выход первого элемента-18 совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя 11, а выход второго элемента 19 совпадения — с вычитающим входом цифрового накопителя ll„ при этом первый управляющий вход анализатора 15 уровня соединен с входом коммутационного элемента 14, а второй — с управляющим выходом блока 8 управления, выход первого элемента

18 совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя 11, а выход второго элемента 19 совпадения — с вычитающим входом цифрового накопителя 11, ключи 20 и 21, резисторы 22 (R<<) и 23 (Rz>) .

Устройство работает следующим образом.

Напряжение с источника 3 опорного напряжения поступает на блок 2 питания, а с него на диагональ питания мостового датчика 1. На выходе мостового датчика 1 появляется сигнал, который усиливается масштабным усилителем 4 и поступает через фазочувствительный демодулятор 5 на вход аналого-цифрового преобразователя 6, на другой вход которого поступает напряжение с источника 3 опорного напряжения. Частота с тактового генера- . тора 7 поступает на блок 8 управления, в котором с помощью делителя 9 частоты и счетного триггера 10 происходит формирование времени иэмере(г») г» с р с1 гг.

22 l»

25 при

2Б т.е. в этом случае (U (e«) также произойдет компенсация напряжения смещения и его дрейфа масштабного усилителя 4.

Таким образом, введение в устройство анализатора уровня комбинационного элемента и двух элементов совпадения позволило увеличить точность преобразователя за счет обеспечения работоспособности устройства и компенсации напряжения смещения и em дрейфа не только при измерении сигналов мостового датчика для Ut - pew

+ )1г 2))с

3 14499 ния, состоящего из двух равных полупериодов, в каждый из которых происходит изменение полярности напряжения питания блока 2 питания и выход5 ных сигналов мостового датчика 1 и масштабного усилителя 4. На вход аналого-цифрового преобразователя 6 должно поступать напряжение одной полярности, так как опорное напряжение с источника 3 опорного напряжения имеет постоянную полярность.

Фазочувствительный демодулятор 5 осуществляет выпрямление переменного по знаку напряжения с выхода мас- 15 штабного усилителя 4 выходным сигналом коммутационного элемента 14, управляемого блоком 8 управления: если ключ 20 замкнут, а ключ 2! разомкнут, то на выходе фазочувствительного де- 20 модулятора 5 будет следующее напряжение: а если ключ 21 замкнут, ключ 20 разомкнут, то будет следующее напряжение:

U = -U (-=) — U (1+ ) = У 30

R » кг» д. с

22

R c»

12 т.е. напряжение одной полярности.При наличии напряжения смещения эти напряжения будут иметь следующие величины:

+ е,Д )-)г Uñ,eñ,ì„» где U — измеряемое напряжение с выхода мостового датчика; е — напряжение смещения масштабсм

40 ного усилителя, и иметь одну полярность при U< q e

В этом случае на входе анализатора

15 уровня будет постоянное по полярности напряжение, а на выходах коммутационного элемента 14 (D-тригге45 ра) будут сигналы: разрешающий поступление выходных сигналов аналогоцифрового преобразователя 6 через элемент 18 совпадения на суммирующий вход реверсивного счетчика 12 и запрещающий поступление выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент !9 совпадения на вычитающий вход реверсивного счетчика 12. На выходе устройства в регистре 13 будет и«формация, соответствующая сумме U, и )1!

I

4 т.е. произойдет компенсация напряжения смещения и его дрейфа масштабного усилителя 4. Цикличность измерения и работы цифрового накопителя

11 обеспечивается счетным триггером

10 сблока 8 управления путем возврата в исходное состояние реверсивного счетчика 12, а также триггера 17 памяти, анализатора 15 уровня при каждом изменении полярности питания блока 2 питания мостового датчика 1

Если П е,ц, то на выходе фазо.чувствительного демодулятора 5 сигналы U и U будут одной полярности ( при различных полярностях питающего напряжения мостового датчика 1, а на выходе — противоположной.При этом при смене полярности сигнала на выходе фазочувствительного демодулятора 5 изменяется на противоположное состояние нуль-органа 16, анализатора 15 уровня и выходные сигналы его триггера )7, что приведет к смене полярности сигналов на управляющих входах и выходе коммутационного элемента !4, а также на управляющем входе фаэочувствительного демодулятора 5, а значит и к изменению полярности его выходного сигнала, к запрещению прохождения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент 18 совпадения на суммирующий вход реверсивного счетчика !2 и к разреше нию прохождения выходных сигналов аналого-цифрового преобразователя 6 через элемент )9 совпадения на вычитающий вход реверсивного счетчика

12. При этом на выходе устройства в регистре 13 будет число, соответстf ( вующее разности напряжений U u Uz для случая U е „, П, — )1г = (е, + Uc)-(е,„- Пс) =

1449913

Составитель 3. Семенчук

Техред МэДидык

Корректор С. Шекмар

Редактор Б, Папп

Заказ 69б3/45 Тираж 772 Подп исно е

ВИИИПИ Государственного комитета rro изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 но и для Uc e ce, т.е. за счет расширения динамического диапазона. Степень расширения составит величину „(-К» ), где К„- коэффициент усиления масштабного усилителя

4, К вЂ” коэффициент усиления анализатора уровня (нуль-органа 1б),т.е. . точность измерения повышается за

1 счет увеличения измеряемого сигнала ! U + е.„(1 Км !Кц ) и, значит, мень шего влияния аддитивнык погрешностей, l как, например, шумы масштабного усили,,теля 4.

;формула изобретения

Устройство для измерения сигналов мостовых датчиков, содержащее две пары клемм для подключения мостового датчика, первая из которых соединена с соответствующими выходами блока пи-qO тания, а вторая пара — с соответствующими входами масштабного усилителя, управляющий вход блока питания соеди- . нен с первым выходом блока управления, источник опорного напряжения, 25 выход которого соединен с входом блока питания и первым входом аналогоцифрового преобразователя, второй вход которого через фазочувствительный демодулятор соединен с выкодом масштабного усилителя., выход тактового генератора соединен с входом блока управления и третьим входом аналогоцифрового преобразователя, второй выход блока управления соединен с управляющим входом цифрового накопителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точн6сти измерения, в него введены анализатор уровня, коммутационный элемент и два элемента совпадения, при этом перrrrrA вход анализатора уровня соединен с выходом фазочувствительного демодулятора, а выход коммутационного элемента соединен с управляющим входом фазочувствительного демодулятора, второй вход анализатора уровня соединен с первым выходом блока управления и первым входом коммутационного элемента, третий вход анализатора уровня соединен с вторым выходом блока управления, первый и второй выходы анализатора уровня соединены соответственно с вторым и третьим входами коммутационного элемента и первыми входами элементов совпадения, вторые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового.преобразователя, выход первого элемента совпадения соединен с суммирующим входом цифрового накопителя, а выход второго с вычитающим входом цифрового накопителя.