Тензометрический преобразователь
Изобретение относится к контрольно-испытательной технике и может быть использованно для тензометрии. Цель - повышение надежности и точности контроля за счет использования в схеме обработки сигналов АЦП со стабильным опорным напряжением. Последнее формируют из напряжения питания диагонали тнзометрического моста. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам преобразования напряжения тензометрического моста в цифровой код, и может быть использовано для измерения деформаций тензорезистивными датчиками в широком диапазоне.
Известно тензометрическое устройство, содержащее блок питания, тензометрический мост с диагональю питания и измерительной диагональю, диагональ питания которого соединена с выходом блока питания, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с измерительной диагональю тензометрического моста, регулируемый усилитель, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, переключатель коэффициента усиления регулируемого усилителя, соединенный с управляющим входом этого усилителя, и аналого-цифровой преобразователь с измерительным и опорным входами. Кроме того, известное устройство содержит блок управления с задающим и стробирующим выходами, управляемый делитель импульсного напряжения, синхронный демодулятор с управляющим входом, фильтр, согласующий усилитель, коммутатор, дополнительный усилитель, дополнительное последовательно соединенные синхронный демодулятор, фильтр и согласующее устройство. Недостатком этого тензометрического устройства является сложность схемы преобразования напряжения тензомоста, недостаточная надежность устройства и точность преобразования, обусловленные наличием большого количества элементов схемы, вносящих дополнительную погрешность. Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства путем упрощения его схемы. Это достигается тем, что в предлагаемом тензометрическом устройстве, блок питания выполнен в виде дифференциального источника постоянного напряжения, имеющего три выхода, первый и третий из которых соединены с диагональю питания тензометрического моста, первый и второй выходы - соответственно с опорным входом и измерительной землей аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя. В результате преобразования сигнала тензомоста по предлагаемому техническому решению на выходе АЦП получают числовое значений кода сигнала Nk, не зависящее от напряжения питания тензомоста и напряжения разбаланса тензомоста Up, т.е. Nк = 2KKусNм (1) где - нормальное напряжение на тензодатчике; Е - модуль упругости; К - коэффициент усиления тензометрического преобразователя; Кус - коэффициент тензочувствительности датчика; Nм - максимальное числовое значение кода АЦП (255 ед.). Известно, что Uр=U где Up - напряжение на выходе тензомоста (напряжение разбаланса); Uп - напряжение питания тензомоста; Rпл - приращение сопротивления плеча тензомоста;Rпл - сопротивление одного плеча тензомоста. В свою очередь известно, что
= K
В случае, когда сопротивления тензодатчиков равны, сопротивление тензомоста и его приращение равны соответственно Rпл и Rпл. Тогда можно записать:
Uр= U Значение напряжения сигнала на выходе усилительного тракта преобразователя Uc можно выразить формулой:
Uc=UрKус=UKус
(2) a Nк = Nm где Uo - опорное напряжение АЦП. В предложенной схеме преобразователя напряжение питания подается на АЦП и используется в качестве опорного, т. е. Uo=Uп/2. В этом случае Nк = Nm, или, подставив значение из (2) получим: Nк = Nm или после упрощения:
Nк = KKусNm
(3)
Таким образом, числовое значение кода на выходе АЦП Nk прямо пропорционально нормальному напряжению на тензодатчике или относительной деформации исследуемого объекта = ( ) и не зависит от напряжения питания и напряжения разбаланса тензомоста. На чертеже изображена схема преобразователя. Предлагаемый тензометрический преобразователь состоит из блока 1 питания с выходами а, б, в, тензометрического моста 2, диагональ питания которого подключена к выходам а и в блока питания, а измерительная диагональ - к входам дифференциального усилителя 3, регулируемого усилителя 4, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 3, а управляющий вход - с выходом переключателя 5 коэффициента усиления, и аналого-цифрового преобразователя 6, опорный вход г которого подключен к выходу а блока питания 1, вход к выходу регулируемого усилителя 4, а вход "Измерительная земля" д - к выходу б блока питания. Тензометрический преобразователь работает следующим образом. Напряжение питания с выходов а и в дифференциального источника постоянного напряжения 1 поступает на диагональ питания тензометрического моста 2, откуда сигнал, вызванный разбалансом последнего, поступает на вход дифференциального усилителя 3 и дальше - на вход регулируемого усилителя 4, коэффициент усиления которого задают положением переключателя 5. С выхода регулируемого усилителя 4 усиленный сигнал поступает на информационный вход е аналого-цифрового преобразователя 6, на опорный вход г которого поступает напряжение с выхода а источника питания. Изменение напряжения питания на выходе дифференциального источника постоянного напряжения вызывает изменение напряжения на питающей диагонали моста, что приводит к соответствующему изменению напряжения на измерительной диагонали моста, а также на выходах дифференциального 3 и регулируемого 4 усилителя. В результате изменяется сигнал на информационном е и на опорном г входах АЦП. Питание тензомоста и опорного входа АЦП постоянным напряжением от дифференциального источника постоянного напряжения обеспечивает высокую стабильность цифрового кода АЦП и высокую точность преобразования сигнала. Простота схемы преобразователя обеспечивает надежность ее в работе.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Способ термокомпенсации тензомоста // 2031355
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использованно в тензометрии
Тензорезистор // 2029229
Фольговый тензорезистор // 2029228
Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано при измерении механических величин, например деформации материалов
Устройство для градуировки тензодатчиков // 2029227
Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано для исследования тензочувствительности тензодатчиков
Изобретение относится к испытытельной технике, в частности к устройствам для измерения поперечных деформаций
Изобретение относится к измерительной технике
Изобретение относится к измерению и контролю напряжений в конструкциях любого типа
Изобретение относится к испытательной технике и имеет целью повышение точности способа определения изгибной жесткости объектов, изготовленных из композиционных материалов
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций конструкций летательных аппаратов при испытаниях на прочность
Многоканальное тензометрическое устройство // 2157961
Изобретение относится к области автоматизации процессов взвешивания, дозирования и испытания материалов
Изобретение относится к средствам измерения динамической деформации, измеряющим динамическое деформируемое состояние инженерных конструкций
Датчик перемещения // 2165068
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, контролирующим перемещение деталей машин, и может быть использовано в системах контроля машинами и оборудованием
Датчик для измерения натяжения анкера // 2169901
Изобретение относится к электрорадиотехнике, а в частности к технологии изготовления прецизионных фольговых резисторов, а также может быть использовано при изготовлении резисторов широкого применения