Устройство для измерения динамических деформаций

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ. Союз Советских

Социалистических

Республик

/б-"- г

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву в 894340. (22) Заявлено 051280 (21) 3213165/25-28 15т) М. Кт1.з с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетG 01 В 7/16

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 231082.Бюллетень ¹ 39 133) УДК 531. 781..2 (088. 8) Дата опубликования описания 23 ° 10. 82 (72) Автор: изобретения

В.Н. Покрышкин (71) Заявитель

t (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ДЕФОРМАЦИЙ

Изобретение относится к измерительной технике.

По основному авт. св. Р 894340 известно устройство для измерения динамических деформаций, содержащее измерительные каналы, каждый .из ко" торых выполнен в виде последователь- но соединенных источников тока, подключенного к источнику питания бу» ферного резистора и усилителя, а также генератор градуировочного на.пряжения, переключатель и разделительный трансформатор.

Каждый из источников тока содер-. жит операционный усилитель, выход: которОго связан со входом эммитерного повторителя, выполненного на биполярном транзисторе и транзисторе, включенном в эмиттерную цепь транзистора. Выход эмиттерного повто рителя соединен с ннвертирующим входом усилителя. Неинвертирующие вхо-. ды усилителей связаны через вторичную обмотку разделительного транс-. форматора с одной иэ клемм общего для источников тока опорного элемента, другая клемма опорного элемента соединена с общей шиной устройства, а первичная обмотка разделительного трансформатора через переключатель

I соединена с генератором градуировочного напряжения. Ток питания тензорезистора устанавливается выбором постоянного напряжения опорно- го элемента (13.

Недостатком данного .устройства являетсэ низкая чувствительность измерительных каналов при пониженном напряжении источника питания, к ко,торому подключаются буферные резисто-. ры.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. за счет обеспечения его работы при

:.пониженном напряжении источника питания.

Эта цель достигается тем, что каждый источник тока снабжен добавочным транзистором, токозадающим ре.зйстором и цепью смещения, образованной полупроводниковым стабилитроном, подключенным к источнику пита-. ния, и балластным резистором, подключенным к общей шине, и соединенными между собой и с базой добавочного транзистора, эмиттер которого соединен через токозадающий резистор с источником питания, а коллектор - с тензорезистором.

9б8594

При этом добавочный транзистор имеет структуру, обратную структуре основного транзистора.

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для измерения динамической деформации содержит измерительные каналы, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных источников 1 тока, буферного резистора 2 и усилителя 3, подключенных к клеммам источника пита)ния, генератор 4 градуировочного напряжения, переключатель 5 и разделительный трансформатор б. Каждый из источников 1 тока содержит операционный усилитель 7, выход которого связан с входом эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе 8, в эмиттерную цепь которого включен тензорезистор 9, эмиттер транзистора 8 дополнительно связан с инвертирующим входом усилителя 7 и коллектором добавочного транзистора 10, имеющего р-п-р-структуру, обратную и-р-и-структуре транзистора 8. База транзистора 10 подключена к цепи смещения в точке соединения образующих ее полупроводникового стабилитрона 11, подключенного к источнику питания, и балластного резистора 12, подключенного к общей шине устройства, а эмиттер транзистора 10 соединен через токозадающий резистор 13 с клеммой источника питания.

10 (3) E - Е - 0к

+ Ы

30 где Е„ — постоянное напряжение источника питания.;

U з — напряжение на коллекторе кэ транзистора 8, З5 выражение для чувствительности измерительного канала приобретает вид

Еп - Е - 0кэ 5,5 (4)

$Е- !+ьа у 1

40 а ее максимальное значение 5Е, будет равно

Еп Е - Окэ „ (5)

< ах 1 + S

45 где U . — минимально допустимое кэвin значение напряжения на коллекторе транзисто.ра 8.

Сопротивление буферного резисто" ра 2 равно (б) где Еп

55 Е

Ui360 3

65,.

Неинвертирующие входы усилите-. лей 7 связаны через. вторичную обмотку разделительного трансформатора б с одной из клемм общего. для источников 1 тока опорного элемента 14, другая клемма опорного элемента 14 соединена с общей шиной устройства, а первичная обмотка разделительного трансформатора б через переключатель 5 соединена с генератором 4 градуировочного напряжения. Ток питания тензорезистора 9 устанавливается выбором постоянного напряжения опорного элемента 14 и представляет собой сумму эммитерного тока транзистора 8 и коллекторного тока добавочного транзистора 10.

Устройство работает следующим образом.

Пред измерениями проводится градуировка всех измерительных каналов. Для этого градуировочное напряжение от генератора 4 градуировочного напряжения подается через переключатель 5 и разделительный транс" форматор б на неинвертирующие входы .операционных усилителей 7. Затем с помощью переключателя 5 генератор 4 градуировочного напряжения отключается и начинается рабочий процесс измерения динамических деформаций.

Выходной сигнал измерительного канала определяется выражением

0 ых 1 йб ЕБ5у, (1) где S - чувствительность тензорезистора 9.;

S„ - коэффициент усиления усилителя 3„.

Rg - сопротивление буферного резистора 2;

3 — ток питания тензорезистора 9;

- относительная деформация.

Чувствительность измерительного канала определяется выражением

)5 5 - — ф "— - ) R>SS„, (2) где ьб - изменение входной измеряе" мой величины относительной деформации ь0 8 — изменение сигнала измерительной, информации на выходе устройства, соответствующее изменению аб входной величины.

Принимая во внимание, что входя-. щее в выражение (2) сопротивление буферного резистора 2 удовлетворяет соотношение постоянное напряжение источника 1 питания; постоянное напряжение опорного элемента 14; напряжение на коллек)торе транзистора 8; ток питания тензорезистора 9; отношение эммитерного тока

J основного транзистора 8 к току 3 питания тензорезистора 9;

968594

S - чувствительность тензорезистора 9;

Š— относительная деформация.

Входящее в знаменатель выражения (3) слагаемое равно

"ст "6 <3

R (8) где 0 - напряжение стабилизации стабилитрона 11;

0 6 — падение напряжения на переходе эммитер - база добавочного транзистора 10;

R — сопротивление.токозадающеro резистора 13.

Принимая во внимание, что выходной сигнал измерительного канала оп.ределяется выражением (1), чувствительность измерительного канала с учетом выражений (2) и (6) можно записать как

Еп - Е - Ugq 5 S, (9) .а- ° +5 У

1 а ее максимальное значение 5Е „ равно

E - E - U@a оS

+ SE

ФФ

Втаб

31 (7) 2 где 3„ — коллекторный ток добавочного транзистора 10.

В свою очередь, коллекторный ток цобавочного транзистора 10 устанав° ливается с помощью токозадающего резистора 13 согласно условию

Как следует из сравнения выражений (5) и (10)„чувствительность изме- рительного канала повышается в .

i+ k

Таким образом, предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью измерительных каналов, которая. гарантирует нормальную ра-!

О боту устройства при понижении напряжения источника питания.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамических деформаций по авт.св. В 894340, )5 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, каждый источник тока снабжен добавочньм транзистором, токозадающим резистором и цепью смещения, обра-. зованной полупроводниковым стабилитроном, подключенным к источнику питания, и балластным резистором, подключенным к общей шине, и соединен" ными между собой и с базой добавочного транзистора, эммитер которого соединен через токозадающий р ззистор с источником питания, а коллектор - с тензорезистором.

2. Устройство по п. 1, о т л M .ч а ю щ е е с я тем, что.добавочный .транзистор имеет структуру, обратную структуре основного транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 894340, кл. G 01 В 7/16, .1980.