Четырехплечий измерительный мост

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>991315

Союз Советскик

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к ввт. свид-ву— (22) Заявлено 020231: (21) 3267340/18-21 (ЩМ.Ка.

О 01 В 17У10 сприсоедииеииеакзвявки Ю—

Государственный комитет ссср ио делаи изобретений и открытий (23) Приоритет—

РЗ) УДКб21 ° 317 ° .733(088.8) Опубликовано 23.0133, Бюллетень Йо 3

Дата опубликования описания 230183 (72) Авторы изобретения

В.A. Дмитриев и Г.A. Мигай,),4 -:;.

Р,.

Московский ордена Октябрьской Революции и орде а.

Трудового Красного Знамени институт нефтехимическо)Г.. и газовой промышленности им. И.М. Губкина (71) Заявитель (54) ЧЕТЫРЕХПЛЕЧИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ

Изобретение относится к электролэмерительной технике и может быть использовано для лннеаризации ха- . рактеристики преобразования мостовых параметрических преобразователей, например, при измерении деформаций с помощью тензорезисторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является 10 мостовой преобразователь, содержащий три операционных усилителя, один иэ которых обеспечивает симметричное питание мостового преобразователя,. второй усиливает сигнал разбаланса преобразователя, а третий является сумматором напряжения, источника питания и выходного напряжения усилителя сигнала разбаланса мостового преобразователя (.13.

Недостатками данного устройства являются возможность коррекции нелинейности лишь одного знака, что определяется полярностью подключения входов усилителя сигнала раэбаланса, и дополнительная погрешность эа счет использования трех операционных усилителей, Целью изобретения является повы:шение точности измерений путем устраФ нения составляющей погрешности,связанной с нелинейностью мостоэого датчика.

Указанная цель достигается тем, что в четырехплечем измерительном мосте, каждое плечо которого образовано резистором,содержащем источнию питания, соединенный с одной вер-. шиной диагонали питания моста, и операционный усилитель, в измерительную диагональ моста введен переменный резистор, движок которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход кеторого заземлен, а выход соединен с другой вершиной диагонали питания моста.

На чертеже представлена структурная схема четырехплечего измерительного моста.

Четырехплечий измерительный мост содержит резисторы 1,- 4, величина которых параметрически связана с величиной внешнего измеряемого воздействия, переменный резистор S, включенный s измерительную диагональ моста, и операционный усилитель б, источник 7 питания, движок переменного резистора 5 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя б, неинвертирующнй вход

991315 которого заземлен, а выход подсоедннен к одной иэ вершин диагонали питания моста, другая вершина этой диагонали соединена с источником 7 питания моста, зажимы 8 и 9 для подключения питания моста, зажимы

10 .и 11 для подключения измерительного прибора, Такое включение операционного усилителя б позволяет устранить синфаэный сигнал в вершинах измерительной диагонали мостового преобразователя при большом коэффициенте усиления К этого усилителя. Переменный резистор 5 совместно с операционным усилителем б позволяют питать мост напряжением, зависящим от

его разбаланса, т.е. коэффициент передачи моста становится нелинейно связанным с величиной изменения сопротивления тензорезисторов в его плечах, Величина и знак этой нелинейности однозначно связаны с положением движка переменного резистора 5, и, изменяя сопротивление последнего, можно добиться компенсации нелиней.ности коэффициента передачи моста с резисторами 1 - 4 любого знака.

Для произвольного положения движ ка переменного резистора 5, изменяющегося в пределах 0 < d. < 1 при коэффициенте усиления усилителя б

К -, имеем потенциал в точке 12

Ч6

М --О, тогда потенциал в точке 10 (йа зажиме). (10) 40

R.= Ro,j4+Р(м).й), (3) Предлагаемое устройство поэволяе обеспечить коррекцию нелинейности любого знака, дает возможность повысить точность измерения неэлект-рической величины в различных областях электроиэмерительной техники, бО например в тензометрии при измерении усилий и давлений, а также при измерении температуры. формула изобретения

Четырехплечий измерительный мост, g5 каждое плечо которого образовано (5) коэффициент передачи моста определяют.как

10 11 — <г (8

Зависимость величины сопротивления Р; каждого из плеч моста от внешнего изменяемого воздействия М описывается выражением где R — исходное сопротивление

01 плеча моста при М= 0; р(м) — многочлен чувствительности к вНешнему воздействию.

При относителЬном изменении величины сопротивлений резисторов 1

4 под действием внешнего воздействия

И

Е = — =P() (, (4) дй» о где gR = Ri — Roi °

Пусть p(M)p (guam), где р, Э вЂ” коэффициенты, Такой вид зависимости относительного изменения сопротивления резисторов наиболее. типичен для мостовых датчиков и соответствует параболическому Характеру нелинейности вы5 ходного сигнала моста от величины внешнего воздействия.

Для линейного моста р(м)= р. (б)

Относительное отклонение от линейности для б при условии (5) 0 имеет вид! -„„= м. (7)

Выражение (2) с учетом выражений (1) и (4) преобразуется следующим

15 образом

26 2E, К и

i (8) м 1-е (2d, 1) 1 Рр где $ = 2d.- ..

20 Коэффициент передачи параболически нелинейного моста (4) — (5) в схеме с коррекцией нелинейности вида (8) выглядит так:

25 к„= ри((+умЯ(-<ри(3рмД . () Учитывая, что Я =(М «1, выражение (8) приводит к виду:

К„,=2(зм 8+(у- (ь) м- р (2у- р)-м +

+ (9,„>V- Я < Я 3).>33.

Условием коррекции является равенство т,е, .1

Y (11)

2 2р

При этом скорректированный коэффициент передачи моста выглядит следующим образом:

4 К„, =2)ьМ (1(ум) +(ум) ...) 2рм(1-(ум) ). (nl

Если относительное отклонение от линейности до коррекции составляло величину у M то после коррекции

50 оно равно (уй), т.е. для реальных значений d"„дд- 0,4+1% после коррекции имеем;с, = (О, (6+ () 10 (о..

Составитель В. Семенчук

Редактор И. Николайчук Техред E.Харитончик Корректор М. Коста

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 124/62

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 резистором, содержащий источник питания, соединенный с одной вершиной диагонали питания моста, и операционный усилитель, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения составляющей погрешности, связанной с нелинейностью мостового датчика, в измерительную диагональ моста включен переменный резистор, движок которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заэемлен, а выход соединен с другой верщиной диагонали питания моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., Энергия, 1980, с.125 (прототип).