Преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ , содержащий измерительный и комперсационный мосты,причем измерительный мост ягзляется одним из плеч компенсационного моста, диагональ питания которого соединена с зправляемым чс очником питания, измерительная диагональ соединена с корректирующим блоком, выход измерительного моста соединен с входом блока преобразования импенданса в выходной сигнал, отличающийся тем. что, с целью повышения точности за счет обеспечения независимости исключения воздействий двух дестабилизирующих факторов, введены две пары регулируемых делителей, масштабирующий блок, нагрузочный резистор и регулируемая мостовая схема, причем корректирующий блок вьшолнен с дифференциальными выходами, а блок преобразования импеданса в выходной сигнал содержит блок смещения характеристики и блок изменения крутизны, причем выходы регулируемых делителей соединены с блоком смещения характеристики , блоком изменения крутизны и управляемым источником питания, управляющие входы которого соединены с (Л одной из диагоналей регулируемой-мостовой схемы, другая диагональ которой соединена с выходом масштабиругацего блока, а выходы регулируемых делителей соединены с выходами корректирующего блока, управлякяций вход блока изменения крутизны соединен с to выходом масштабирующего блока, соединенного с нагрузочным резистором, а входы последних соединены с выхоо дом блока преобразования импеданса О5 в выходной сигнал.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1074206

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3233816/18-21 (22) 04.01.81 (46) 07.12.86. Бюл. 9 45 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) Л.М. Рабинович, А.Я. Юровский, 10.N. Бродкин, В.А. Пугинский, Г.Г. Иордан, В.И. Сердюков, В.К.Суходолец, Г.В. Тихонова и Г.М. Голикова (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 430277, кл. G 01 В 7/18, 1972.

Авторское свидетельство СССР

Р 682755, кл. С 01 В 7/18, 1979. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий измерительный и компенсационный мосты, причем измерительный мост является одним из плеч компенсационного моста, диагональ питания которого соединена с управляемым источником питания, измерительная диагональ соединена с корректирующим блоком, выход измерительного моста соединен с входом блока преобразования импенданса в выходной сигнал, отличающийся тем, (Я) 4 G 01 В 7/18 G 01 Ь 9/02 чт о, с целью новышения точности за счет обеспечения независимости исключения воздействий двух дестабилизируняцих факторов, введены две пары регулируемых делителей, масштабирующий блок, нагрузочный резистор и ре.гулируемая мостовая схема, причем корректирукщий блок выполнен с дифференциальными выходами, а блок пре- образования импеданса в выходной сигнал содержит блок смещения характе-.. ристики и блок изменения крутизны, причем выходы регулируемых делителей соединены с блоком смещения характеристики, блоком изменения крутизны и,д управляемым источником питания, уп- Е равляющие входы которого соединены с ур одной из диагоналей регулируемой мостовой схемы, другая диагональ которой соединена с выходом масштабируницего блока, а выходы регулируемых Я делителей соединены с выходами корректирующего блока, управляющий вход блока изменения крутизны соединен с выходом масштабирующего блока, соеди- >фЬ ненного с нагрузочным резистором, ф, ) а входы последних соединены с выходом блока преобразования импеданса в выходной сигнал.

206

Ф 1074

Изобретение относится к .измерительной технике и может быть примеHpно, например, в датчиках теплоэнергетических параметров (с преобразователями перемещения, деформации, силы 5 и др.) с электрическим BbIxopHbIM сигналом.

Известно устройство, содержащее измерительную и компенсационную мостовые схемы, диагонали питания которых соединены с управляемым источником питания, выход измерительной мостовой схемы подключен к входу преобразователя импеданса в унифицированный сигнал, а выход компенсационной мостовой схемы — к входу корректирующего преобразователя.

Недостатком этого устройства являются невысокие точность и технологичность настройки, обусловленные взаимозависимостью масштабирования термокомпенсирующих воздействий на значения нуля и диапазона.

Известно также устройство, содержащее измерительную и компенсационную мостовые схемы, причем измерительная мостовая схема является одним из плеч компенсационной мостовой схемы, диагональ питания которой соединена с источником питания, а изме- ЗО рительная диагональ- с машстабирующим усилителем, корректирующий блок, выход которого соединен с одним из входов сумматора (входной блок преобразователя импеданса в выходной сиг- 35 нал), другие входы которого соединены с выходом измерительной мостовой схемы, а выход сумматора соединен с . входом усилителя.

Недостатком этого устройства явля- 40 ется невозможность независимого регулированя погрешностей от воздействия других внешних факторов.

Цель изобретения — повышение точности измерений Йутем обеспечения 45 независимости регулировок при исключении воздействий от двух дестабилизируюпп х факторов.

С этой целью в устройство, содержащее измерительный и компенсационный 5п мост, причем измерительный мост является одним из плеч компенсационного моста, диагональ питания которого соединена с управляемым источником питания, измерительная диагональ соеди- 55 кена с корректирующим блоком, выход измерительного моста соединен с входом блока преобразования импеданса в выходной сигнал, введены две пары регулируемых делителей, масштабирующий блок, нагрузочный резистор и регулируемая мостовая схема, причем корректирующий блок выполнен с дифференциальными выходами, а блок преобразования импеданса в выходной сиг-, нал содержит блок смещения характеристики и блок изменения крутизны, причем выходы регулируемых делителей ,соединены"с блоком смещения характеристики, блоком изменения крутизны и управляемым источником питания, управляющие входы которого соединены с одной из диагоналей регулируемой мостовой схемы, другая диагональ которой соединена с выходами масштабирующего блока, входы регулируемых делителей соединены с выходом корректирующего блока, управляющий вход блока изменения крутизнь! соединен с выходом масштабирующего блока, соединенного снагрузочным резистором, а входы последних соединены с выходами блока преобразования импеданса в выходной сигнал.

На чертеже представлена структурйая схема преобразователя.

Преобразователь -содержит управляемый источник 1 питания (напряжения или, тока), выходы которого под- . ключены к диагонали питания компенсационного моста 2, в котором импеданс элементов Z1-Z3 не зависит от измеряемого параметра и одним из плеч которого является измерительный мост 3, элементы которого Z4-Z7 изменяют импеданс при изменении неэлектрической величины. Выход компенсационного моста <2 подключен к входу корректирующего блока 4 с дифференциальными выходами. Выход измерительного моста 3 подключен к входу блока

S преобразования импеданса в выходной унифицированный сигнал, которьпЪ содержит блок б смещения характеристики и блок 7 изменения крутизны. К дифференциальным выходам корректирующего блока подключены регулируемые делители 8 и 9, а выходы делителей подключены к управляющим входам источника 1 питания, блока 6 смещения характеристики и блока 7 изменения крутизны.

В выходную цепь блока 5 преобразования импеданса включены нагрузочный резистор 10 и масштабирующий блок 11,,выход которого подключен к регулируез 074 мой диагонали мостовой схемы 12, дру-. гая диагональ которой подключена к . управляющим входам источника 1 питания.

В случае, когда используется блок

7 изменения крутизны, к его управляющим входам подключается хотя бы один из выходов регулируемых делителей 8 и 9 и выход масштабирующего блока 11. 10

В преобразователе для коррекции погрешностей выходной характеристики от воздействия дестабилизирующих факторов используется связь, существующая между величиной импеданса измери-15 тельного моста, диапазоном изменения импедансов и начальным (нулевым) разбалансом импеданса элементов моста.

В числе дестабилизирующих факто- 20 ров могут быть температура, электромагнитное поле и другие, при воздействии которых изменяются импедансы элементов измерительного моста.

Устройство работает следующим об- 5 разом.

Блок 5 преобразования импеданса масштабирован таким образом, что заданному изменению измеряемого параметра, вызывающему изменение импедан-30 сов измерительного моста 3, соответствует заданное изменение выходного сигнала в нагрузочном резисторе 10.

При начальном значении измеряемого параметра. при помощи блока 6 сме- З5 щения характеристики выходной сигнал преобразователя устанавливается в заданное начальное (нулевое) значение.

Компенсационный мост 2 сбалансирован таким образом, что сигналы на 40 дифференциальных выходах корректиру.ющего блока 4 равны. Компенсационный мост .2 выполнен так, что воздействие одного дестабилизирующего фактора вызывает синфазное изменение выходного 45 сигнала корректирующего блока 4, а второго — дифференциальное изменение выходного сигнала корректирующего блока 4.

Согласование регулируемых делите- 50 лей 8 и 9, масштабирующих синфазное изменение выходного сигнала корректирующего блока 4 с входами блоков 6 смещения характеристики, источника 1 йитания и блока 7 изменения крутизны 55 обеспечивает работу в режиме источника тока, а согласование делителей

8-1, 9-1, масштабирующих дифференци206 альное изменение выходного сигнала блока 4 со входами блоков 1 6 и 7, обеспечивает работу в режиме источника напряжения.

При воздействии дестабилизирующего фактора, изменяющего импеданс измерительного моста 3, на выходе компенсационного моста 2 и, следовательно, на выходах корректирующего преобразователя 4 появится сигнал, величина и фаза которого однозначно связаны с величиной и направлением изменения импеданса измерительного моста 3.

На выходах регулируемых делителей величина и фаза сигнала будут зависеть от выбранного коэффициента деления, т.е. могут изменяться в пределах от величины и фазы сигнала на одном дифференциальном выходе до величины и фазы сигнала на другом, переходя через нейтральное положение при коэффициенте деления К > = 0,5.

Сигналы с выходов регулируемых делителей 8 и 9. воздействуют на управляющие входы блоков 1 6 и .7, влияющих на параметры выходной характеристики таким образом, что компенсируют уходы этих параметров под воздействием какого-либо дестабилизирующего актора.

Изменение положения характеристики (уход нуля) компенсируется воздействи-. ем сигналов с выходов делителей 8 на блок б смещения характеристики.

Изменение диапазона выходного сиг-. нала и нелинейность компенсируются воздействием сигналов с выходов делителей 9 на управляемый источник 1 питания или блок 7 изменения крутизны характеристики.

Преимущество использования блока

7 при управлении крутизной характеристики обусловлено меньшими. изменениями мощности, потребляемой измерительным преобразователем в целом, так как режим питания измерительного моста остается при этом неизменным, В общем случае необходимость наличия делителя и характер его согласования с входом корректируемого блока определяется наличием дестабилизирующего воздействия на параметр характеристики (ноль или диапазон) и характером изменения при этом выходного сигнала корректирующего блока 4 (синфазного или дифференциального)..

206

Корректор M. Пожо

Техред В.Кадар, Редактор С. Титова

Тираж 670 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6590/1

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

S 1074

В случаях, когда нет необходимос- ти в компенсации каких-либо составляющих погрешности от воздействия дестабилизирующих факторов, соответствующие регулируемые делители и свя- зи могут быть исключены и схема .упрощается. Например, если один из дестабилизирующих факторов вызывает только мультипликативную погрешность и определяет синфазное изменение вы- tO ходного сигнала блока 4, а другой дестабилизирующий фактор вызывает только яддитивную погрешность и определяет дифференциальное изменение выходного сигнала блока 4, то требу-. !5 ются только делители 8-1 и 9.

Компенсация нелинейности путем соединения одного из выходов регулируемых делителей с управляющими входами блоков 1 или 7 возможна лишь в 20 тех случаях, когда изменение измеряемого параметра вызывает существенное изменение импеданса моста 3. Такое изменение возможно, если элементы полумостов (Z4-Z5, Z6-Z7) изменяются по величине неодинаково или изменяющейся парой явЛяются "диагональные" элементы Z5-Z6, Z4-Z7.

Поэтому для случая, когда изменения импедансов элементов дифференци- 30 альны и хорошо сбалансированны по величине, в преобразователе для коррекции нелинейности вводится связь между масштабирующим блоком l1, включенным в цепи выходного сигнала, через регулируемую мостовую схему 12 с источником 1 питания или блоком

7 изменения крутизны.

Применение мостовой схемы 12, регулируемый вход которой подключен к вьгходу масштабирующего блока 11, обеспечивает изменение величины и знака корректирующего воздействия на нелинейность без переключения элеменI тов схемы.

Таким образом, в предложенном преобразователе благодаря отсутствию» в мостах элементов масштабирования величины коррекции исключается воздействие положения регулировочных элементов на значения нуля и диапазона при отсутствии дестабилизирующих воздействий, что приводит к повышению точности и технологичности настроечных операций.

Повышение точности обеспечивается независимой регулировкой воздействия от двух дестабилизирующих факторов, а также за счет компенсации нелинейности, что достигается введением в преобразователи регулируемой мостовой схемы, а также наличием блока 7 изменения крутизны в преобразователе импеданса в выходной сигнал,