Преобразователь сигналов мостовых тензорезисторных датчиков

 

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повьшзение точности преобразования. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, усилители 2 и 3 мощности, датчик 4, дифференциальный усилитель 5, состоящий из резисторов 6-10, операционных усилителей 11 и 12 и обратных преобразователей 13 к 14 с образцовыми peзиcтopa fи 15-19, блок 20 сравнения состоит из переключателя 21, усилителя 22 напряжения переменного тока, фазочувствительного выпрямителя 23 и усилителя 24 напряжения постоянного тока, а также генератор 25 и упра.вляеюлй. потенциометр 26. Введение в устройство блока 20 сравнения, обратных преобразователей 13 и 14 и управляемого потенциометра 26 в дифференциальный усилитель 5 и конкретное выполнение обратньос преобразователей и блока сравнения позволяет устранить влияние аддитивной и мультипликативной погрешностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л 1C оо to со J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ш 4 G 01 N 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3700198/24-21 (22) 06. 12. 83 (46) 15. 05. 86. Бкл. У 18 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс и Пензенский политехнический институт (72) Е.П.Осадчий, Ю.С.Плискин, А.П.Ракаев и P.M.Ôåëüäáåðã (53) 620.178.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 989324, кл. G 01 Н 3/06, 1981.

Испытательная техника. Справочник под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1982, 2 с. 439 (прототип). (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ МОСТОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения повышение точности преобразования.

„Л0„, 1231423 А1

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, усилители 2 и 3 мощности, датчик 4, дифференциальный усилитель 5, состоящий из резисторов

6-10, операционных усилителей 11 и

12 и обратных преобразователей 13 и

14 с образцовыми резисторами 15-19, блок 20 сравнения состоит из переключателя 21, усилителя 22 напряжения переменного тока, фазачувствительного выпрямителя 23 и усилителя

24 напряжения постоянного тока, а также генератор 25 и управляемый.потенциометр 26. Введение в устройство блока 20 сравнения, обратных преобразователей 13 и 14 и управляемого потенциометра 26 в дифференциальный усилитель 5 и конкретное:выполнение обратных преобраз;,эателей и блока сравнения позволяет устранить влияние аддитивной и мультипликативной погрешностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1231423

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для преобразования сигналов мостовых тенэорезисторных датчиков.

Целью изобретения является повышение .точности за счет снижения аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя сигналов мостовых тензорезисторных датчиков.

Преобразователь сигналов мостовых тензореэисторных датчиков содержит последовательно соединенные источник

1 опорного .напряжения, первый 2 и второй Э усилители мощности, датчик первый вход которого подключен к выходу. второго усилителя 3 мощности, а второй вход датчика 4 подключен к выходу первого усилителя 2 мощности, дифференциальный усилитель 5, состоящий из пяти резисторов 6-10, первого 11 и второго 12 операционных усилителей (ОУ), первого 13 и второго

14 обратных преобразователей, причем первый обратный преобразователь 13 содержит первый 15 и второй 16 образцовые резисторы, а второй обратный преобразователь 14 содержит третий

17, четвертый 18 и пятый 19 образцовые резисторы, блок 20 сравнения состоит иэ последовательно соединенных переключателя 21, усилителя 22 напряжения переменного тока, фазочувст- вительного выпрямителя 23 и усилителя 24 напряжения постоянного тока, а также генератора 25, своим выходом подключенного к управляющим входам переключателя 21 и фаэочувствительного выпрямителя 23.

Первый резистор 6 первым выводом соединен с первым входом дифференциального усилителя 5, первым выходом датчика 4 и первым выводом первого образцового резистора 15, другим вы-: водом первый резистор б соединен со входом первого операционного усилителя 11, первым выводом третьего резистора 8, который своим вторым выводом соединен с выходом первого. операционного усилителя 11, первым выводом второго резистора 7 и выводами второго !6 и третьего 17 образцовых резисторов.Два других вывода первого 15 и второго 16 образцовых резистора соединены между собой н с первым входом переключателя

2i Второй вывод второго резистора 7 соединен со входом второго операци онного усилителя 12, первыми выводами четвертого 9 и пятого 10 резисто 5 ров, при этом другой вывод пятого резистора 10 соединен со вторым входом дифференциального усилителя 5, вторым выходом датчика 4 и выводом четвертого образцового резистора 18, другой вывод которого соединен с выводами третьего 17 и пятого 19 образцовых резисторов и .вторым входом переключателя 21. Второй вывод четвертого резистора 9 соединен с выводом пятого образцового резистора 19, выходом второго операционного усилителя 12, который соединен с выходом преобразователя.

Выход усилителя 24 соединен со

20 входом управляемого потенциометра

26, который двумя своими выводами подключен к двум управляющим выводам второго операционного усилителя 12.

Преобразователь работает следующим образом.

35 Us о У U 1 о где К - коэффициент передачи датчи 9 ка.

Выходной сигнал первого операционного усилителя (ОУ) 11 равен

U = -U — (1 + — — — ) + е — — -,(1)

К 1 1

Вл R К Р 1

" сопротивление первого

6 и третьего 8 резис= торов; напряжение смещения первого ОУ 11; — коэффициент усиления первого ОУ 11 без обратной связи; где к и Rç

К + Кз

Выходное напряжение второго операциснного усилителя 12 равно

U = V -- -- (— -) » з 1

Вх P R 1 + i/К

Напряжение Uo источника 1 опорного напряжения через усилители 2 и 3 мощности поступает на тензорезисторM ный датчик 4.

Выходные сигналы датчика U „ и

U „ поступают на входы дифференциального усилителя 5

1231423

1 2

Л

К

1 (2) е г 5

R5 — U

6» R

1 где R,, К е

R R

RR+RR+RR

1 4 1 5 4

R, 40 =е ——

2 R

5 (6) 1

U = е

» 1 (3) I

Ц =ег (4) 35

4 при условии R = R б 51

1 ц (U» Ц» ) К5 бх sx К (7) где R, R,, соответственно сопротивления резисторов 9, 10 и 7; коэффициент усиле- >0 ния второго ОУ 12 без обратной связи; напряжение смещения второго ОУ 12; 15

Выходное напряжение первого преоб20 разователя 13, состоящего иэ двух образцовых резисторов 15 и 16 равен! I при условии К вЂ” К, К вЂ” К, ! I где R и R3 — сопротивления образцовых резисторов 4 и 15.

Выходное напряжение второго обратного преобразователя 16, состоящего из образцовых резисторов 17,18 и 19 равен

R — содтветственно со5 противления образ- 40 цовых резисторов

17, 18 и 19, Выходное напряжение обратных преобразователей 13 и 16 поступает на входы блока 20 сравнения. Переклю- 45 чатель 21, управляемый генератором

25, поочередно подключает сигналы

U„ U к входу усилителя 22 напряжения переменного тока, выходной сигнал которого преобразуется фаэо- 50 чувствительным выпрямителем 23, управляемым генератором 25, в напряжение постоянного тока, управляющего через усилитель 24 напряжения постоянного тока, электрически управляе- 55 мым потенциометром 26, который регулирует выходное напряжение второго

ОУ 12 до равенства

В этом случае выражение (2) .1госле

» несложных преобразований принимает вид ь» ь») К

1

И выражения (5) погрешность определяется только образцовыми резисторами обратных преобразователей 13 и 16 и не зависит от К К vP иф

Величина напряжения смещения диф" ференциального усилителя 5, приведенная ко входу, равна

Из выражении (5 и 6) следует,что влияние напряжения смещения первого

ОУ 11 компенсируется полностью, а второго ОУ 12 уменьшается в К /R

5 раз.

Величина коэффициента усиления дифференциального усилителя 5, равная к /R, îeIû÷íî составляет 100—

1000.

Для обеспечения в выражении (6)

Фг = 0 необходимо вход первого ОУ

11 через дополнительный резистор (не

noKasaH) равныи R R /Кг + R динить общей точкой устройства. В этом случае выходное напряжение будет равно

Таким образом, использование данного преобразователя позволяет устранить влияние аддитивной и мультипликативной погрешностей и, как следствие, повысить точность преобразования сигналов .мостовых тензорезисторных датчиков.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Преобразователь сигналов мостовых тензорезисторных датчиков, содержащий последовательно соединенные источник опорного напряжения, первый и второй усилители .мощности, датчик, первый вход которого подключен к выходу второго усилителя мощности, а второй вход подключен к выходу первого усилителя мощности, и дифференциСоставитель В.Смирнов

Редактор А.Долинич Техред В.Кадар

Корректор С.Черни

Заказ 2558/48, Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4, 5

Производственно-полиграфическое предприятие„ г.ужгорг>л, ул.Проектная,4

Э 12314 альный усилитель, состоящий иэ пяти резисторов и двух операционных усилителей, первый выход датчика подключен к первому входу дифференциального усилителя, к которому через первый резистор подключен вход первого операционного усилителя, выход которого через второй резистор подключен ко входу второго операционного усилителя, третий резистор первым выводом подключен ко входу первого операционного усилителя, а вторым выводом — к выходу первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя соединен с выходом преобразователя, а также с первым выводом четвертого реэистора,второй вывод которого подключен ко входу второго операционного усилителя, первый вывод пятого резистора под- 20 ключен ко второму входу дифференциального усилителя и второму выходу датчика, а вторым выводом пятый резистор подключен ко входу второго операционного усилителя, о т л и — . 25 чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения аддитивной и мультипликативной погрешностей, в преобразователь дополнительно введен блок сравнения, а в дифференциальный усилитель— первый и второй обратные преобразователи и управляемый потенциометр,при этом первый обратный преобразователь состоит из первого и второго образ-. цовых резисторов, второй обратный преобразователь содержит третий,четвертый и пятый образцовые резисторы, причем первый вывод первого образцового резистора подключен к первому щ входу дифференциального усилителя, второй вывод первого образцового резистсра соединен с первым выводом вторсго образцового реэис,ора и первым входом блока сравнения, второй вы( вод второго образцового резистора соединен с выходом первого операционного усилителя и с первым выводом третьего обраэцового резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами четвертого и пятого образцовых резисторов и вторым входом блока сравнения, второй вывод четвертого образцового резистора подключен ко второму входу дифференциального усилителя, а второй вывод пятого образцового резистора подключен к выходу второго операционного усилителя, выход блока сравнения подключен ко входу управляемого потенциометра, два вывода которого подключены к двум управляющим выводам установки смещения второго операционного усилителя.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок сравнения содержит последовательно соединенные переключатель, усилитель напряжения переменного тока, фазочувствительный выпрямитель и усилитель напряжения постоянного тока, при этом управляющие входы переключателя и фазочувствительного выпрямителя соединены с выходом генератора, при этом первый вход переключателя является первым входом блока сравнения, второй вход переключателя — вторым входом блока сравнения, а выход усилителя постоянного тока является выходом блока сравнения.