Способ измерения сигнала мостовой схемы тензодатчика

 

Изобретение относится к области измерения и преобразования сигнала тензорезисторных датчиков. Целью изобретения является повышение, точно- , сти измерения и распшрение функциональных розможностей устройства. Применение предлагаемого способа основано на изменении режима мостовой схемы 1, синхронного управления демодулятором 4 и ключами блока 7 ключей. Обеспечивается компенсация влияния дрейфа нуля и термо-ЭДС входных цепей. с Усредняются параметры тензорезисторов ел и информация об этом содержится в выходном сигнале В. Это обуславливает повьшение точности измерения механи- Nd О) СП Од 1С Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3864656/24-21 (22) 11.03.85 (46) 23.10.86. Бюл. Р 39 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) А.А.Цывин, M.Ì.Ïàðôåíoâ, И.А.Макаров и Л.М.Кузнецов (53) 621 ° 317.733: 681.2.084 (088 ° 8) (56) Полонников Д.E. Электронные усилители автоматических компенсаторов.—

M.: Физматгиз, 1960, с. 234-243, рис. 101.

Анализ современного состояния и перспективы развития вторичных преобразователей для тензорезисторных датчиков. Сер. ТС-7, ЦНИИТЭИПриборостроения. — N.: 1978, с. 21-22, рис.9.

„„SU„„1265623 (51)4 С 01 К 17/10, Ñ 01 В 7/16, Н 03 К 17/16 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛА МОСТОВОИ СХЕМЫ ТЕНЗОДАТЧИКА (57) Изобретение относится к области измерения н преобразования сигнала тензорезисторных датчиков. Целью изобретения является повышение точно-, сти измерения и расширение функциональных возможностей устройства. Применение предлагаемого способа основано на изменении режима мостовой схемы

1, синхронного управления демодулятором 4 н ключами блока 7 ключей. Обеспечивается компенсация влияния дрейфа нуля и термо-ЭДС входных цепей.

Я

Усредняются параметры тензорезисторов .и информация об этом содержится в выходном сигнале 8. Это обуславливает повышение точности измерения механи- С

1265623

Изобретение относится к области измерения и преобразования сигнала тенэорезисторных датчиков.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исключения 5 влияния термо-ЗДС и устранения смещения по постоянному току от влияния утечек и расширение функциональных возможностей за счет измерения разбаланса от влияния разброса сопротив- 10 лений мостовой схемы тензодатчика.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема одновременной коммутации напряжения питания и выходного сигнала

15 тензодатчика в различные моменты; на фиг,2 — временные диаграммы напряжения питания, выходного сигнала датчика, напряжение демодуляции и напряжение генератора, на фиг.3 — принципи20 альная схема для реализации способа измерения сигнала мостовой схемы тензодатчика, где обозначены.

Схема для реализации предлагаемого способа содержит мостовую схему 1

2S тензодатчика, источник 2 питания, усилитель 3 сигнала разбаланса переменного тока, демодулятор 4, управляющий генератор 5, счетчик-распределитель 6, блок 7 ключей, среднее значение выходного сигнала 8, выходной

30 сигнал 9 пульсаций, тензорезистор 10, сопротивление которого увеличивается и тензорезистор 11, сопротивление которого уменьшается.

Способ реализуется следующим обра- З5 зом.

При переключении напряжения источника 2 питания (фиг.2а) мостовой схемы 1 тензодатчика (что соответствует условному повороту моста тенэореэис- 40 торов против часовой стрелки, как показано на фиг ° 1) с одновременной коммутацией цепей измерения тензореэисторы 11 моста, работающие на сжатие (со знаком "-") и тензорезисторы 10, работающие на растяжение (со знаком

"+"), последовательно переключаются при одновременном изменении их полярности, в результате чего выходной сигнал меняет полярность (фиг.2б).

После усиления и синхронной демодуляции выходной сигнал демодулятора

4 становится однополярным (фиг.2в), т.е. выпрямляется.

Выходной сигнал мостовой схемы тензодатчика определяется из выражения:

)„

R+ R, »

a R )

Rà

U = Е цЫ» иит

«Е2,, (К

4 R, где R„, R2 R> + Rz

2 3

2» ькэ» два

Е пит

Если

4К д

Rç (1) сводится к виду то выражение ии1 R сР

Ьых ческой нагрузки почти в 2 раза. Информация о механической нагрузке содержится в выходном сигнале, среднее значение которого измеряют с помощью гальванометра или вольтметра ФЗО. Устройство, реализующее данный способ содержит: источник 2 питания, усилитель 3 переменного тока, демодулятор

4, управляющий генератор 5, счетчик-, распределитель 6. Преимущество данного способа заключается в расширении функциональных возможностей, которые обеспечиваются за счет возможности измерения пульсаций, что позволяет определять разброс сопротивлений внутри моста и, тем самым, произво-, дить оценку качества тенэодатчиков и их разбраковку. 3 ил. — сопротивления тензорезисторов при отсутствии деформации; — изменения сопротивлений тензорезисторов при воздействии деформации; — напряжение источника питания.

1265623

В реальной мостовой схеме сопротивления тензорезисторов R, — R, отли- . чаются по величине, поэтому в каждом положении блока ключей выходной сигнал мостовой схемы будет состоять из 5 среднего значения, постоянного для данной нагрузки, и пульсаций, которые характеризуют величину разброса сопротивлений тензорезисторов внутри моста относительно усредненного сопротивления К, .

Среднее значение выходного сигнала

8, определяющее механическую нагрузку на тензодатчик, измеряют с помощью гальванометра или вольтметра ФЗО, а величину выходного сигнала пульсаций

9, определяющую разбаланс от влияния разброса тензорезисторов моста, измеряют с помощью вольтметра переменного тока, например Ф 219. 20

Применение предлагаемого способа преобразования более подробно иллюстрируется на принципиальной схеме, показанной на фиг.3. Схема работает следующим образом.

Напряжение с.источника 2 питания подается с помощью восьми ключей блока 7 (одновременно включаются только два ключа блока 7) на мостовую схему Зб

1. Выходной сигнал мостовой схемы 1 через восемь ключей (из которых одновременно включены два ключа) подается на вход усилителя 3 переменного тока, Далее сигнал выпрямляется демо-35 дулятором 4 и формирует однополярный выходной сигнал 8 ° Управление синхронной работой блока 7, ключей и демодулятора 4 осуществляется управляющим генератором 5 (фиг.2г). Счетчик- 40 распределитель б осуществляет последовательное включение ключей блока 7.

Следовательно, при применении предлагаемого способа преобразования, основанного на изменении режима рабо-45 ты мостовой схемы 1 и синхронного управления демодулятором 4 и ключами блока 7 ключей, обеспечивается компенсация влияния дрейфа нуля и термоЭДС входных цепей, усредняются пара- о метры тенэорезисторов и информация об этом содержится в выходном сигнале 8.

Таким образом, среднее значение выходного сигнала определяет информацию о механической нагРузке, а вели- чика пульсаций е определяет степень идентичности тенэорезисторов. ПульсаI ции могут быть отфильтрованы и их величина выведена на устройство индикации (на фиг.3 не показано), например, с помощью вольтметра Ф 219.

Преимущества предлагаемого способа заключаются в повышении точности измерений механической нагрузки как минимум в два раза в сравнении с известными и, следовательно, в повышении точности устройств, где используется предлагаемый способ, например, в технологических процессах, взвешивании, дозировании и т.п., а также в расширении функциональных возможностей, которые обеспечиваются за счет воэможности измерения пульсаций, что позволяет определять разброс сопротивлений внутри моста и тем самым производить оценку качества тензодатчиков и их разбраковку. Это позволяет скорректировать технологический процесс изготовления и регулировки номиналов тензорезисторов, а также оптимизировать технологический процесс наклейки тензорезисторов на упругие элементы датчиков.

Фо р мула и з об р е т е ни я

Способ измерения сигнала мостовой схемы тенэодатчика, основанный на коммутации цепей питания и измерения, усилении и демодуляции выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения влияния термоЭДС и устранения смещения по постоянному току от влияния утечек и расширения функциональных возможностей за счет измерения разбаланса от влияния разброса сопротивлений мостовой схемы датчика, цепи питания и измерения выходногo сигнала подключаются одновременно к выводам мостовой схемы на четыре такта, в каждом из которых выводы мостовой схемы заменяются на смежные в одном иэ выбранных направлений переключения, а демодуляция выходного сигнала производится синхронно с коммутацией мостовой схемы по четырем тактам, при этом по среднему (действующему) значению выходного сигнала определяют. измеряемый сигнал, а по величине переменного напряжения (пульсациям) определяют влияние разброса сопротивления тензореэисторов мостовой схемы.

1265623

Составитель В.Семенчук

Техред И.Попович Корректор Л.Патай

Редактор Н.Яцола

Заказ 5656/39 Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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