Цифровой тензорезисторный преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с применением тензорезисторных мостовых схем и преобразованием выходного сигнала тензомоста в цифровую форму. Целью изобретения является повышение точности измерения путем введения компенсации температурных погрешностей тензорезисторного моста по разбалансу и тензочувствительности . Для этого тензорезисторный мост включают как одно из плеч вспомогательного моста, на выходе которого получают сигнал, несущий информацию об изменении параметров тензочувствительного моста, что обеспечивает вьщеление полезного сигнала без составляющих температуре ных погрешностей и преобразование полезного сигнала в цифровой код. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ь

6Ы

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3863850/25-28 (22) 06.03.85 (46) 15. 11.86. Бюл. Ф 42 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР (72) Ю.В. Немировский, В.В. Холкин и Ю.И. Шаповалов (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1182411, кл. G 01 К 17/06, 1983 ° (54) ЦИФРОВОИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с применением тензореÄÄSUÄÄ 1270545 А1 (дэ 4 С 01 В 7/16 эисторных мостовых схем и преобразованием выходного сигнала тенэомоста в цифровую форму. Целью изобретения является повышение точности измерения путем введения компенсации температурных погрешностей тензореэисторного моста по разбалансу и тенэочувствительности. Для этого тензорезисторный мост включают как одно

Нз плеч вспомогательного моста, на выходе которого получают сигнал, несущий информацию об изменении параметров тензочувствительного моста, что обеспечивает выделение полезного сигнала без составляющих температурных погрешностей и преобразование полезного сигнала в цифровой код.

1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с применением тензорезисторных мостовых схем и преобразованием выходного сигнала тензомоста в цифровую форму.

Цельк изобретения является повышение точности измерения путем введения компенсации температурной погрешности тензорезисторного моста по разбалансу и по коэффициенту тензочувствительности.

На чертеже представлена функциональная cxeMG цифрового тензорезисторного преобразователя.

Цифровой тензорезисторный преобразователь содержит тензорезисторный мост 1, трансформатор 2 тока, первый вывод первой обмотки 3 которого соединен с первым выводом второй обмотKH 4, ВТороН вывод первой обмотки 3 соединен с первым выводом диагонали питания тензорезисторного моста 1, второй вывод второй обмотки 4 соединен через резистор 5 с вторым BBIBQдом диагонали питания тензорезисторного моста 1 и вторым выводом третьей обмотки б, источник 7 питания, первая выходная клемма которого соединена с первыми выводами первой 3 и второй 4 обмоток трансформатора.

2, а вторая выходная клемма соединена с вторым выводом диагонали питания тензорезисторного моста 1 и заземлена, блок 8 управления, цифроуправляемь««« делитель 9, управляющие входы которого соединены с выходами блока 8 управления, нуль-орган 10, первый вход которого соединен с выходом,ифроуправляемого делителя 9, а выход.соединен с входом блока 8 управления, повторитель 11 напряжения, вход которого соединен с первым выводом третьей обмотки б трансформатора 2, первый делитель 12 напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя 11, пер«зый суммирунлций усилитель 13, первый вкод которого соединен с первой выхоцной клеммой источника 7 питания, второй вход соединен с выходом первого делителя 12, второй делитель 14 напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя 11, второй суммирующий усилитель 15, дифференциаль,ный вход которого соединен с выходI ной диагональю тензорезисторного

10 коэффициенты передачи первого 12 и второго 14 делителей напряжения соответственно; коэффициент передачи повторителя 11 напряжения; входнсе сопротивление повторителя 11 напряже««ия э температурный коэффициент чувствительности тензомоста; температурный коэффициент смещения нуля тензомоста; температурный коэффициент проводимости тензомоста", проводимость тензомоста со стороны питающей диагонали при 01С, де K< Кг

Кп

35 K, — коэффициент, характерМзующий смещение нуля тензомоста при 0 С; и,n — число витков,соответст- . венно первой и третьей

0 обмоток трансформатора, «1«П2 °

Предлагаемь«й преобразователь работает следующим образом.

Тензорезисторный мост 1 запитывается от источника 7 питания напряжением

Е„= Е„Binet (2) Ири воздеиствии давления.P напря50 жение на выкоде измерительной диагонали моста I (;„= Е„Г(1 +48)К -Р +

+ К,(1 + 0 )), (3) 55 где К, — коэффициенг передачи моста при ОС;

Π— температура моста

P - измеряемое давление.

2?0545 з моста 1, второй вход — с выходом второго делителя 14, а выход соединен с вторым входом нуль-органа 10, причем коэффициенты передачи первого

5 12 и.второго 14 делителей напряжения выбраны из соотношений

t270545 живых.|||. Un K> (12) С

1 м м (5) !

g ы о о (6) (8) Со С но.

<+ Gм.с|5 кв|.||.КП К| О

" К„К, 1 (9) = E„(t +

En + П|1д

К1| Р К||| (17) На входах первого 12 и второго

14 делителей напряжения формируется напряжение

П„= Е„(См — Со®в,„— Kn (4) к ю м в .п где С вЂ” проводимость тензорезисторного моста 1 со стороны питающей диагонали

С, — проводимость резистора 5, причем где R — сопротивление тензорезисторм ного моста 1 со стороны пи- 20 тающей диагонали; R — сопротивление резистора 5.

В свою очередь проводимость моста определяется выражением

С„-С„, (t+(()) (7) Проводимость резистора 5 выбирается равной проводимости тензорезисторного моста 1 при нулевой темпера30 туре

На выходах первого 12 и второго 14 делителей напряжения формируются напряжения соответственно:

= ",к К = Еп (С м — С ) Re|| и" (10) и ,45

На вход цифроуправляемого делите ля 9 напряжения в качестве опорного напряжения П поступает напряжение с выхода первого суммирующего усилителя 13, равное алгебраической сум- 50 ме напряжения питания моста Е, и напряжения с первого делителя 12 напряжения:.+ (С„- G.)R,„„„„ K„K,— ) вх.в, и

Напряжение на выходе цифроуправляемого делителя 9 напряжения (на первом входе нуль-органа 10) где K коэффициент передачи цифроуправляемого делителя напряжения.

Напряжение, поступающее на второй вход нуль-органа 10 равно алгебраической сумме напряжений разбаланса моста Ц . и компенсирующего напряжения с второго делителя !4 напряжения

U p,г

+00) K„P + К,(1 +$8)j +

+ En (G„GD ) Rs К„К (13)

М и. || в и

В момент равновесия справедливо соотношение

""|.д. = ""- (14)

Подставляя в (14) выражение (12) с учетом (11), (7) и (8), а также выражение (13) с учетом (7) и (8) и решая его относительно К„, получим, что в момент равновесия коэффициент передачи цифроуправляемого делителя напряжения |н Р(!1С| 0) Ко(! о ЙНа ВКАКр ) 0

Как видно из выражения (15), для компенсации температурных погрешносгей необходимо выполнить условия пъ

КО.Ъ + См.о, | Re .n, Kn —. (16)

Ко с = С„Р. .y К з

Выполнение этих условий обеспечивается определенным выбором элементов устройства. При выборе коэффициентов передачи К и К первого 12 и второго 14 делителей йапряжения из соотношений (1) коэффициент передачи управляемого делителя напряжения К, а следовательнов и кодовый эквивалент N измеряемого давления на зависят от температуры.

В 12

В общем случае как адцитивная составляющая погрешности, характеризуемая величиной, так и мультипликативная составляющая погрешности тензомоста, характеризуемая величинами с и ь, например, для мостовых полупроводниковых тензопреобразова-. телей зависят от температуры нелинейно, но в любом ограниченном диапазоне температур они могут быть с достаточной степенью точности аппроксимированы прямыми.

При практической реализации необходимые данные о величинах температурных коэффициентов проводимости, чувствительности,смещения нуля и проводимос ти при нулевой температуре для конкретных тензомостов берут из справочной или сопроводительной документации или снимают экспериментально,, Выбор элементов устройства можно осуществлять, не привязываясь к проводимости тензомоста при нулевой температуре, хотя практически это наиболее целесообразно, так как при экспериментальных измерениях G, точка О С наиболее легко воспроизводима. В качестве точки привязки может быть взята, например, середина температурного диапазона, в котором производятся измерения. В этом случае может быть получено дополнительное снижение погрешности в заданном диапазоне температур за счет более точной аппроксимации зависимостей температурных коэффициентов, При применении устройства для многоканальных измерений коммутатор может быть включен между масштабными делителями напряжения и суммирующими усилителями, при этом практически исключается влияние на точность измерения сопротивлений соединительных проводов и коммутирующих элементов, Использование изобретения позволяет увеличить точность измерения за счет более полной компенсации температурной погрешности тензорезисторного моста как по изменению чувствительности, так и по смещению нулевой точки в функции температуры и снизить трудоемкость настройки цифрового,гензопреобразователя.

70545 Ь ный мост, трансформатор тока, первый вывод первой обмотки которого соединен с первым выводом второй обмотки, второй вывод первой обмотки соединен с первым выводом диагонали питания тензорезисторного моста, второй вывод второй обмотки через резистор соединен с вторым выводом диагонали питания тензорезисторного моста и

1п вторым выводом третьей обмотки, источник питания тензорезисторного моста, первая :.;:лходная клемма которого соединена с первым выводами первой и второй обмоток трансформатора, а вторая выходная клемма соединена с вторым выводом диагонали питания и заземлена, блок управления, цифроуправляемыи делитель, управляющие входы которого соединены с выходами блока управления, нуль-орган, первый вход которого соединен с выходом цифроуправляемого делителя, а выход соединен с входом блока управления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с

» целью повышения точности путем компенсации температурной погрешности, он оснащен повторителем напряжения

t вход которого соединен с первым выводом третьей обмотки трансформатора, первым делителем напряжения, вход которого соединен с выхоцом повторителя напряжения, первым суммирующим усилителем, первый вход которого соединен с первой выходной клеммой источника питания, второй вход— с выходом первого делителя напряжения, а выход соединен с входом цифроугравляемого делителя, вторым делителем напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, и вторым суммирующим усилителем, дифференциальный вхоц которого соединен с выходной диагональю тензорезисторного моста второй вход — с

45 выходом второго делителя а выход сое динен с вторым входом нуль-органа ь при этом коэффициенты передачи первого и второго делителей напряжений выбирают из соотношений

K с и, K("- — Ъ ) и, .а, 3 1 - ьх.в. Км.пз

Формула изобретения »

Цифровой тензорезисторный преобразователь, содержащий тензорезисторгде К,, К вЂ” коэффициенты передачи соответственно первого и второго делителей напряжения;

1270545

Ко

См.о. п sn3

К ь

Составитель В.Заикин

Техред Л.Сердюкова Корректор:Л.Пилипенко

Редактор А.Лежнина

Заказ 6229/40 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, о температурный коэффициентнувствительности тензорезисторного моста, температурный коэ4фици- 5 циент проводимости тензорезисторного моста, температурный коэффициент смещения нуля тензорезисторного моста, коэффициент, характеризующий смещение нуля тензорезисторного моста при нулевой температуре, — коэффициент передачи повторителя напряжения входное сопротивление повторителя напряжения; — проводимость тензорезистОрнОГО мОста IIpH нулевой температуре; — число витков соответственно первой и третьей обмоток трансформатора тока.