Способ преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал и преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании новых образцов тензометрической аппаратуры на несущей частоте. Цель изобретения - повышение точности преобразования путем повышения стабильности и устойчивости цепей питания тензометрического моста напряжением обратной связи. Это достигается тем, что напряжение питания измерительного моста формируют путем суммирования напряжения задающего генератора, модулированной несущей частоты и усиленной разности средних значений выпрямленных напряжений на задающем генераторе и активной составляющей напряжения на измерительном мосте. При этом стабильность цепей питания измерительного моста определяется реализованным коэффициентом усиления, а устойчивость - процессом демодуляции - модуляции в виде обратной связи по среднему значению активной составляющей питающего напряжения. Для реализации способа в известный преобразователь введены два идентичных компенсирующих блока, включенных в цепи питания измерительного моста. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) SU(II) (51) 4 G 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4238521/24-21 (22), 30.04,87 (46) 23,11,89, Бюл. Р 43 (72) Н .И.Морозов и А .В .Вялков (53) 621.317.733 (088.8) (56) Хорна О, Тензометрические мосты. М-Л.: ТЭИ, 1962, с. 170.

Messtechnische bri efe, Ig 12, 1976, Heft 1, S. 5-9. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

СИГНАЛ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

СИГНАЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании новых образцов тензометрической аппаратуры на несущей частоте. Цель изобретения — повышение точности преобразования путем повышения стабильности и устойчивости цепей питания тензометрического

Изобретение относит .я к измерительной технике и может быть использовано при создании полых образцов тензометрической аппаратуры на несущей частоте.

Целью изобретения является повышение точности преобразования путем повышения стабильности и устойчивости цепей питания тензометрическогo моста напряжением обратной связи.

На фиг,1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 — схема варианта устройства при включении измерительного моста с трансформаторной развязкой; на

2 моста напряжением обратной связи.

Это достигается тем, что напряжение питания измерительного моста формируют путем суммирования напряжения задающего генератора, модулированной несущей частоты и усиленной разности средних значений выпрямленных напряжений на задающем генераторе и активной составляющей напряжения на измерительном моста. При этом стабильность цепей питания измерительного моста определяется реализованным коэффициентом усиления, а устойчивост. — процессом демодуляции-модуляции в виде обратной связи по среднему значению активной составляющей питающего напряжения. Для реализации способа в известный преобразователь введены два идентичных компенсирующих блока, включенных в цепи питания измерительного моста, 2 с.п. ф-лы, 3 ил. фиг.3 — эквивалентная схема устройства, изображенного на фиг. 1, Устройство для осуществления спо- р. соба (фиг. 1) содержит измерительный мост 1, измерительный усилитель 2, задающий генератор 3, генератор 4 управляющих сигналов, усилители 5, повторители 6 напряжения и два одинаковых компенсирующих блока 7, каждый из которых содержит ключевой элемент

8, один вход которого через резистор

9 соединен с выходом соответствующего повторителя 6 напряжения вто1 рой через резистор 10 — с выходом задающего генератора 3, управляющий

1524004

15

25

35

45

50 вход — с выходом генератора 4 управляющих сигналов, а выход соединен с входом интегратора, выполненного на операционном усилителе 11 с конденсатором 12 связи, при этом выход операционного усилителя 11 и выход задающего генератора 3 соединены с двумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен с одним из входов сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 3, а выход— с входом усилителя 5.

Устройство с трансформаторной развязкой датчиков (фиг,2) содержит измерительный мост 1, измерительный усилитель 2, задающий генератор 3, генератор 4 управля|ощих сигналов, усилитель 5, повторитель 6 и компенсирующий блок 7, содержащий ключевой элемент 8, один вход которого через резистор 9 соединен с выходом повторителя 6 напряжения, второй через резистор 10 — с выходом задающего генератора 3, управляющий вход — с выходом генератора 4 управляющих сигналов, а выход соединен с входом интегратора, выполненного на операционном усилителе 11 с конденсатором

12 обратной связи, при этом выход операционного усилителя 11 и выход задающего генератора 3 соединены с двумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен с одним их входов сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора З,.а выход с входом усилителя 5.

Устройство (фиг,1) работает следующим образом.

Напряжение питания несущей частоты от задающего генератора 3 поступает на вход двух одинаковых компенсирующих блоков 7. В каждом таком блоке на сумматоре 14 оно складывается с напряжением обратной связи, поступающим с выхода перемножителя 13 сигналов и через соответствующий усилитель 5 питания в качестве напряжения питания подается на измерительный мост 1. Напряжение обратной связи формируется из напряжения на питающей диагонали измерительного моста ) путем модуляции несущей частотой на перемножителе 13 сигналов разности выпрямленных напряжений на задающем генераторе 3 и активной составляющей напряжения на измерит<.льном мосте 1, Операции вычитания и выпрямления напряжений выполнены на резисторах 9 и 10, ключевом элементе 8 и интеграторе. При этом ключевой элемент 8 и резисторы 9 и

10 образуют токовый однополупериодный синхронный детектор, который в первый полупериод работы выделяет отрицательную полуволну активной составляющей напряжения на измерительной диагонали моста 1, а во второй полупериод — положительную полуволну напряжения задающего генератора 3, Осредненный по времени на конденсаторе 2 суммарный ток, протекающий через ключевой элемент 8, преобразуется в усиленную разность напряжений на выходе операционного усилителя 11 интегратора и передается на вход перемножителя 13 сигналов, на другой вход которого поступает напряжение задающего генератора

3. Управление работой ключевого элемента 8 производится от генератора

4 управляющих сигналов синхронно и синфазно напряжению несущей частоты.

Точность передачи напряжения от питающей диагонали измерительного моста 1 на вход резистора 9 обеспечена использованием повторителя 6 напряжения с высоким входным сопротивлением. Выходное напряжение формируется на измерительном усилителе 2 путем усиления и демодулирования напряжения на измерительной диагонали моста 1, Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность и устойчивость цепей питания измерительного моста напряжением несущей частоты, что повышает точность измерения деформации. Хлагодаря высокой стабильности измерительных усилителей в современной тензометрической аппаратуре на несущей частоте точность преобразования определяется, главным образом, стабильностью и устойчивостью активной составляющей напряжения питания моста. Поэтому улучшение параметров цепей питания непосредственно улучшает точность преобразования °

Эффективность способа можно оценить из анализа эквивалентной схемы (Фиг.3), соответствующей устройству на фиг.1.

На схеме изображены сумматор

14 с коэффициентом передачи К, = 1, 5 152 компенсирующий блок 7 с кс эффициентом передачи К, усилитель 5 питания измерительногo моста с коэффициентом передачи К, = 1, параметры кабеля питания мостов 1. и К„, нагрузка К эквивалентная сопротивлению моста со стороны диагонали питания, Определяют величины питающих напряжений II> (напряжение питания моста) и U „ (активная составляющая)

"R„cos rI

U 1I м« R + м л

U =Г, — 1 — 1,) где 1, — напряжение питания несущей частоты; с1>= arctic L/(К м + К„), Отсюда находят коэффициент передачи устройства

4004

15 кого мостл и измеряют напряжение рлзблллнсл нл измерительной диагонлли тензометрическогo моста, A т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, выделяют активную составляющую напряжения несущей частоты на диагонали питания тензометрического моста, выпрямляют напряжения несущей частоты и выделенной активной составляющей, определяют разность нипрямленных напряжений несущей частоты и активной составляющей, суммируют напряжения несущей частоты и напряжение, пропорциональное разности выпрямленных напряжений, и подают на диагональ питания тензометрического моста, 2. Преобразователь неэлектричес1 +

1> ма

+ Км

f Д

R соя с

Полученное выражение позволяет определить изменение I! „ в зависимости от изменения индуктивности и активного сопротивления кабеля или внесенного сопротивления ключей коммутатора датчиков от сопротивления измерительных мостов и коэффициента обратной связи К . Например, при

R,= 25 Ом, R„= 10 Ом и cc>s с = 0,5 и-.:лестный способ дает 1 м.,/1, = 0,9 нл несущей частоте 20 кГц и неустойчивую работу цепей питания измерительного моста, а пред. лглем>.п" способ обеспечивает высокую устойчивость и длет U „/1, =- 0,956 при

100 и 1 !I! — 0 О77 при

200, Из э"îãî видно,,что реа:>изация способа существенно уменьпает зависимость активной составляющей напряжения питания несущей частоты от параметров кабелей и сопротивления измерительных мостов.

Этс означает увеличение стлбиль !ости и точности преобрлзования. При этом дополнительно реализуется высокая устойчивость цепей питания для широкого диапазона длины кабелей.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Способ преобразования неэлектрической величины н электрический сигнал, заключающийся в том, что подают напряжение несущей частоты на диагональ питания тензометричес25

40 кой величины в электрический сигнал, содержац>ий тензометрический мост, измерительная диагональ которого соединена с входом измерительного усилителя, а питающая диагональ — с выходами соответствующих усилителей питания и с входами соответствующих повторителей напряжения, задающий генератор, первый выход которого соединен с общей шиной„ и генератор управляющих сигналов, о т л и ч л ю шийся тем, что, с целью повь>шен> я . очнос . и н ме1>ений > Р не Го введении двл компенсирующих блс ка, каждый из которых содержит ключевой элемент, первий вход которого через резистор соединеH с первым =хс дс м компенсирующего блока, второй вход ключевого эл мента чер>з резистор соед».:. c з1.ь>м нходом комненсируюzего блока, управляющий вход ключ>.:— ного элемента соединен с третьим входом компенсирующего блока, л R i ход ключено»-о элемснтл соединен с

45 и>-рнии нхо о > ннтегрлторл второй вход котор "o соединен с с бщей ши= нон, состоящего из операционного усилителя с «мко". тной обратной с.-:яз .ю, при этом выход интегратора гое50 динеп r первим входом перемножителя, второй нхо.> которого соединен с нторым входом ксмпенсирующего блока, с которым также соединен перный вход сумматора, второй вход которого со дин>.н с выходом перемножителя, а выход сумм; тора соединен с выходом компенсирующего блока, первый вход которого ооединен с выходом соотнетс твующе го пов торит ля напряжения, 1524004

Фие.1

Фиг. 2 второй вход — с соответствующим выходом задающего генератора, третий вход соединен с выходом генератора управляющих импульсов, вход которого соединен с одним из выходов задающего генератора> а выход компенсирующего блока соединен с входом соответствующего усилителя питания.

1524004

Фиг. 3

Составитель В.Семенчук

Редактор Н.Рогулич Техред И.gоданич Корректор О.Кравцова

Заказ 7039/48 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У кгород, ул. Гагарина, 101