Преобразователь сигналов мостовых тензодатчиков

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в тензометрии для измерения силы, давления, ускорения и т.д. Цель изобретения - повышение крутизны и стабильности характеристики преобразования в широком интервале температур путем уменьшения влияния температурной нестабильности и элементов схемы за счет применения фазовых звеньев. Преобразователь сигналов мостовых тензодатчиков содержит последовательно включенные опорный генератор 1, тензорезисторный мост 2, фазовое звено 3. сумматор 4, фазовое звено 5, фазометр 6, тензорезисторный мост 7. Выполнены тензорезисторные мосты так, что силовое воздействие, приложенное к ним, приводит к равным по абсолютной величине, но противоположным по знаку изменениям их коэффициентов передачи, в исходном состоянии один из тензорезисторных мостов сбалансирован, а второй разбалансировак. Преобразователь обладает в, 1,7 раза большей крутизной, в 32 раза меньшей температурной нестабильностью и в 57 раз большей точностью измерения физической величины. 2 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ / (21) 4644401/21 (22) 30.01,89 (46) 15,01,91. Бюл. N 2 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) Ф.И.Веников, Е.С.Колесник, В.Л.Сорокопут и Д.В,Тряпша (53) 621.317,733(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1370608, кл. G 01 R 27/02, 1986.

Авторское свидетельство СССР

М 1468206, кл. G 01 R 27/02, 1987. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ МОСТОВЫХ ТЕНЗОДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в тензометрии для измерения силы, давления, ускорения и т.д. Цель изобретения — повышение крутизны и стабильности характеристики преобразования в.„.. Ж„„1620960 Al широком интервале температур путем уменьшения влияния температурной нестабильности и элементов схемы за счет применения фазовых звеньев. Преобразователь сигналов мостовых тензодатчиков содержит последовательно включенные опорный генератор 1, тензорезисторный мост 2, фаэовое звено 3, сумматор 4, фазовое звено 5, фаэометр 6, тензореэисторный мост 7. Выполнены тензореэисторные мосты так, что силовое воздействие, приложенное к ним, приводит к равным по абсолютной величине, но противоположным по знаку изменениям их коэффициентов передачи, в исходном состоянии один из тенэорезисторных мостов сбалансирован, а второй разбалансирован. Преобразователь обладает B 1,7 раза большей крутизной, в 32 раза меньшей температурной нестабильностью и в 57 раз большей точностью измерения физической величины. 2 ил.

1620960

Л р = po — 2 arctg ш Г1 (2) 5). р =arctg

К1 Кф,g.csin 2 arctg мт1 + Kz Кф.з.z sin 2 arctg cur2

К1 Кф.з.1 cos (2 arctg co r1 ) + К2 Кф.з.2 cos (2 arctg в тг ) 50 К> Õã) в п(2 агсгя итг sin 2 агсщ ив р =a

™ (К1/Кг } cos (2 arctg в т1 ) + cos (2 arctg в тр ) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в тенэометрии для измерения силы, давления и ускорения.

Цель изобретения — повышение крутизны и табильности характеристики преобразования в широком интервале изменения темп ратур путел уменьшения влияния температурной нестабильности элементов схемы за счет применения фазовых звеньев, На фиг, 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 — вектор 1ая диаграмма процесса суммирования колебаний в сумматоре.

Преобразователь содержит последовательно включенные опорный генератор 1, первый тензорез..торный мост 2, первое фаэовое звено 3, сумматор 4, второй вход которого подключен к выходу второго фазового ээена 5, фазо .етр б, первый вход которого соединен с выходом опорного генератора 1, а второй — с выходом сумматора 4, второй тензореэисторный мост 7, подключенный к выходу опорного генератора 1, а выходом — ко входу второго фазового звена 5, Выполнены тенэорезисторные мосты таким образом, что силовое воздействие, приложенное к нич, приводит к рачным по абсолютной величине, но противоположчым по знаку изменениям их коэффициентов передачи, причем в исходном состоянии один из тенэореэисторных мостов сбалансирован, э вто1.ой пазбэлэнсировэн, Преобразователь работает следующим образом, В стационарном режиме при отсутствии .силового воздействия выходное колебание

U< с частотой во с выхода опорного генератора 1 через первое фазовое звено 3(01), где оно приобретает фазовый сдвиг, равн и срф.э,1 =2 arctg вг1 (Т1- постоянная времени первого фазового звена 3), и первый тенэорезисторный мост 2 (U1), который максимально разбалансирован, поступает на вход сумматора 4, на втором входе котогде K1, Kz — коэффициенты передачи первого и второго тензорезисторных мостов 2 и 7 соответственно;

Кф.з.1, Кф.э.2 — модули коэффициентов передачи первого и второго фазовых звеньев 3 и

5 соответственно.

45 рого уровень напряжения Uz с выхода втоl рого фазового звена 5 равен нулю, так как второй 1ензорезисторный мост 7 сбалансирован и его коэффициент передачи равен нулю. Поэтому на выходе сумматора 4 колебание U по фазе совпадает с колебанием

У. (при условии широкополосности сумматора 4) и фаза колебания 0, поступающего на вход фэзометра 6, равна р, =2arctgвт1, (1)

На второй вход фаэометра 6 поступает колебание Uoс выхода опорного генератора

1, которое имеет фазу ро.

При этом показания фазометра 6 соответствуют разности фаз колебаний, поступающих на его входы:

В динамическом режиме при наличии силового воздействия первый тензорезисторный мост 2 разбалансирован и значение е о коэффициента передачи несколько меньше максимального, второй тензорезисторный мост 7 также разбалансирован и

его коэффициент передачи отличен от нуля. При этом на второй вход сумматора 4 подается сыходное колебание Uo опорного генератора 1 с частотой в через второй тенэорезисторный мост 7 и второе фазовое звено 5 (Uz), где оно приобретает фазовый сдвиг, равный ффз2 = 2 arcing t2 (Г2 — постоянная времени второго фазового звена

Колебание U1 на первом входе суммаI, тора 4 формируется так же, как и при отсутствии силового воздействия на тензорезисторные мосты. Процесс суммирования колебаний в сумматоре представлен на векторной диаграмме (фиг, 2).

На векторной диаграмме путем несложных математических операций над векторами можно получить, что фазовый сдвиг на выходе сумматора 4 в этом случае равен

Первое фазовое звено 3 и второе фэзовое звено 5 выбраны активными, причем на рабочей частоте и выполняется равенство

Кф.з.1 = Кф.э.2 = 1. Тогда выражение (3) можно записать в виде

1620960

Лф = ъ — arctg (5) (К1/К2 ) cos (2 arctg й) т1 ) + cos (arctg (О гг ) Формула изобретения

На второй вход фазометра 6, как и в первом случае, поступает колебание 1.4 с выхода опорного генератора 1 с текущей фазой р,.

Из выражения (5) видно, что разность фаз колебаний, поступающих на входы фазометра 6, т.е. и его показания, зависят от отношения коэффициентов передачи К /Кг тензореэисторных мостов, а следовательно, и от измеряемого воздействия, причем силовое воздействие приводит к равным по абсолютной величине, но противоположным по знаку изменениям их коэффициентов передачи (с ростом силового воздействия Кг увеличивается, à К1 уменьшается).

При использовании в предлагаемом устройстве однотипных тенэорезисторных мостов (с ТКЧ одного знака) и при таком выборе элементов, определяющих постоянные времени 71 и тг фазовых звеньев, равные:

r> (Т} =т10(1+ар ЛТ)(1+ас1ЛТ); тг (Т ) = 720 (1 + Ойг Л Т } (1 + исг Л Т ), где t>0, тг0 — номинальные значения постоянных времени первого и второго фазовых звеньев 3 и 5 соответственно (при Т = To);

ЬТ = Т вЂ” Tp, Tp = 293 К;

Т вЂ” текущее значение температуры окружающей среды;

Сцц, ap2 — температурные коэффициенты сопротивления резисторов, определяющих постоянные времени фазовых звеньев; ас1, асг — температурные коэффициенВ этом случае показания фаэометра 6 соответствуют разности фаз

5 ты емкостей конденсаторов, определяющих постоянные времени фазовых звень ев, 1 что, иР = фазовый сдвиг р, а слет гг, 10 довательно, показания фаэометра 6 слабо зависят от температуры окружающей среды.

Таким образом, предлагаемый преобразователь по сравнению с известным обла15 дает в 1,7 раза большей крутизной, в 32 раза меньшей температурной нестабильностью и в 57 раэ большей точностью измерения физической величины (силы, давления, ускорения и т.д.), 20

Преобразователь сигналов мостовых тензодатчиков, содержащий опорный гене25 ратор, выход которого соединен с входами двух тензорезисторных мостов, сумматор, соединенный выходом с входом фаэометра, второй вход которого подключен к выходу опорного генератора, отличающийся

30 тем, что, с целью повышения крутизны и стабильности характеристики и реобраэования в широком интервале изменения температуры, в него дополнительно введены два фазовых звена, входы которых соответст35 венно соединены с выходами тензорезисторных мостов, а выходы соответственно соединены с входами сумматора.

1620960 фй8. Я

Составитель В.Семенчук

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор А. Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4244 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5