Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет выравнивания токов в смежных плечах тенэомоста. Устройство содержит тензомост 1 с источником питания 3 в диагонали питания тензомоста 1. Выводы диагонали питания тензомоста 1 через согласующие блоки 7 и 8 соединены с входами резисторных матриц 18 и 22 соответствующих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 4 и 5. Входы управления ЦАП 4 и 5 соединены с выходами блока управления 6. Выходы резисторЁ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н}э G 01 R 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Гм (61) 1448287 (21) 4118476/63 (22) 17.09.86 (46) 07.03.91, Бюл. N 9 (71) Куйбышевский авиационный институт им, акад. С.П. Королева (72) С.B. Мурзина, В,И. Иванченко, С,Б. Мирошниченко и В.А. Абакумов (53) 621.317.733 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1448287, кл. G 01 R 17/00, 1985. (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ С

АВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ НУЛЯ

„, Ж,, 1633362 А2 (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет выравнивания токов в смежных плечах тенэомоста. Устройство содержит тензомост 1 с источником питания 3 в диагонали питания тензомоста 1. Выводы диагонали питания тенэомоста 1 через согласующие блоки 7 и

8 соединены с входами резисторных матриц 18 и 22 соответствующих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 4 и 5. Входы управления ЦАП 4 и 5 соединены с выходами блока управления 6, Выходы резистор1633362

25

35

40 ных матриц 18 и 22 цифроаналоговых преобразователей 4 и 5 соединены с переключающими контактами ключей 19 и 23, причем выводы нормально замкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 соединены с выводами нормально разомкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5 и подключены к выводу измерительной диагонали тензмоста 1, к другому выводу которой подключены соединенные соответственно выводы нормально разомкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 и выводы норИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для использования в устройствах измерения неэлектрических физических величин, преобразующих входной сигнал в электрический с помощью резисторных измерительных мостов, например тензореэисторных, и является усовершенствованием изобретения по авт. св, М 1448287.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тензомоста.

На чертеже представлена электрическая схема тенэометрического усилителя с автоматической установкой нуля,, Устройство содержит тензомост 1, измерительный усилитель 2, источник 3 питания, элементы автоматической балансировки, состоящие иэ цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 4 и 5, блока 6 управления и согласующих блоков 7 и 8.

Тензомост имеет четыре плеча 9 — 12.

Точки соединения плеч 9 и 10, 11 и 12 образуют полюса диагонали питания, а плеч 9 и

12, 10 и 11 — полюса измерительной диагонали, Измерительный усилитель 2 состоит из двух каскадов, Первый каскад представляет собой параллельную операционную схему, состоящую из операционного усилителя 13, охваченного отрицательной обратной связью с помощью резистора 14. Входы операционного усилителя подключены к полюсам измерительной диагонали, выход усилителя 13 соединен с вторым каскадом

15, демодулирующим.

Источник 3 питания содержит генератор 16 тока, подключенный к верхнему полюсу диагонали питания, и следящий источник напряжения на операционном усилителе 17, выход которого подключен к мально замкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5. В сбалансированном тенэомосте суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, одинаков и равен 4. В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тензореэисторы, включенные в плечи моста, их чувствительность одинакова для всех плеч, и систематическая ошибка измерения устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тенэомоста 1. 1 ил. нижнему полюсу диагонали питания, неинвертирующий вход к операционной земле, а инвертирующий — к тому полюсу измерительной диагонали, к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 13. ЦАП 4 содержит резисторную матрицу 18, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозиционных ключей 19. Соединенные вместе одноименные нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты ключей 19 образуют соответственно выходы 20 и 21

ЦАП, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1. Вход резисторной матрицы 18 соединен через согласующий блок 7 с источником 3 питания, ЦАП 5 содержит резисторную матрицу

22, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозиционных ключей

23. Соединенные вместе одноименные нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты ключей 23 образуют соответственно выходы 24 и 25 ЦАП 5, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1. Вход реэисторной матрицы 22 соединен через согласующий блок 8 с источником 3 питания.

Конкретное выполнение блока б управления зависит от выбранного способа 6алансировки и функциональных свойств использованных элементов. В предлагае мом тензоусилителе блок б управления осуществляет следящую балансировку и содержит два компаратора 26 и 27, пороговый элемент 28, элемент 2И-НЕ 29, ключ 30. выполненный на элементе ЗИ-НЕ, генератор 31 импульсов и реверсивный счетчик 32, имеющий счетный вход С и вход режима счета " + 1". Инвертирующий вход компаратора 26 и неинвертирующий вход компаратора 27 подключены к выходу измерительного усилителя 2, неинвертирующий вход компаратора 2б подключен к по1633362

Unn

I;. = —— м

30 где R — входное сопроГивление резисторной матрицы 18.

Ток, протек-эющий через II,ÀII 5, также равен II; его величина поддерж лвэется со- 35 гласующим блоком 8. K верхн ;му полюсу диагонали питания тензомостэ 1 подводится стабильныи ток l, который является суммарным токоГ плеч 9 и 10.

Операционный усилитель 13, осуществ- 40 ляющий виртуальное закорэчивание измерительной д1 эгонэли, и операционный усилитель 17 I:оддерживает нэ полюсах поте., пиалы, близкие к 1улю. От прэвого полю э измерительно., диагонали;ензоГлостэ 1 45

1о",-Io отводится. э от левого полк сэ Гложет

ОтВОДИтЬСЯ ГОк РЭЗ6ЭЛЭНСа Л ОСта lp В ИЭМЕригельный усГ;литель 2 Если тензоусилитель сбалансирован, то его вь:,хладной сигнал

Up,öõ paneII нулю, слс.дог,пт".,ël,í 1 рэвен нулю 50 и ток Ip, К выходу оперэциомвоГо усилителя

17 пвдводигся таKol, жв 1ох хоторь и дэет генератор 16 тс» э, т. е Io < I;. Следовательно, из нижнего повеса диэ онэпи питания

55 ложительному полюсу UIIop э инвертирующий вход компараторэ 27 — к отрицательному полюсу -Ивар Г1орогового элемента 28, Выходы компараторов 26 и 27 подключены к входам элемента 2И вЂ” НЕ 29. Кроме того, 5 выход компаратора 26 подключен к входу режима счета " 1" реверсивного счетчика

32. Первый вход ключа 30 служит для подачи команды "Баланс", к второму входу подключен генератор 31 импульсов, выход элемен- 10 та 29 подключен к третьему входу ключа.

Выход его подключен к счетному входу С реверсивного счетчика 32, выходы которого соединены с ключами 19 и 23.

Тензоусилитель с автоматической ба- 15 лансировкой работает следующим образом.

От генератора 16 тока к тензомосту 1 и согласующему блоку 7 подводится стабильный ток la+1 . Часть этого тока 16 подводится к ЦАП 4 через согласующий блок 7, 20 который поддерживает на входе резисторной матрицы 18 стабильное напряжение

Upn. Ток!в, втекающий в матрицу 18, распределяется ключами 19 между токовыми выходами 20 и 21 и игпользуе.ся для 25 балансировки, э его значение определяется выражением тенэомоста 1 вытекает ток I<, являющийся суммарным током плеч 11 и 12.

Таким образом, в сбалансированном тензоусилителе суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, т. е. плеч 9, 10 и 11, 12, одинаков и равен 1,.

В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тенэорезисторы. включенные в плечи моста, их сопротивление меняется и выходной сигнал U8bl, тензометрического усилителя определяется выражением RQ R1O AR11 AR12) (Rg R1O R11 Н1г ) где К вЂ” коэффициент, определяемый параметрами элементов тензоусилителя;

4 — суммарный ток, протекающий через смежные плечи моста;

Лй — — относительное изменение сопроR тивления соответствующего плеча моста.

Чувствительность тензоусилителя к изменению сопротивления одинакова для всех плеч, систематическая ошибка измерений устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тензомоста, Формула изобретения

Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля по авт. св.

N 1448287. отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерений пу" тем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тенэомоста, дополнительно введены второй согласующий блок и второй цифроаналоговый преобразователь, вход которого через второй согласующий блок соединен с дру ой вершиной диагонали питания тензомоста, а входы управления которого соединены с соответствующими выходами блока управления, причем выходы нормально замкнутых контактов двух позиционных ключей второго цифроаналогового преобразователя соединены с выходами нормально разомкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроагналогового преобразователя, а выходы его нормально разомкнутых контактов соединены соответственно с выходами нормально замкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроаналогового преобразователя.