Тензометрическое устройство
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности для измерения неэлектрических величин Цель изобретения снижение энергопотребления Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензодатчик, усилитель, управляемый масштабный преобразователь и сумматор,блок питания, второй выход которого соединен со вторым выводом диагонали питания тензодатчика, выходы измерительной диагонали тензодатчика соединены с первым и вторым входами усилителя первый масштабный преобразователь выход которого соединен с третьим входом усилителя, второй масштабный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора 4, суммирующий усилитель 7, первый выход которого соединен с входами первого и второго масштабных преобразователей , второй выход - со вторым входом управляющего масштабного преобразователя а первый вход-через первый резистор с первым выходом диагонали питания тензодатчика . первый и второй операционные усилители второй,третий и четвертый резисторы , инвертирующий вход третьего операционного усилителя соединен с первыми выводами пятого и седьмого резисторов, а неинвертирующий вход - с первыми выводами шестого и восьмого резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с выходом третьего операционного усилителя , девятый резистор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя, а второй вывод - с первым выходом блока питания , второй выход последнего соединен со второй вершиной диагонали питания тензодатчика и заземлен, а первый выход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, входами первого и второго масштабных преобразователей и вторым выводом восьмого резистора, первый вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод - с выходом второго операционного усилителя и со вторыми выводами четвертого и шестого резисторов, первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго Операционного усилителя и первым выводом диагонали питания тензодатчика, а второй вывод - с выходом первого операционного усилителя и со вторыми выводами третьего и пятого резисторов, инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены между собой и с первыми выводами третьего и четвертого резисторов 1 ил. 00 ю ы
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (ч)5 G 01 В 7/16
К ПАТЕНТУ
1М
1
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) (21) 4889921/28 (22) 05.11.90 (46) 07.07.93. Бюл. ¹ 25 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) С.А.Исаков, В.А.Фильчиков, В.В.Пащенко и В.П.Маланин (73) Научно-исследовательский институт физических измерений (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 682766, кл. G 01 В 7/16, 1975.
Авторское свидетельство СССР
N 1525440, кл, G 01 В 7/16, 1987.
Авторское свидетельство СССР
N 1775596, кл. G 01 В 7/16, 1992. (54) ТЕНЗОМ ЕТРИЧ ЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к контрольно— измерительной технике, в частности для измерения незлектрических величин. Цель изобретения — снижение энергопотребления, Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензодатчик, усилитель, управляемый масштабный преобразователь и сумматор, блок питания, второй выход которого соединен со вторым выводом диагонали питания тензодатчика, выходы измерительной диагонали тензодатчика соединены с первым и вторым входами усилителя, первый масштабный преобразователь, выход которого соединен с третьим входом усилителя, второй масштабный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора 4, суммирующий усилитель 7, первый выход которого соединен с входами первого и второго масштабных преобразователей, второй выход — со вторым входом управляющего масштабного преобразова„„5Ц„„1827013 АЗ теля. а первый вход — через первый резистор с первым выходом диагонали питания тензодатчика. первый и второй операционные усилители, второй, третий и четвертый резисторы, инвертирующии вход третьего операционного усилителя соединен с первыми выводами пятого и седьмого резисторов, а неинвертирующий вход — с первыми выводами шестого и восьмого резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с выходом третьего операционного усилителя, девятый резистор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя. а второй вывод — с первым выходом блока питания, второй выход последнего соединен со второй вершиной диагонали питания тензодатчика и заземлен, а первый выход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, входами первого и второго масштабных преобразователей и вторым выводом восьмого резистора, первый вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод — с выходом второго операционного уси ителя и со вторыми выводами четвертого и шестого резисторов, первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым выводом диагонали питания тензодатчика, а второй вывод — с выходом первого операционного усилителя и со вторыми выводами третьего и пятого резисторов. инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены между собой и с первыми выводами третьего и четвертого резисторов. 1 ил.
1827013
Изобретение относится к контрольно— измерительной технике, в частности, для измерения неэлектрических величин в условиях широких диапазонов и быстроменяющихся температур, 5
Цель изобретения — снижение энергопотребления.
На фиг, 1 приведена схема предлагаемого устройства, Устройство содер>кит т нзодатчик 1, усилитель 2, управляемый масштабный преобразователь 3, сумматор 4, блок питания 5, электронный амперметр 6 суммирующий усилитель 7, операционные усилители 8 — 10, резисторы 11 — 19, первый и второй масштабные преобразователи 20 и 21.
Измеряемый сигнал с выхода измерительной диагонали тензодатчика 1 поступает на первый и второй входы усилителя 2, далее на первый вход управляемого масштабного преобразователя 3 и первый вход сумматора 4, с выхода которого сигнал поступает на регистратор (на фиг. 2 не показан), Сигнал с первого выхода блока питания 5 поступает на входы первого 20 и второго 21 масштабных преобразователей, а с их выходов на третий вход усилителя 2 и второй вход сумматора 4, а сигнал с первого выхода блока питания 5 поступает на первый вход электронного амперметра 6 и повторяется на его втором входе и первом входе диагонали питания тензодатчика 1, Электронный амперметр 6 формирует корректирующий сигнал, который поступает на второй вход управляемого масштабного .35 преобразователя 3, Цепь, сформированная нг первом 8, втором 9 и третьем 10 операционных усилителя, а также первом 12, BTQром 11, третьем 13, четвертом 14, пятом 16, шестом 17, седьмом 18, восьмом 19 резисто- 40 рах формирует сигнал, пропорциональный току через тензодатчик 1, а с помощью девятого резистора 15 осуществляется компенсация начального значения тока через тенэодатчик 1. 45
Тензометрическое устройство работает следующим образом:
На тензодатчик 1 воздействует измеряемая физическая величина и сопутствующее ей температурное воздействие
Сигнал U> на первом входе управляемого масштаб ого преобразователя 3 можно представить:
U1 = (РК (1 + Пч Л 1) + Иа Са Л t) K2 + Un<
0; R2 = Pf в 2 (1. + (хм Л t) + U п1 (1 + — — — Од Ь 1). где Р— измеряемая физическая величина;
К1 — коэффициент преобразования тензодатчика 1;
К2 — коэффициент преобразования усилителя 2;
hi — приращение температуры, воздействующей на тензодатчик 1;
U — выходное напряжение блока питания; п1 — коэффициент преобразования первого масштабного преобразователя 20;
Q> — коэффициент мультипликативной чувствительности тензодатчика 1 к приращению температуры 5t;
U- а — аддитивное изменение нулевого выходного сигнала тензодатчика 1 на единицу изменения температуры; а — температурный коэффициент ухода нулевого сигнала тензодатчика 1, Схема электронного амперметра 6 реагирует на ток, протекающий через первый и второй входы. Этот ток протекает через тензодатчик 1, Отличительным свойством электронного амперметра 6 является то, что напряжение на его первом входе повторяется на его втором входе с точностью, определяемой напряжениями смещения первого и второго операционных усилителей 8 и 9.
Следовательно, при использовании высокоточных операционных усилителей можно утверждать, что напряжение U, снимаемое с первого выхода блока питания 5, повторяется на первом выводе диагонали питания тензодатчика 1, а второй вход электронного амперметра 6 является источником напряжения для тензодатчика 1. При этом на входных цепях электронно о амперметра 6 падение напрях<ения равно нулю и, следовательно, не теряется часть напря>кения питания тензодатчика 1 и не снижается чувствительность.
При равенстве значений резисторов 11в
14 функцию преобразования электронного амперметра 6 мох<но записать
U = 2RKzI, где Ua — выходное напряжение электронного амперметра 6;
R — сопротивление резисторов 11 — 14;
Кз — коэффициент преобразования суммирующего усилителя 7 по второму инвертирующему и третьему неинвертирующему входам; ! — ток, протека1ощий через диагональ питания тензодатчика 1.
Изменение сопротивления диагонали питания теизодатчика 1 под воздействием температуры 1 приведет к изменению (напрях<ение питания тензодзтчика остается стабильным) тока I. прзтекагощего через
1827013 где К4 — начальный коэффициент преобразования управляемого масштабного преобразователя 3, определяемый величиной U начального постоянного смещения на его втором входе, Для того чтобы с помощью дополнительного термозависимого сигнала Uz скорректировать и аддитивную, и мультипликативную погрешности основного информационного сигнала Ui, необходимо выполнить условия:
Ua Кг ам — — аа
U щ
Ut
cM = — а Кз.
U (12 (2) Величины Оа, Ос, а, а, ас определяются в результате эксперимента. Условие (1) выполняют подстройкой коэффициента преобразования п1 первого масштабного преобразователя 20
О а, п1= — — - Кг
О а,„ тензодатчик 1, и выходного напряжения электронного амперметра 6.
В начальном состоянии напряжение 4, вызванное протеканием начального тока lo через тензодатчик 1, компенсируется с помощью сигнала О, подаваемого на первый вход суммирующего усилителя 7. Г1одстройка осуществляется путем регулировки величины девятого резистора 15, На четвертый вход суммирующего усилителя 7 подается постоянное смещающее напряжение
U.
Таким образом, на выходе суммирующего усилителя формируется сигнал Uz:
Ог — U (1 + Кзж), где 0 ас Кз — изменение сигнала на выходе суммирующего усилителя 7 на единицу изменения температуры Ж; а Кз — температурный коэффициент чувствительности к изменению температуры
Лт, регулируемый с помощью коэффициента преобразования суммирующего усилителя
7 Кз по второму и третьему входам, регулируемого путем изменения величины пятого и шестого резисторов 16 и 17, Напряжение Uz на втором входе управляемого масштабного преобразователя 3 определяет его коэффициент преобразования К4: а условие (2) выполняют подстройкой коэффициента преобразования Кз суммирующего усилителя 7 по второму и третьему входам.
5 U а
Кз = — —
От а1
Управляемый масштабный преобразователь 3 реализует функцию
P К1Кг 1 + ам Я + (1+ — At Кз й) U
) — — ) t) Ua K2
))+ — . 6) = Р К1 Кг К3 + U . n1 КЯ, 0
01
Ог (3) Остаточное аддитивное смещение
Un 25 пг=-n K4 . Выходное напряжение тензометрического устройства О м = РК1 Kz К4 . и функционально свободно от аддитивной и 3р мультипликативной погрешностей, вызываемых температурным дрейфом, Технико — экономическим преимуществом предложенного решения является то, что в нем снижено энергопотребление за 35 счет упрощения устройства. Формула изобретения Тензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензодатчик, усилител ь, управляемый 4р масштабный преобразователь и сумматор, блок питания, второй выход которого соединен с вторым выводом диагонали питания тензодатчика, выходы измерител ной диагонали тензодатчика соединены с первым и вторым входами усилителя, первый масштабный преобразователь, выход которого соединен с третьим входом усилителя, второй масштабный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом сумма50 тора, суммирующий усилитель, первый выход которого соединен с входами первого и второго масштабного преобразователей, второй выход соединен с вторым входом управляемого масштабного преобразовате55 ля, первый вход соединен через первый резистор с первым выходом диагонали питания тензодатчика, первый и второй операционные усилители, второй, третий и четвертый резисторы, инвертирующий вход третьего операционного усилителя соеди1827013 Составитель С.Исаков Техред M.Moðãåèòàë . Корректор Н.Ревская Редактор З.Ходакова Заказ 2331 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 иен с первыми выводами пятого и седьмого резисторов, а неинвертирующий вход соединен с первыми выводами шестого и восьмого резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с Выходом третьего 5 операционного усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью снижения знергопотребления, оно снабжено девятым резистором, первый вывод его соединен с инвертирующим входом третьего операци- 10 Онного усилителя, а второй вывод соединен с первым выходом блока питания, второй выход блока питания соединен с второй вершиной диагонали питания тензодатчика и заземлен. а первый выход блока питания 15 соединен с неинвертирующим входом первого Операционного усилителя, входами первого и второго масштабных преобразователей и вторым выводом восьмого резистора, первый вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод соединен с выходом второго операционного усилителя и вторыми выводами четвертого и шестого резисторов, первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым выводом диагонали питания тензодатчика, а второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя и вторыми выводами третьего и пятого резисторов. инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены между собой и с первыми выводами третьего и четвертого резиСТОрОВ.
