Преобразователь механических величин в электрический сигнал

 

Преобразователь механических величин в электрический сигнал.

Использование: для преобразования механических величин в электрический сигнал с коррекцией нелинейности.

Сущность изобретения: повышение точности достигается тем, что в известный преобразователь механических величин в электрический сигнал, содержащий измерительный резистивный мост ИРМ, первый операционный усилитель ОУ, включенный выходом и инвертирующим входом в диагональ ИРМ, источник напряжения, второй и третий ОУ, с первого по восьмой резисторы Р, введены четвертый ОУ, девятый, десятый и одиннадцатый Р, причем второй четвертый и третий ОУ образуют измерительный дифференциальный усилитель на трех ОУ, входы которого подключены к измерительной диагонали ИРМ, при этом напряжение смещения нуля четвертого и второго ОУ взаимно компенсируются, что приводит к уменьшению общего дрейфа дифференциального усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования механических величин в электрический сигнал с коррекцией нелинейности.

Известно устройство, содержащее первый и второй операционные усилители, с первого по девятый резисторы и с первого по четвертый источники напряжения [1] Недостатком устройства является низкая точность измерения из-за нелинейности тензопреобразователя и отсутствия компенсации дрейфов операционных усилителей.

Известно устройство, содержащее первый, второй и третий операционные усилители, первый и второй транзисторы, первый, второй и третий резисторы, первый и второй источники тока, источник напряжения, резистивный мост и стабилизатор напряжения [2] Недостатком устройства является низкая точность измерения, из-за нелинейности тензопреобразователя.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранный за прототип электрический измерительный мост, содержащий измерительный резистивный мост, измерительная диагональ которого подключена к дифференциальному усилителю, выход которого является выходом устройства, вторая диагональ резистивного моста включена между выходом первого операционного усилителя и его инвертирующим входом, который через первый резистор соединен с общей шиной, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с источником напряжения, а через третий резистор с выходом второго операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с одним из выводов измерительной диагонали резистивного моста, а инвертирующий через четвертый резистор с инвертирующим входом первого операционного усилителя [3] Недостатком прототипа является низкая точность, вызванная дрейфами дифференциального усилителя.

Задача изобретения повышение точности устройства.

Для достижения поставленной задачи в устройство, содержащее измерительный резистивный мост, одна диагональ которого включена между выходом первого операционного усилителя и его инвертирующим входом, который через первый резистор соединен с общей шиной, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с источником напряжения, а через третий резистор с выходом второго операционного усилителя, третий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, а инвертирующий вход через пятый резистор соединен с выходом третьего операционного усилителя, который является выходом преобразователя механических величин в электрический сигнал, а также шестой, седьмой и восьмой резисторы, дополнительно введены четвертый операционный усилитель, девятый, десятый и одиннадцатый резисторы, при этом неинвертирующие входы второго и четвертого операционных усилителей подключены к второй диагонали измерительного резистивного моста, а инвертирующие входы, соответственно, к первому и второму выводам седьмого резистора, которые через восьмой и шестой резисторы подключены к выходам, соответственно, второго и четвертого операционных усилителей, инвертирующий и неинвертирующий входы третьего операционного усилителя, соответственно, через девятый и десятый резисторы подключены к выходам четвертого и второго операционных усилителей, при этом, второй вывод четвертого резистора и неинвертирующий вход первого операционного усилителя через одиннадцатый резистор подключены к общей шине.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит измерительный резистивный мост 1, первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 операционные усилители, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9, пятый 10, шестой 11, седьмой 12, восьмой 13, девятый 14, десятый 15, одиннадцатый 16 резисторы и источник напряжения 17.

Одна диагональ измерительного резистивного моста 1 включена между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя 2. Инвертирующий вход первого операционного усилителя 2 через первый резистор 6 подключен к общей шине. Неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2 через второй резистор 7 подключен к источнику напряжения 17, через третий резистор 8 к выходу второго операционного усилителя 3 и через одиннадцатый резистор 16 к общей шине. Вторая диагональ измерительного резистивного моста 1 подключена к неинвертирующим входам второго 3 и четвертого 5 операционных усилителей. Инвертирующие входы второго 3 и четвертого 5 операционных усилителей через седьмой резистор 12, соединены между собой и, соответственно, через восьмой 13 и шестой 11 резисторы подключены к выходам второго 3 и четвертого 5 операционных усилителей. Инвертирующий вход третьего операционного усилителя 4 через девятый резистор 14 соединен с выходом четвертого операционного усилителя 5 и через пятый резистор 10 с выходом третьего операционного усилителя 4, который является выходом преобразователя механических величин в электрический сигнал. Неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 4 через десятый резистор 15 подключен к выходу второго операционного усилителя 3 и через четвертый резистор 9 к общей шине.

Устройство работает следующим образом.

Резистивный измерительный мост 1 питается током с выхода первого операционного усилителя 2. Падение напряжения на первом резисторе 6, пропорциональное току питания измерительного резистивного моста 1, поступает на инвертирующий вход первого операционного усилителя 2. На неинвертирующий вход первого операционного усилителя 2 поступает напряжение где U₁₇ напряжение источника 17; U_вых3 напряжение на выходе второго операционного усилителя 3.

Так как напряжения на входах первого операционного усилителя равны (виртуальный ноль), то ток питания измерительного резистивного моста будет равен Напряжение на выходе третьего операционного усилителя 2 увеличивается с увеличением измеряемой механической величины, что приводит к пропорциональному увеличению тока I_м и, следовательно, чувствительности преобразователя механических величин в электрический сигнал. Подбирая сопротивление резистора R8 можно свести к минимуму общую нелинейность преобразователя.

На операционных усилителях 3, 4, 5 выполнен дифференциальный усилитель /4, с. 396/. Напряжение разбаланса измерительного резистивного моста I U_м поступает на неинвертирующие входа операционных усилителей 3 и 5. Если параметры компонентов подобраны так, что R6 R8 R, а R10/R14 (R10 + R14) R9/(R15 + R9) R14 K4, напряжение на выходе преобразователя механических величин в электрический сигнал будет равно U_вых K4 (1 + 2R/R12)[U_м + (U_см.5 U_см.3)]
где U_см.5, U_см.3 напряжение смещения нуля операционных усилителей 5 и 3.

Как видно из формулы, напряжения смещения нуля четвертого 5 и второго 3 операционных усилителей взаимно компенсируются, что приводит к уменьшению общего дрейфа дифференциального усилителя.

Таким образом, за счет уменьшения дрейфа дифференциального усилителя достигается цель изобретения повышение точности.

Формула изобретения

Преобразователь механических величин в электрический сигнал, содержащий измерительный резистивный мост, одна диагональ которого включена между выходом первого операционного усилителя и его инвертирующим входом, который через первый резистор соединен с общей шиной, неинвертирующий вход первого операционного усилителя через второй резистор соединен с источником напряжения, а через третий резистор с выходом второго операционного усилителя, третий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом четвертого резистора, а инвертирующий вход через пятый резистор соединен с выходом третьего операционного усилителя, который является выходом преобразователя механических величин в электрический сигнал, а также шестой, седьмой и восьмой резисторы, отличающийся тем, что введены четвертый операционный усилитель, девятый, десятый и одиннадцатый резисторы, при этом неинвертирующие входы второго и четвертого операционных усилителей подключены к второй диагонале измерительного резистивного моста, а инвертирующие входы соответственно к первому и второму выводам седьмого резистора, которые через шестой и восьмой резисторы подключены к выходам соответственно четвертого и второго операционных усилителей, инвертирующий и неинвертирующий входы третьего операционного усилителя соответственно через девятый и десятый резисторы подключены к выходам четвертого и второго операционных усилителей, при этом второй вывод четвертого резистора и неинвертирующий вход первого операционного усилителя через одиннадцатый резистор подключены к общей шине.

РИСУНКИ

Рисунок 1