Способ настройки измерительного преобразователя

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для настройки измерительных преобразователей. Технический результат - повышение точности и снижение трудоемкости настройки. Для достижения данного результата осуществляют подачу входного сигнала через входной резистор на инвертирующий вход операционного усилителя к резистору цепи обратной связи. Затем осуществляют корректировку параметров выходных величин преобразователя до нормированного значения. При этом обеспечивают независимую корректировку аддитивной составляющей выходного сигнала от его мультипликативной составляющей. Для этого подают сигнал, равный аддитивной составляющей выходного сигнала, на неинвертирующий вход операционного усилителя и обеспечивают условие отсутствия тока в резисторе обратной связи. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам корректировки передающей функции измерительных преобразователей, и может быть использовано для обработки электрического сигнала датчиков и других электронных устройств, требующих получение нормированной выходной характеристики.

Известен способ коррекции статических характеристик измерительных преобразователей по патенту России №2199088, G01D 3/02, G01R 35/00, включающий проведение тестового эксперимента с измерением значений выходных величин преобразователя при различных комбинациях его входных величин, устранение взаимного влияния каналов друг на друга путем измерения влияющего фактора и последующую коррекцию аддитивной и мультипликативной составляющей выходного сигнала. Коррекцию проводят путем составления матриц экспериментальных данных и обработки их.

Недостатком является большое количество предварительных измерений для составления матриц, что трудоемко.

Для реализации способа необходимо дорогостоящее оборудование при обработке данных (процессоры, схемы памяти, программатор, программное обеспечение и прочее), это повышает себестоимость процесса.

Известен способ преобразования электрического сигнала в измерительных преобразователях (книга «Аналоговые интегральные схемы», С.Соклоф, Москва, «Мир», 1988 г., стр.389, рис.35.23), включающий подачу входного сигнала на операционные усилители, охваченные обратными связями посредством резисторов, и многократную корректировку его параметров до требуемого нормированного значения.

Способ широко используют для преобразования мостового источника сигнала в типовых схемах, включающих операционный усилитель (ОУ) с резистивной обратной связью. Используемая схема имеет функцию преобразования:

где Uвых - напряжение (сигнал) на выходе преобразователя,

U2-U1 - входной сигнал,

R1, R2, R4, R3 - сопротивление соответствующих резисторов обратной связи.

При усилении входного сигнала, согласно формуле (1), усиливаются обе его составляющие - аддитивная и мультипликативная, т.к. они взаимосвязаны.

Недостатком рассматриваемого способа является зависимость изменения аддитивной составляющей выходного сигнала от его мультипликативной составляющей, что ведет к необходимости многократных настроек составляющих сигнала. Это повышает трудоемкость и снижает точность преобразования.

Известен способ нормирования измерительного преобразователя, включающий подачу входного сигнала на операционные усилители, охваченные обратными связями посредством резисторов, и многократную корректировку его параметров до требуемого нормированного значения (ж. «Industrial Solutions Guide», USA, 1Q, 2005, p.41). Для реализации способа используют каскадную интегральную схему PGA309 фирмы США «Texas Instruments Inc».

Нормирование сигнала преобразователя производят путем усиления его на последующих каскадах и передачи через программируемые делители. Здесь также происходит преобразование смешанного начального и измеряемого сигнала, т.е. существует зависимость изменения мультипликативной составляющей выходного сигнала от его аддитивной составляющей, что ведет к необходимости многократных настроек обеих составляющих сигнала. Это повышает трудоемкость и снижает точность преобразования.

Для настройки используют сложное дорогостоящее оборудование и специальные вычислительные программы, что требует дополнительных затрат.

Известен также способ нормирования измерительного преобразователя компенсационного типа, принятый за прототип и включающий подачу входного сигнала через входной резистор на усилитель к резистору цепи обратной связи и многократную корректировку параметров выходных величин преобразователя до нормированного значения (книга «Нормирующие измерительные преобразователи электрических сигналов», М.Б.Лейтман, М., «Энергоатомиздат», 1986 г., с.8-9, рис.1.2б).

Для получения нормированного выходного сигнала сначала корректируют мультипликативную его составляющую согласно формуле (1.13), при этом изменится и аддитивная составляющая, т.к. они зависят друг от друга. В формуле (1.13) два первых слагаемых образуют аддитивную составляющую, а два других - мультипликативную составляющую. В слагаемые, образующие аддитивную составляющую, входит коэффициент преобразования (с обратной связью), установленный на данный момент времени и характеризующий мультипликативную составляющую. Для обеспечения необходимой точности преобразования многократно повторяют настройку мультипликативной и аддитивной составляющих выходного сигнала. В результате может наступить такое их сочетание, что обеспечить требуемые их значения невозможно. Все это снижает точности и повышает трудоемкости настройки.

Задачей изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости настройки.

Заявляемый способ настройки измерительного преобразователя включает подачу входного сигнала через входной резистор на вход операционного усилителя к резистору цепи обратной связи и корректировку параметров выходных величин преобразователя до нормированного значения.

В отличие от прототипа обеспечивают независимую корректировку аддитивной составляющей выходного сигнала от его мультипликативной составляющей путем подачи сигнала, равного аддитивной составляющей выходного сигнала, на неинвертирующий вход операционного усилителя и обеспечения условия отсутствия тока в резисторе обратной связи, величина сопротивления которого обеспечивает мультипликативную составляющую выходного сигнала.

При подаче требуемого сигнала на неинвертирующий вход ОУ устанавливается такой же сигнал на инвертирующем входе ОУ, где он остается неизменным. Это обеспечено свойством ОУ.

Устанавливают равенство токов, протекающих по входному резистору и резистору смещения с помощью регулирования величины сопротивления последнего. Что обеспечивает отсутствие тока в резисторе обратной связи и значит равенство выходного сигнала требуемому нормированному сигналу, который является аддитивной составляющей выходного сигнала. Таким образом, выходной сигнал разделяют на независимые составляющие. Это повышает точность настройки с помощью простых нетрудоемких операций и обеспечивает независимость корректировки аддитивной составляющей выходного сигнала от его мультипликативной составляющей (т.е. от любого изменения сопротивления резистора обратной связи).

Таким образом, все заявляемые признаки являются существенными и решают поставленную задачу.

Для реализации способа используют электрическую схему (см. чертеж), содержащую последовательно соединенные входной резистор 1, величина сопротивления которого постоянная, и резистор смещения 2 для компенсации смещения входного сигнала, величина сопротивления которого регулируемая. Входной резистор 1 подключен последовательно к инвертирующему входу операционного усилителя (ОУ) 3, имеющего в цепи обратной связи резистор 4.

Способ настройки измерительного преобразователя реализуют следующим образом.

1. Подают входное напряжение Uвх на входной резистор 1. Затем подают на неинвертирующий вход ОУ требуемое номинальное напряжение Uадд, которое равно аддитивной составляющей выходного сигнала. Напряжения между входами ОУ всегда равны, следовательно, на инвертирующем входе ОУ также установится Uадд.

Согласно закону Ома протекающий через резистор 1 ток I1 определяют по формуле (1)

где (Uвх-Uадд) - напряжение в резисторе 1,

R1 - сопротивление резистора 1.

По закону Кирхгофа алгебраическая сумма токов в узле (в точке А) Iа равна нулю, формула (2):

где I1 - ток, протекающий через резистор 1,

I2 - ток, протекающий через резистор 2,

I3 - ток, протекающий через резистор 3.

Тогда из формулы (2) вытекает равенство (3)

Исходя из постоянства потенциала на инвертирующем входе ОУ, обеспечивают равенство токов, протекающих по резисторам 1 и 2:

Это равенство достигают регулированием значения сопротивления резистора 2, и при его обеспечении ток, протекающий через резистор 3, будет равен нулю, что вытекает из формул (2) и (3):

Из формул (5) и (6) следует, что напряжение на выходе ОУ Uвых установится равным аддитивной составляющей выходного сигнала Uадд:

Таким образом, произведена точная настройка Uвых преобразователя, т.е. при любом значении сопротивления резистора 3 требуемое напряжение на выходе ОУ будет неизменным.

2. При изменении входного сигнала преобразователя Uвх, т.е. при добавлении к нему полезной измеряемой составляющей Uи.вх, напряжение на входе будет равно сумме входных сигналов: Uвх+Uи.вх, тогда формула (1) примет вид:

При этом I2 - ток, протекающий через резистор 2, остается неизменным, т.к. потенциал на инвертирующем входе ОУ обеспечивают неизменным потенциалом на неинвертирующем входе ОУ.

Так как алгебраическая сумма токов в узле (в точке А) Ia равна нулю, формула (2), то при изменении тока I1 и сохранении неизменным тока I2 обеспечивают равенство изменением тока I3 путем изменения Uвых, см. формулу (6).

Преобразуя формулу (8), получим:

Тогда при условии I3=0 напряжение на выходе ОУ Uвых установится равным аддитивной составляющей выходного сигнала Uадд:

Изменение тока, протекающего через резистор 1 (Iи.1), будет равно изменению тока обратной связи (Iи.3), т.е. тока через резистор 3:

Для обеспечения соответствия приращения выходного сигнала Uи.вых от приращения входного сигнала Uи.вх регулируют сопротивление R3 резистора обратной связи в соответствии с формулой Ома:

Подставляя значение Iи.3 из формулы (13) в формулу (12), получим:

Так как R1 величина неизменная, то Uи.вых зависит от регулирования величины R3, которая определяет мультипликативный коэффициент преобразования.

Таким образом обеспечивают независимость регулировки начального выходного сигнала, равного Uадд, от изменения мультипликативного коэффициента преобразования, т.е. мультипликативной составляющей выходного сигнала.

Способ настройки измерительного преобразователя, включающий подачу входного сигнала через входной резистор на вход операционного усилителя к резистору цепи обратной связи и корректировку параметров выходных величин преобразователя до нормированного значения, отличающийся тем, что обеспечивают независимую корректировку аддитивной составляющей выходного сигнала от его мультипликативной составляющей путем подачи сигнала, равного аддитивной составляющей выходного сигнала, на неинвертирующий вход операционного усилителя, и обеспечения условия отсутствия тока в резисторе обратной связи, величина сопротивления которого обеспечивает мультипликативную составляющую выходного сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении физических величин с использованием дифференциальных датчиков на базе первичных измерительных преобразователей с раздельными электрическими выходами и неидентичными линейными характеристиками.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в технике автоматизации и управления производственными и иными процессами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью по температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью по температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для температурной корректировки передающей функции мостовых или полумостовых тензорезисторных, пьезорезисторных, емкостных или индуктивных датчиков силы, давления, углового перемещения и других физических величин.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для контроля различных физических величин

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для измерения основных параметров биологических объектов

Изобретение относится к расходометрии и может быть использовано в процессе измерения расхода среды с поддержанием постоянной амплитуды колебания трубки в интервале изменяющейся температуры

Изобретение относится к оптике, а именно к устройствам создания фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, в основном для проверки фоточувствительной поверхности фотоприемника

Изобретение касается способа эксплуатации и системы, снабженной электрической машиной, которая включает в себя статор (4) и ротор (1), а также инфракрасным температурным сенсором, при этом поле детекции инфракрасного температурного сенсора ориентировано по поверхности корпуса ротора. Инфракрасный температурный сенсор представляет собой термоэлектрический столбик (6) и служит для бесконтактной, радиометрической регистрации температуры ротора (1). Инфракрасный сенсор располагается в пазу статора (4) и является совместимым при монтаже со стандартными конструктивными элементами закрывающего пазового клина электрической машины. Технический результат заключается в повышении эффективности работы электрической машины за счет реализации согласованных по мощности состояний. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический преобразователь, включающий нагрузочный элемент, закрепляемый на контролируемом объекте, пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, который закреплен в заведомо нагруженном состоянии, и блок обработки сигнала. Нагрузочный элемент представляет собой пластину с цилиндрическим отверстием, в котором фотоупругий элемент цилиндрической формы регулируемо зажат в направлении действия измеряемых деформаций с помощью двух стержней, изготовленных из материала с коэффициентом температурного расширения, большим, чем соответствующий коэффициент пластины. При этом длина стержней рассчитана таким образом, что обеспечивает неизменность величины исходного сжатия от изменения температуры. Технический результат - повышение точности измерений при одновременном упрощении конструкции устройства. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявленная группа изобретений относится измерительной технике и предназначена для контроля технологических процессов. Сборка датчика для использования с передатчиком процесса содержит аналоговый чувствительный элемент, соединительные провода датчика для подсоединения аналогового чувствительного элемента к передатчику процесса для подачи аналогового сигнала датчика от аналогового чувствительного элемента к передатчику процесса, схему памяти для хранения информации, относящейся к сборке датчика, и схему интерфейса, соединенную с соединительными проводами датчика для обеспечения цифровой связи между схемой памяти и передатчиком процесса по соединительным проводам датчика, причем схема интерфейса сконфигурирована, чтобы обеспечивать возможность предоставлять аналоговый сигнал датчика и цифровую связь одновременно по соединительным проводам датчика. При этом цифровая связь обеспечивается модулированным сигналом несущей, и при этом схема интерфейса накапливает мощность для схемы памяти из модулированного сигнала несущей, принятого по соединительным проводам датчика. Технический результат - повышение точности измерений. 9 н. и 36 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую физическую величину в переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна физической величине. Осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора, выполненного на двух диодах, расположенных в корпусе микросборки из «n» диодов. Полученный постоянный сигнал усиливают и преобразуют в физическую величину, компенсирующую измеряемую физическую величину. При этом величина постоянного сигнала является мерой измеряемой физической величины. Третий диод микросборки используют в качестве датчика температуры, сигналом которого управляют током, протекающим через остальные последовательно соединенные «n-3» диода микросборки, обеспечивая при этом термостабилизацию внутри корпуса микросборки. Технический результат - повышение точности измерения физической неэлектрической величины за счет исключения из результатов измерения составляющей, обусловленной изменением температуры окружающей среды. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки техники, связанных с измерением перепада давления среды. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности датчика разности давления. Датчик давления содержит корпус, в котором герметично размещены полупроводниковые чувствительные элементы, на которых сформированы тензодатчики, две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью и расположенные с торцов по ходу движения жидкости. Первый полупроводниковый чувствительный элемент с первым тензодатчиком расположены между полостями, второй полупроводниковый чувствительный элемент параллелен первому полупроводниковому чувствительному элементу. Корпус загерметизирован профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно сторон корпуса. Полупроводниковые чувствительные элементы выполнены в виде микроэлектромеханических структур разной толщины. Второй чувствительный элемент со стороны тензодатчика соединен с атмосферой и имеет толщину большую, чем первый чувствительный элемент. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для настройки измерительных преобразователей

Наверх