Способ коррекции результатов измерений тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем

Авторы патента:

G01B7/16 - для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами

Владельцы патента RU 2469262:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в устройствах измерения, содержащих в своем составе тензорезисторные мостовые датчики и инструментальные усилители, запитанные от однополярного источника постоянного тока. Способ реализуется следующим образом. Первоначально отключают питание тензорезисторного мостового датчика. Измеряют сигнал с выхода обесточенного тензорезисторного мостового датчика. Измеренный сигнал (т.к. питание датчика отсутствует) представляет собой величину аддитивной погрешности, вносимой термо-ЭДС и протекающими токами смещения инструментального усилителя через элементы тензорезисторного мостового датчика, усиленные инструментальным усилителем. Эту величину погрешности сохраняют в памяти запоминающего устройства. Затем производят штатные измерения, для чего запоминающее устройство отключают от выхода инструментального усилителя и подают питание на тензометрический мостовой датчик. Из выходного сигнала инструментального усилителя вычитают величину погрешности, записанную в запоминающем устройстве. Технический результат изобретения заключается в увеличении точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к проблеме повышения точности измерений при воздействии систематических мешающих факторов с аддитивными свойствами. К ним относятся, например, изменения температуры элементов, образующих измерительный тракт, ток смещения выходного сигнала инструментального усилителя, термо-ЭДС, возникающие в местах контактов разнородных материалов электрических цепей измерительного канала, и др.

Предлагаемый способ коррекции эффективен в измерительных каналах, содержащих тензометрические мостовые датчики с инструментальным усилителем при измерении неэлектрических физических величин электрическим способом.

Известен ряд способов, повышающих достоверность результатов измерения при воздействии мешающих факторов, например «Способ калибровки измерительных систем», патент РФ №2262713, МПК G01R 35/00, «Способ градуировки измерительных каналов тензометрических систем», патент РФ №2006789, МПК G01B 7/18.

Указанные способы предлагают создание образцовых сигналов разных уровней и проведение на их основе методом аппроксимации процедуры коррекции градуировочных характеристик измерительного канала.

Недостатком приведенных способов является необходимость большого объема вычислительных операций, что значительно снижает быстродействие измерительных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому способу коррекции является способ, основанный на исключении систематических аддитивных погрешностей посредством вычисления разности двух входных сигналов: одного штатного, измерительного, а другого - эталонного (нулевого), поступающих на вычитающее устройство по двум идентичным измерительным цепям («Измерение электрических и неэлектрических величин». Учебное пособие для вузов / Н.Н.Евтихеев, Я.А.Купершмидт и др. Под общей ред. Н.Н.Евтихеева. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.120-122).

Недостатком данного способа является наличие двух измерительных каналов, абсолютно одинаковые характеристики которых труднодостижимы по причине необходимости полной идентичности элементов их составляющих и внешних воздействий, в которых они находятся. Невозможность выполнения указанных условий приводит к снижению точности измерений.

В предлагаемом способе используется только один измерительный канал, который периодически переводится из штатного режима работы в режим измерения величины погрешности с ее запоминанием. Затем запомненную величину погрешности вычитают из результатов измерений, производимых в штатном режиме. Тем самым исключают возникновение неучитываемых погрешностей. Техническим результатом изобретения является увеличение точности измерения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ коррекции результатов измерения тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем, запитанных однополярным источником постоянного тока, основанный на методе вычитания аддитивных погрешностей из измерительного сигнала, вводят режим определения указанных погрешностей в измерительном канале, для чего в измерительном канале вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика отключают от источника напряжения питания и соединяют ее с шиной «земля», тем самым на вход инструментального усилителя подают сигнал аддитивной погрешности Δ_ад и на его выходе получают сигнал

Δ_адК+U_см, где

K - коэффициент усиления инструментального усилителя, U_см - напряжение смещения нулевого уровня выходного сигнала инструментального усилителя, после этого выход инструментального усилителя отключают от прямого входа первого сумматора и подключают к прямому входу второго сумматора, на который подают сигнал Δ_адК+U_см, причем на инверсный вход этого сумматора постоянно подают сигнал U_см, на выходе второго сумматора получают сигнал Δ_адК, который записывают в запоминающее устройство, с выхода запоминающего устройства сигнал Δ_адК подают на инверсный вход первого сумматора, затем переходят в режим штатных измерений, для чего отключают выход инструментального усилителя от прямого входа второго сумматора, подключают вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика к источнику питания, а выход инструментального усилителя подключают к прямому входу первого сумматора, в результате указанных операций на прямом входе первого сумматора получают сигнал

, где

R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика, ΔR - изменение сопротивления тензорезисторов от изменения измеряемых параметров, после этого из сигнала, находящегося на прямом входе первого сумматора, вычитают сигнал Δ_адК, находящийся на его инверсном входе, тем самым на выходе первого сумматора (выходе измерительного устройства) получают сигнал , процедуру вычитания выполняют в течение режима штатного измерения до наступления следующего режима определения погрешностей, управление переключениями с режима определения погрешностей на режим штатных измерений производят либо через заданный промежуток времени, либо через заданный интервал изменения температуры тензометрического мостового датчика, которую контролируют в процессе измерений.

На фигуре показана структурная схема устройства, реализующая предложенный способ:

1, 2, 3, 4 - тензорезисторы;

5, 6, 7 - ключи;

8 - инструментальный усилитель (ИУ);

9 - первый сумматор;

10 - запоминающее устройство;

11 - устройство управления;

12 - второй сумматор.

Измерительное устройство состоит из тензометрического мостового датчика (резисторы 1, 2, 3, 4), трех коммутирующих ключей 5, 6, 7, инструментального усилителя 8, двух сумматоров 9, 12, запоминающего устройства 10 и устройства управления 11. Ключ 5 соединяет (разъединяет) вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика (общая точка резисторов 1, 3) либо с шиной «земля», либо с источником питания U_п. Вершина нулевого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика (общая точка резисторов 2, 4) соединена с шиной «земля». Вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика (общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4) соединены с дифференциальным входом инструментального усилителя 8. Вход питания инструментального усилителя 8 постоянно соединен с однополярным источником питания. Корректирующий вход инструментального усилителя 8 соединен с источником напряжения смещения U_см нулевого уровня его выходного сигнала.

Выход инструментального усилителя 8 соединен с входами параллельно включенных ключей 6, 7. Выход ключа 6 подключен к прямому входу второго сумматора 12, инверсный вход которого постоянно соединен с источником напряжения смещения U_см. Выход сумматора 12 соединен с входом запоминающего устройства 10. Выход запоминающего устройства 10 связан с инверсным входом первого сумматора 9. Выход ключа 7 соединен с прямым входом первого сумматора 9. Выход сумматора 9 является выходом измерительного устройства. Переключение с режима штатного измерения на режим контроля погрешностей производится устройством управления 11, выход которого связан с управляющими входами ключей 5, 6, 7.

Реализуется предлагаемый способ следующим образом. В режиме определения аддитивных погрешностей в измерительном канале по управляющей команде с устройства управления 11 вершину высокого потенциала тензометрического мостового датчика (общая точка резисторов 1 и 3) ключом 5 отключают от источника постоянного тока U_п и подключают к шине "земля". Выход инструментального усилителя 8 ключом 7 отключают от прямого входа первого сумматора 9 и ключом 6 подключают к прямому входу второго сумматора 12. Инверсный вход сумматора 12 постоянно соединен с источником напряжения смещения нулевого уровня выходного сигнала инструментального усилителя U_см. В результате проведенных операций на вход инструментального усилителя 8 подают (т.к. мостовой датчик обесточен) только сигнал аддитивной погрешности Δ_ад, возникающий например, в результате паразитных термо-ЭДС, в местах соединения линий связи вершин измерительной диагонали мостового датчика (общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4) с инструментальным усилителем 8. На выходе инструментального усилителя 8 получают сигнал Δ_адК+U_см, где K - коэффициент усиления инструментального усилителя. Этот сигнал через ключ 6 подают на прямой вход второго сумматора 12, т.к. на инверсном входе сумматора 12 находится сигнал U_см, то на выходе его получают сигнал Δ_адК, который запоминают в запоминающем устройстве 10. На этом режим определения аддитивной погрешности завершают. По управляющей команде с устройства управления 11 ключом 5 вершину высокого потенциала мостового датчика соединяют с источником питания U_п. Выход инструментального усилителя 8 отключают ключом 6 от прямого входа второго сумматора 12 и подключают ключом 7 к прямому входу первого сумматора 9. В результате проведенных переключений на вход инструментального усилителя подают сигнал где R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика, ΔR - изменение сопротивления тензорезисторов от изменения измеряемых параметров. На выходе инструментального усилителя 8 получают сигнал Этот сигнал подают на прямой вход первого сумматора 9, где из него вычитают сигнал Δ_адK, который подают на инверсный вход этого сумматора с выхода запоминающего устройства 10. В результате на выходе первого сумматора 9 получают сигнал , т.е. полезный сигнал без систематической аддитивной погрешности.

Управление переключениями с режима определения погрешностей на режим штатных измерений производят либо через заданный промежуток времени (Δτ), либо через заданный интервал изменения температуры тензометрического мостового датчика (ΔT), которую контролируют в процессе измерения.

Способ коррекции результатов измерения тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем, запитанных однополярным постоянным током, основанный на методе вычитания аддитивных погрешностей из измерительного сигнала, отличающийся тем, что для определения аддитивных погрешностей в измерительном канале вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика отключают от источника напряжения питания и соединяют ее с шиной «земля», тем самым на вход инструментального усилителя подают сигнал аддитивной погрешности Δ_ад и на его выходе получают сигнал
Δ_адК+U_см,
где К - коэффициент усиления инструментального усилителя, U_см - напряжение смещения нулевого уровня выходного сигнала инструментального усилителя, после этого выход инструментального усилителя отключают от прямого входа первого сумматора и подключают к прямому входу второго сумматора, на который подают сигнал Δ_aдK+U_см , причем на инверсный вход этого сумматора постоянно подают сигнал U_см, на выходе второго сумматора получают сигнал Δ_адК, который записывают в запоминающее устройство, с выхода запоминающего устройства сигнал Δ_адК подают на инверсный вход первого сумматора, затем переходят в режим штатных измерений, для чего отключают выход инструментального усилителя от прямого входа второго сумматора, подключают вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика к источнику питания, а выход инструментального усилителя подключают к прямому входу первого сумматора, в результате указанных операций на прямом входе первого сумматора получают сигнал
,
где R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика, ΔR - изменение сопротивления тензорезисторов от изменения измеряемых параметров, после этого из сигнала, находящегося на прямом входе первого сумматора, вычитают сигнал Δ_адК, находящийся на его инверсном входе, тем самым на выходе первого сумматора, т.е. на выходе измерительного устройства получают сигнал , процедуру вычитания выполняют в течение режима штатного измерения до наступления следующего режима определения погрешностей, управление переключениями с режима определения погрешностей на режим штатных измерений производят либо через заданный промежуток времени, либо через заданный интервал изменения температуры тензометрического мостового датчика, которую контролируют в процессе измерений.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ коррекции результатов измерения тензометрическим мостовым датчиком с инструментальным усилителем // 2468334

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем, запитанных постоянным током.

Способ нанесения покрытия на покрытую карбидом кремния подложку // 2466116

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на деталь с выполненной из карбида кремния (SiC) поверхностью. .

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор // 2463687

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций, так и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.).

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор // 2463686

Способ измерения деформации и устройство для его осуществления // 2452928

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформации грунта, горных пород, зданий, сооружений и железобетонных конструкций. .

Устройство для измерения смещений боковых пород в горных выработках // 2451178

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для исследования проявления горного давления в горных выработках. .

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2450244

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике Технический результат: повышение точности настройки. .

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

Устройство для преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал // 2472107

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения механических величин и может быть использовано в средствах автоматизации контроля технологических процессов

Чувствительный элемент для измерения физических величин на магнитостатических волнах // 2475716

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения физических величин (температуры, давления, деформации)

Устройство контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения // 2482445

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а именно к диагностике и мониторингу состояния конструкции зданий или других инженерно-строительных сооружений в процессе строительства и эксплуатации

Тензометр // 2483277

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для продолжительных измерений напряженно-деформированного состояния морских ледостойких сооружений

Датчик тензометрический // 2488771

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера

Стенд для градуировки тензоэлементов // 2500983

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензометрии. Технический результат заключается в расширении области практического применения стенда и тензоэлемента, обеспечении мобильности стенда. Стенд для градуировки тензоэлементов содержит динамометр ДНУ, тензоэлемент, представляющий собой полую балку с наклеенными на нее тремя блоками тензорезисторов, соединительные элементы и крепежные детали для фиксации тензоэлемента в трех пространственных положениях с целью нагружения его в направлении действия одной из трех соответствующих составляющих нагружающего усилия, а также последующей его разгрузки, в качестве механизма нагружения используется талреп, тензоэлемент оснащен съемным кронштейном для крепления одиночного режущего инструмента. Запись, хранение и обработка значений усилий воспринимаемых тензоэлементом осуществляется комплексом измерительно-регистрирующей аппаратуры. Все компоненты стенда, собранные в единую кинематическую цепь, размещаются на раме, которая включает опору, вертикальную стойку, горизонтальную балку и укосины. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наклеиваемый полупроводниковый тензорезистор (варианты) // 2505782

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в прочностных испытаниях для определения напряженного состояния конструкций и в качестве чувствительного элемента в датчиках механических величин (силы, давления, веса, перемещения и т.д.). Сущность: тензорезистор содержит носитель из металлической фольги в виде нити с площадками на ее концах, сформированную с одной стороны носителя полимерную подложку, расположенные на другой стороне носителя диэлектрическую пленку и тензочувствительную пленку из поликристаллического моносульфида самария, а также металлическую пленку, сформированную на тензочувствительной пленке. Концы нити носителя выполнены в виде скобообразного элемента, соединенного концами с серединами боковых сторон площадок. Либо нить носителя выполнена с поперечными полосками на концах. Диэлектрическая и тензочувствительная пленки повторяют форму носителя. Металлическая пленка выполняет роль электрических контактов и также повторяет форму носителя, но с разрывом (промежутком) в ее средней части. Технический результат: повышение точности измерений за счет исключения искажающего влияния площадок носителя на деформацию рабочей нити. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика // 2506534

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи и при температуре t+, и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи . Если полученное значение Δαдо является положительным, то преобразуют положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную путем включения термозависимого резистора Rαвх в диагональ питания при одновременном шунтировании входного сопротивления мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Для этого определяют входное сопротивление и ТКС входного сопротивления, а также ТКЧ тензорезисторов и при температуре t+ и t- и вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи Если и Δαд оказываются в области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то принимают номинал термонезависимого резистора Rш равным входному сопротивлению, вычисляют номинал резистора Rαвх. Включают резисторы Rαвх и Rш в диагональ питания мостовой цепи. Определяют ТКЧ мостовой цепи при температуре t+ и t-, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δαдо. Если Δαдо принимает отрицательное значение, то производят компенсацию мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи путем включения термозависимого резистора Rαвых, зашунтированного термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи при сопротивлении нагрузки Rн≤1 кОм. Технический результат: повышение точности компенсации. 3 ил., 3 табл.

Способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах и электромагнитный скважинный дефектоскоп // 2507393

Изобретение относится к области контроля технического состояния обсадных колонн, насосно-компрессорных труб и других колонн нефтяных и газовых скважин. Техническим результатом является повышение точности и достоверности выявления наличия и местоположения поперечных и продольных дефектов конструкции скважины и подземного оборудования как в магнитных, так и в немагнитных первом, втором и последующих металлических барьерах. Способ электромагнитной дефектоскопии в многоколонных скважинах включает измерение ЭДС самоиндукции, наведенной в катушке вихревыми токами, возбуждаемыми в исследуемых металлических барьерах процессом спада электромагнитного поля, вызванного импульсами тока намагничивания катушки. На каждую из приемно-генераторных катушек в отдельности подают серию импульсов фиксированной длительности из диапазона 0,1-1000 мс, намагничивая последовательно все металлические барьеры, начиная с ближайшего, причем длительность импульсов возрастает для каждого последующего металлического барьера. Полученные данные сохраняют и обрабатывают путем сравнения с модельными данными, по результатам обработки судят о наличии дефекта в металлических барьерах. Электромагнитный скважинный дефектоскоп содержит корпус, катушки, расположенные вдоль оси устройства, магнитная ось которых совпадает с осью устройства, блок электроники, по меньшей мере, две приемно-генераторных катушки, каждая из которых состоит из генераторной и приемной катушек с единым сердечником. Причем приемно-генераторные катушки выполнены разного размера, разнесены друг от друга на оси устройства на расстояние не меньше длины большей приемно-генераторной катушки. 2 н. и 36 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют ТКЧ мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до). Если полученное значение Δαдо является положительным, то преобразуют положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную путем включения термозавимого резистора Rαвх. Для этого определяют входное сопротивление, а также значения ТКС входного сопротивления, ТКЧ тензорезисторов α+ д и α- д при температуре t+ и t-, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαд=α+ д-α- д). Если α+ д и α- д оказываются в области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то вычисляют номинал резистора Rαвх. Включают резистор Rαвх в диагональ питания мостовой цепи. Определяют ТКЧ мостовой цепи при температуре t+ и t-, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δαдо. Если Δαдо принимает отрицательное значение, то производят компенсацию мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи путем включения термозависимого резистора Rαвых, зашунтированного термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи при сопротивлении нагрузки Rн≤2кОм. Технический результат: повышение точности компенсации. 3 ил., 3 табл.