Способ коррекции результатов измерений тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем



Способ коррекции результатов измерений тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем

 


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 Δад и на его выходе получают сигнал

ΔадК+Uсм, где

K - коэффициент усиления инструментального усилителя, Uсм - 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 ΔадК+Uсм, причем на инверсный вход этого сумматора постоянно подают сигнал Uсм, на выходе второго сумматора получают сигнал ΔадК, который записывают в запоминающее устройство, с выхода запоминающего устройства сигнал ΔадК 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 ΔадК, 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 Uп. 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 Uсм 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 Uсм. 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 Uп 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 Uсм. В результате проведенных операций на вход инструментального усилителя 8 подают (т.к. мостовой датчик обесточен) только сигнал аддитивной погрешности Δад, 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 ΔадК+Uсм, 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 Uсм, то на выходе его получают сигнал ΔадК, 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 Uп. 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 ΔадK, 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 Δад и на его выходе получают сигнал
ΔадК+Uсм,
где К - коэффициент усиления инструментального усилителя, Uсм - 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 ΔK+Uсм , причем на инверсный вход этого сумматора постоянно подают сигнал Uсм, на выходе второго сумматора получают сигнал ΔадК, который записывают в запоминающее устройство, с выхода запоминающего устройства сигнал ΔадК 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 ΔадК, 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.



 

Похожие патенты:

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.

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

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.).

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.).

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

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

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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.
Наверх