Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. для исследования прочности конструкций с помощью одиночных тензорезисторов без применения компенсационных тензорезисторов. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности устройства. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройстве выходы источника тока и входы дифференциального усилителя поочередно подключены параллельно тензорезистору и резистору через переключатель, выход дифференциального усилителя соединен со входом схемы вычитания, а выход схемы вычитания образует выход устройства. Процесс измерения состоит из четырех тактов, В первом такте выходы источника тока и входы дифференциального усилителя подключены к тензорезистору, во втором такте - к резистору. Выходное напряжение первого такта запоминается в схеме вычитания, а во втором такте из выходного напряжения дифференциального усилителя вычитается результат первого такта. Работа устройства в третьем и четвертом тактах повторяет работу в первых двух. Результатом измерения является разность выходных сигналов схемы вычитания при четвертом и втором тактах, при этом компенсируются неинформативные составляющие сигнала, влияние внешних помех сведено к разности их приращений, что позволяет размещать резистор вне зоны размещения тензорезистора. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. для исследования прочности конструкций с помощью одиночных тензорезисторов без применения компенсационных тензорезисторов.

Известны преобразователи изменения сопротивления в напряжение с подключением одиночного тензорезистора по трехпроводной схеме в одно из плеч моста, к питающей диагонали моста подключен источник питания, выходной сигнал снимают с выходной диагонали моста (М.Л.Дайчик, Н.И.Пригоровский, Г.Х.Хуршудов. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник Основы проектирования машин. - М.: Машиностроение, 1989, стр.51, рис.6). Применение трехпроводного включения тензорезистора с равными сопротивлениями проводов линии связи в мост устраняет влияние начальных сопротивлений проводов, но остаются погрешности от разницы их сопротивлений, что в наибольшей степени сказывается при работе в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. Кроме того, такие преобразователи незащищены от влияния внешних помех ввиду несимметричности схемы включения тензорезистора.

Существуют различные схемы преобразователей с тензорезистором, подсоединенным по трехпроводной схеме, в которых решаются задачи по снижению погрешности от влияния сопротивления проводов линии связи, коррекции погрешности от нелинейности, вычитанию постоянного значения напряжения, соответствующего начальному значению напряжения на тензорезисторе, и др., но не устраняется погрешность от влияния внешних помех на результат измерения.(Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - стр.76, рис.2.11).

Известны преобразователи изменения сопротивления в напряжение с подключением одиночного тензорезистора по четырехпроводной схеме, в которых достигается более полная коррекция погрешностей, вызванных активным сопротивлением проводов соединительной линии. Наилучшие характеристики обеспечиваются при питании тензорезистора от источника тока. (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. -2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. - стр.78 -80, рис.2.12, 2.13). При использование двух одинаковых источников тока (или одного взвешенного) и опорного резистора компенсируется начальное значение напряжения на тензорезисторе, но не компенсируются неинформативные составляющие сигнала, в том числе и погрешность от внешних помех.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение, описанное в патенте 2366966 G01R 27/02,2006 г. Устройство содержит тензорезистор, резистор и источник тока, соединенные последовательно, два дифференциальных усилителя и переключатель, при этом входы одного дифференциального усилителя через нормально замкнутые контакты переключателя подключены параллельно тензорезистору и через нормально разомкнутые - параллельно резистору, а входы второго дифференциального усилителя подключены через нормально замкнутые контакты параллельно резистору и через нормально разомкнутые - параллельно тензорезистору, при этом выходы дифференциальных усилителей являются выходом устройства.

При отсутствии внешних помех устройство не содержит неинформативных составляющих и обеспечивает высокую точность измерения при изменении температуры окружающей среды

Недостатком устройства является низкая помехозащищенность, что существенно ограничивает области расположения тензорезистора и резистора.

При аддитивной смеси полезного сигнала и помехи напряжение помехи на выходе устройства в первом такте измерения:

Uвых1=Ку1·Uпом1-Ку2·Uпом2, где Ку1 и Ку2 - коэффициенты усиления усилителей, Uпом1 и Uпом2 - напряжение помех на входе первого и второго усилителей.

Во втором такте измерения:

Uвых2=Ку1·(Uпом2+ΔUпом2)-Ку2·(Uпом1-ΔUпом1),

где ΔUпом1 и ΔUпом2 - приращение напряжения помех во втором такте измерения.

В результате двух тактов;

Uвых1-Uвых2=(Ку1+Ку2)·(Uпом1-Uпом2)+Ку2·ΔUпом1-Ку1·ΔUпом2.

При Ку1 и Ку2=Ку, что практически всегда выполняется:

Uвых1-Uвых2=2·Ку·(Uпом1-Uпом2)+Ку·(ΔUпом1-ΔUпом2)

Напряжение помехи на выходе устройства отсутствует лишь при равенстве уровня напряжений помех на входах дифференциальных усилителей. При отсутствии помехи по входу одного из дифференциальных усилителей на выходе устройства присутствует усиленная в два Ку раз помеха по входу второго дифференциального усилителя. Поэтому необходимо располагать тензорезистор и резистор в непосредственной близости и обеспечивать идентичность параметров соединительных линий.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования сопротивления в напряжение, содержащем тензорезистор, резистор, дифференциальный усилитель и переключатель, введены двухполярный источник тока прямоугольной формы и схема вычитания, при этом выходы источника тока через нормально замкнутые контакты переключателя подключены параллельно тензорезистору и через нормально разомкнутые - параллельно резистору, входы дифференциального усилителя подключены через нормально замкнутые контакты параллельно тензорезистору и через нормально разомкнутые - параллельно резистору, а выход дифференциального усилителя соединен со входом схемы вычитания, при этом выход схемы вычитания образует выход устройства.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для преобразования изменения сопротивления в напряжение. Устройство содержит тензорезистор Rтр, резистор Ro, двухполярный источник тока прямоугольной формы 1, дифференциальный усилитель 3, выходы источника тока и входы дифференциального усилителя подключаются параллельно Rтр и Ro через переключатель 4, выход дифференциального усилителя соединен со входом схемы вычитания 2, выход схемы вычитания является выходом преобразователя.

Работа предлагаемого устройства

При одном состоянии переключателя 4 (контакты К1÷К4 замкнуты, К5÷К8 разомкнуты), входы дифференциального усилителя 3 и выходы источника тока 1 подключены параллельно Rтр. При втором состоянии (контакты К5÷К8 замкнуты, К1÷К4 разомкнуты) входы дифференциального усилителя 3 и выходы источника тока 1 подключены параллельно Ro.

Процесс измерения состоит из четырех тактов. Первые два такта проводятся при положительном значении тока источника, третий и четвертый такты - при отрицательном. При этом напряжения на Rтp и Ro меняют свой знак на обратный, а напряжение низкочастотной помехи не зависит от величины тока и его полярности и не меняет своего знака.

В течение первого такта замыкаются контакты К1÷К4, а контакты К5-К8 разомкнуты. При этом напряжение на выходе усилителя 3 определяется как;

Uвых1=Ky·I·Rтp+Ky·Uпом1+U03, где I - ток источника тока 1, Ку - коэффициент усиления дифференциального усилителя, Uпом1 - напряжение помехи на входе усилителя в первом такте, U03 - собственное смещение нуля усилителя 3.

В конце первого такта выходное напряжение Uвых1 запоминается схемой вычитания 2.

Во втором такте контакты К5÷К8 замыкаются, а контакты К1÷К4 разомкнуты. При этом напряжение на выходе усилителя:

Uвых2=Ky·I·R0+Ky·Uпом2+U03,

где Uпом2- напряжение помехи на входе усилителя 3 во втором такте. Выходное напряжение схемы вычитания во втором такте:

Ucx2=Uвых2-Uвых1=Ky·I·(R0-Rтp)+Ky·(Uпом2+Uпом1)+U02,

где U02 - напряжение смещения нуля схемы вычитания 2.

Процесс измерения в тактах 3 и 4 проводится при отрицательном значении тока I и аналогичен работе в тактах 1 и 2.

Напряжение на выходе усилителя в третьем такте:

Uвых3= -Ку·I·(Rтр+ΔRтр)+Ky·(Uпом1+ΔUпом1)+U03,

где ΔUпом1 - приращение напряжения помехи за второй и третий такты измерения, ΔRтр - приращение сопротивления тензорезистора от нагрузки за второй и третий такты.

В конце третьего такта выходное напряжение Uвых3 запоминается схемой вычитания.

Напряжение на выходе усилителя в четвертом такте:

Uвых4= -Ky·I·R0+Ky·(Uпом2+ΔUпом2)+U03,

где ΔUпом2 - приращение напряжения помехи Uпом2 за третий и четвертый такты измерения.

Выходное напряжение схемы вычитания в четвертом такте:

Ucx4=Uвых4-Uвых3=Ку·I·ΔRтр-Ky·I·(R0-Rтр)+Ky·(Uпом2-Uпом1)+Ky· (ΔUпом2-ΔUпом1).

Разность значений

Ucx4-Ucx2=Ку·I·ΔRтр-2 Ky·I·(R0-Rтp)+Ky·(ΔUпом2-ΔUпом1) является результирующей формулой преобразования. При равенстве сопротивлений тензорезистора и резистора Rтp и R0.

Ucx4-Ucx2=Ky·I·ΔRтp+Ky·(ΔUпом2-ΔUпом1).

Выходной сигнал кроме информативной составляющей содержит только разницу приращений напряжений помех за два такта измерения.

Вычитание сигналов (Uвых2-Uвых1) и (Uвых4-Uвых3) осуществлялось в аналоговом виде. Вычитание сигналов (Ucx4-Ucx2) может осуществляться после соответствующего усиления в аналоговом виде или после аналого-цифрового преобразования - в цифровом.

Погрешность измерения от неинформативной составляющей (ΔUпом2-ΔUпом1) пренебрежимо мала, поскольку помеха, как правило, является низкочастотным процессом с периодом в тысячи и десятки тысяч микросекунд, а два такта измерения составляют лишь десятки микросекунд.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает намного большую степень помехозащищенности измерения, а резистор может находиться не только в зоне тензорезистора, но и в любом другом месте, в т.ч. и в аппаратуре. В этом случае при вычислении деформации вносится поправка на температурную характеристику тензорезистора.

Предлагаемое изобретение будет использоваться при создании бортовой многоканальной тензоизмерительной аппаратуры с одиночным тензорезистором для исследования прочностных характеристик элементов конструкции летательных аппаратов в полете.

Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение, содержащее тензорезистор, резистор, двухполярный источник тока прямоугольной формы, переключатель и дифференциальный усилитель, отличающееся тем, что в него введена схема вычитания, при этом выходы источника тока через нормально замкнутые контакты переключателя подключены параллельно тензорезистору и через нормально разомкнутые параллельно резистору, входы дифференциального усилителя подключены через нормально замкнутые контакты параллельно тензорезистору и через нормально разомкнутые - параллельно резистору, а выход дифференциального усилителя соединен со входом схемы вычитания, при этом выход схемы вычитания образует выход устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области метеорологического приборостроения и направлено на мгновенное определение смены фазы воды и снижение влияния фазы воды и наличия примесей в ней на точность измерения толщины.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения активного сопротивления и может использоваться во влагометрии материалов, при физико-химических исследованиях жидкостей, а также при автоматическом контроле технологических процессов.

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников.

Изобретение относится к электрическим измерениям, а именно к устройствам контроля сопротивления изоляции электрической сети постоянного тока. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения составляющих внутреннего сопротивления химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к области физики плазмы, газовых разрядов, сильноточной электронике, радиофизике, астрофизике и может применяться для исследования динамики распространения электромагнитных импульсов в диспергирующих неоднородных средах, радиолокации.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для эффективного контроля напыления тонких металлических пленок

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции электрических машин и аппаратов

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к области измерения параметров объектов, имеющих схемы замещения в виде многоэлементных пассивных двухполюсников. Технический результат заключается в повышении точности определения параметров объектов измерения в измерителе с питанием импульсами напряжения, имеющими форму функции n-й степени времени, за счет исключения группы составляющих погрешности измерения. Технический результат достигается благодаря тому, что для определения обобщенных параметров проводимости измеряемой многоэлементной двухполюсной RLC цепи используется уравновешивание составляющих тока через RLC цепь, изменяющихся по закону n-й, (n-1)-й, …, 1-й, нулевой степени, и компенсирующего тока, создаваемого многоэлементным потенциально частотно-независимым двухполюсником (ПЧНД) с регулируемыми параметрами. При этом устраняются источники погрешностей измерения, обусловленные шунтирующим действием измерительной цепи на импеданс измеряемой RLC цепи и ПЧНД, а также присутствием синфазного напряжения на входе преобразователя «ток-напряжение». Измеритель сохраняет свойство раздельного уравновешивания и расширенные функциональные возможности, позволяющие создавать устройства для определения параметров различных вариантов многоэлементных двухполюсных цепей и схем замещения типа R-C, R-L и R-L-C. 1 ил.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для профилактических испытаний изоляции крупных электрических машин и аппаратов, имеющих большую постоянную времени. Техническим результатом заявленного изобретения выступает сокращение времени измерения установившегося значения сопротивления изоляции. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство введены два дифференциатора, два компаратора и два RS-триггера, два двухвходовых элемента И, одновибратор и устройство слежения-хранения, с помощью которых фиксируется значение сопротивления изоляции, равное половине установившегося значения. Суть изобретения заключается в том, что устройство следит за изменением сопротивления изоляции в процессе его измерения и фиксирует значение сопротивления, при котором зависимость сопротивления от времени проходит точку перегиба. Установившееся значение сопротивления изоляции определяют как удвоенное значение сопротивления изоляции, при котором наблюдается точка перегиба. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками. Микроконтроллерный измерительный преобразователь с уравновешиванием резистивного моста содержит первый резистор 1, второй резистор 2 (он же резистивный датчик), третий резистор 3, четвертый резистор 4, пятый резистор, RC-фильтр 6 и микроконтроллер 7. Резисторы 1, 2 и 5 первыми выводами подключены к входу RC-фильтра 6, выход которого подключен к первому входу АК (АК не показан) микроконтроллера 7, второй вывод резистора 5 подключен к выходу ШИМ (ШИМ не показан) микроконтроллера 7, первые выводы резисторов 3 и 4 подключены ко второму входу АК микроконтроллера 7, вторые выводы резисторов 1, 2, 3, и 4 подключены, соответственно к первому, второму, третьему и четвертому дискретным выходам микроконтроллера 7. Технический результат заключается в повышении точности микроконтроллерного измерительного преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в возбуждении кратковременным электрическим импульсом в LC-контурах измерительного и опорного плеч датчика колебательных сигналов и аналого-цифровом преобразовании их в числовые массивы данных, временной инверсии путем переиндексации элементов массивов, осуществлении Фурье-преобразования полученных в результате инверсии сигналов и определении действительных Re U(f) и мнимых Im U(f) трансформантов сигналов на частоте, наиболее близкой к частоте основной гармоники, что позволяет вычислить начальные фазы колебаний сигналов для измерительного и опорного плеч датчика, разность которых однозначно связана с изменением параметров датчика. Технический результат заключается в повышении точности. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для высокоэффективного контроля объектов, в качестве информативного параметра которых используют электрический импеданс. Способ включает определение глубины пропитки объекта расположением измерительных электродов в виде овальной формы с числом 2n на участке объекта, измерение импедансов между всеми ближайшими соседними измерительными электродами в первой серии, импедансов между всеми измерительными электродами во второй серии с отличием на единицу, сравнение результатов, по которым судят о глубине пропитки. Устройство содержит генератор переменного напряжения, четырехплечую мостовую измерительную цепь, масштабный усилитель, операционный усилитель, амплитудный выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство и два мультиплексора. В него дополнительно введены 2n-е число измерительных электродов, формирователь прямоугольных импульсов и блок управления мультиплексорами, при этом измерительные электроды расположены на объекте в виде овальной формы и соединены с информационными входами мультиплексоров, измерительные электроды от 1 до 2n-1 соединены с первым мультиплексором, а со второго по 2n со вторым мультиплексором, вход формирователя прямоугольных импульсов соединен с генератором переменного напряжения, а выход с входом блока управления мультиплексорами, два равных выходов которого соответственно соединены с адресными входами первого и второго мультиплексоров. Технический результат заключается в повышении точности измерения импеданса, расширении функциональных возможностей и повышении информации об объекте измерения и контроля. 2 н.п. ф-лы., 1 ил.

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании трехфазных линий электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения. Способ заключается в замещении всей трехпроводной линии электропередачи, включающей в свой состав несколько однородных участков, опоры, линейную арматуру и прочие сопутствующие устройства. Экспериментально определяют изображения действующих значений входных и выходных фазных напряжений и токов на комплексной плоскости и в последующем вычислении первичных параметров однородного участка трехпроводной линии электропередачи. Входные и выходные напряжения и токи определяются из серии экспериментов из четырех опытов и являются исходными данными для вычисления укрупненных активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, укрупненных активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей». Технический результат заключается в повышении точности определения параметров линии электропередачи. 2 ил.
Наверх