Многоканальный преобразователь для тензорезисторов
Союз Советских., Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 6031 19 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено19.05,76 (21)2363560/1821 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано15.04.78. Бюллетень №14 (45) Дата опубликования описания Яя. тз ."щ. (51) М. Кл
Н 03 К 13/20
Государственный комитет
Совета Министров СССР па делан изобретений и открытий (53) УДК681.325 (088,.8) (72) Авторы изобретения
А. А. Болтянский, Л. Э. Вилоп и О. П. Скобелев
Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени авиационный институт им. С. П. Королева (71) Заявитель (54) МНОГОКА НА ЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ ЛЬ
ДЛЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ
Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может найти применение при дистанционном измерении малых приращений сопротивлений, например выходных сигналов тензорезисторов.
Известен преобразователь приращения сопротивлений в интервал времени, используемый в системах сбора информации для измерения сигналов датчиков с тензорезисторным выходом, содержащий датчики, канальные усилители, интегратор, преобразователь и блок управления (1).
Недостатком его является сравнительно низкая точность измерения.
Известен преобразователь для тензорезисторов, содержащий источник питания, тензорезис: торный датчик, масштабные усилители, коммутирующие элементы, интегратор, блоки управления (2). Принцип действия этого устройства основан на преобразовании напряжения разбаланса датчика в интервал времени путем двухтактного интегрирования. Уравнение преоб- 20 разования устройства для датчика в виде полумоста с двумя активными тензорезисторами запишется следующим образом:
T..r— где Т вЂ” временной интервал на выходе преобразователя; 2д
Т вЂ” продолжительность первого такта интегрирования;
r = — — относительное приращение соЛВ
R, противленйя тензорезистора, пропорциональное
его деформации;
h R — приращение сопротивления тензорезистора;
Ко — сопротивление недеформированного тензорезистора.
Однако при дистанционном измерении, на результат преобразования известного преобразователя значительное влияние оказывает сопротивление линий связи R; соединяющих датчик с преобразователем. Уравнение преобразования устройства с линией имеет вид
T = - -Т вЂ” 1 "+, (2) где г„= R"
Из (2) следует, что изменения г„„например, от температуры среды, в которой проложена линия, приводят к мультипликативной погрешности о„= (ㄠ— г„т ) ° 100%, (3) где — относительная погрешность измерения в%;
603119 г — нормированное по R сопротивление линии при температуре t; г, — нормированное по R< сопротивление линии в нормальных условиях, т.. точность измерения снижается, что являетсч недостатком известного преобразователя.
Цель изобретения — повышение точности, преобразования при наличии линий связи.
Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный преобразователь для тензорезисторов, содержащий N тензометрических полумостов, подключенных через трехпроводные линии связи к коммутатору каналов, одни выходы которого соединены с источником питания и делителем напряжения, средняя точка которого подключена к прямому входу интегратора тока, инверсный вход интегратора тока соединен с другими выходами коммутатора каналов, а выход — с входом компаратора, выход которого подключен к триггеру, разрядный ключ, включенный между разрядным резистором и общей шиной, и блок управления, подключенный к коммутатору каналов, разрядному ключу и триггеру, введены два коммутирующих элемента и дополнительный резистор, один вывод которого соединен с общим зажимом тензорезисторных полумостов и входом первого коммутирующего элемента, выход которого подключен к общей шине, а другой вывод дополнительного резистора подключен к разрядному резистору и второму коммутирующему элементу, выход которого подключен к инверсному входу интегратора тока.
На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя, на фиг. 2 — зависимости погрешности преобразования от сопротивления линии связи.
Преобразователь содержит N тензометрических полумостов 1, состоящих из тензорезисторов 2 и 3, N трехпроводных линий связи 4, коммутатор каналов 5, дополнительный резистор 6, разрядный ключ 7, интегратор тока 8, компаратор 9, триггер 10, разрядный резистор 11, коммутирующие элементы 12 и 13, блок управления 14, делитель напряжения 15, источник питания 16.
Работа преобразователя на каждом из опрашиваемых каналов происходит в два такта.
При опросе датчика первого канала, в первом
ls такте замкнуты ключи К, и Ki коммутатора каналов 5 и коммутирующий элемент 12. Разность токов тензорезисторов полумоста 1 подается на интегратор тока 8, потенциал входа которого задан делителем 15 и равен половине напряжения Е источника 16. Значение входного тока I интегратора с учетом сопротивлений линии связи определяется выражением
Ьй
"(В +R ) +2R„(n,+й, AR
ЬР
Е г Rz+4ß R + Дг () По окончании первого такта заряд емкости интегратора равен
qi = Ii T, (5) Во втором такте ключ K i, разрядный ключ 7 и коммутирующий элемент 13 замкнуты, ключ
Ki и коммутирующий элемент 12 разомкнуты.
Происходит полный разряд, накопленного интегратором 8 заряда, током
E 1 Е„
2 R,-+2R. + 2R„-. 2
Кс, >г R — 2Rp — 2Р, @
2 В (М,-+2R, +2 к„)
Продолжительность разряда, соответствующая временному интервалу на выходе преобразователя о (7) Подставляя в (7) значения токов из (4) и (6), и нормируя сопротивление по R>, получим
ВС
Rz
R, и,+ 2+ 2г,;
Re
1+. 4 гп+ зглг; где
25
С вЂ” л г 2 2глг
Чувствительность преобразователя
Как следует из (9) S зависит от сопротивления линии. Однако при заданном r, определяемом требуемой чувствительностью, существует такое значение r, при котором д S 2Вс — Х t(4 + 6 г) С вЂ” 2В)
2 Tílã (р -).
АВ д О уд А-(2+ 3 ) — р+ 1
На графиках, приведенных на фиг. 2, показаны зависимости погрешностей измерения о., в функции нормированного сопротивления r.„
100 ",, Я /а пк где S„, — чувствительность преобразователя, 50 при сопротивлении линии в нормальных условиях, для которого соответствующим выбором
ri и гг произведена полная компенсация влияния линии.
Погрешности о., = f(r,) рассчитаны для случая г„,, = 0,02, наиболее часто встречающегося на практике.
Зависимости I u II (фиг. 2) соответствуют различным чувствительностям преобразователя, определяемым величиной г1. Для кривой 1 г1 =
1; S < = Sо, для зависимости II r ) = 8 Sïê = 10,9 Sä
603119
Формула изобретения г, ! !
I ! ! !
002 0Л
Яг
0.Or
Фиа 2
Составитель Д. Голубович
Техред О. Дуговая Корректор Н. Тупица
Тираж 1086 Подписное
Редактор Н. Зайцева
Заказ 1876/55
11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 415
Филиал Г1ПП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Из фиг. 2 следует, что при измерении r2t. в диапазоне 0 — 0,04 погрешность изменения о = 0,2о о. Это означает, что при указанной величине погрешности и Кв —— 100 см в любом канале преобразователя допускается вариация длины или сопротивления линии в пределах
0 — 4 Ом. В большинстве практических задач такие изменения встречаются сравнительно редко. Поэтому предлагаемое устройство в реальных условиях обеспечивает погрешность о порядка 0,05 — 0,1%.
Такое выполнение преобразователя существенно уменьшает влияние линий, соединяющих датчики с преобразователем. В результате повышается точность измерения различных физических величин резистивными датчиками, рас- 15 положенными на удаленных объектах, что ведет к расширению возможностей применения преобразователя.
Многоканальный преобразователь для тензорезисторов, содержащий в каждом канале тензометрические полумосты, подключенные че- ду рез трехпроводные линии связи к коммутатору каналов, одни выходы которого соединены с источником питания и делителем напряжения, средня очка которого подключена к прямому вход,,у интегратора тока, инверсный вход интегратора тока соединен с другими выходами коммутатора каналов, а выход — с входом компаратора, выход которого подключен к триггеру, разрядный ключ, включенный между разрядным резистором и общей шиной, и блок управления, подключенный к коммутатору каналов, разрядному ключу и триггеру, отличаюи4ийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены два коммутирующих элемента и дополнительный резистор, один выход которого соединен с общим зажимом тензорезисторных полумостов и входом первого коммутирующего элемента, выход которого подключен к общей шине, а другой вывод дополнительного резистора подключен к разрядному резистору и второму коммутирующему элементу, выход которого подключен к инверсному входу интегратора тока.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Авторское свидетельство СССР № 444325, Кл. Н 03 К 13/20, 1971.
2. «Приборы и системы управления» № 1, 1976, с. 30 — 31.
