Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. для исследования прочности конструкций с помощью тензорезисторов.
Известен преобразователь изменения сопротивления в напряжение, содержащий тензорезистор, резистор и источник переменного тока, соединенные последовательно, а также два трансформатора, первичная обмотка одного из них подключена параллельно тензорезистору, первичная обмотка второго - параллельно резистору, при этом вторичные обмотки трансформаторов включены последовательно-встречно, а выходы трансформаторов образуют выход устройства.
При коэффициенте передачи трансформаторов, равном 1, выходной сигнал
Uвых=I(Rтр-R0),
где I - ток в цепи тензорезистор-резистор,
Rтр и R0 - сопротивления тензорезистора и резистора соответственно.
При изменении сопротивления тензорезистора, вызванном деформацией, на величину ±ΔRтр и равенстве сопротивлений Rтрн=R0, где Rтрн - начальное сопротивление тензорезистора, напряжение на выходе преобразователя Uвых=±IΔRтр, т.е. осуществляется преобразование изменения сопротивления тензорезистора в напряжение. Такая схема преобразования приведена в статье «Аппаратура для измерения деформаций и температур», Труды ЦАГИ, 1974 г., вып.1599, стр.105-118, авторы А.И.Беклемищев, B.C.Волобуев.
Недостатком приведенного устройства является существенное влияние нестабильности коэффициентов передачи трансформаторов на результат преобразования. Как легко показать, относительная погрешность δ выходного сигнала определяется выражением:
где К1 и К2 - коэффициенты передачи трансформаторов.
Для металлических тензорезисторов Rтрн/ΔRтр≥200. Такое увеличение погрешности является следствием определения малой разности (IΔRтр) больших величин (IRтр и IR0).
Коэффициент передачи трансформатора К1, соединенного с тензорезистором, зависит от величины и температурной нестабильности распределенных параметров (С, R, L) проводов, соединяющих тензорезистор с преобразователем, которое осуществляется обычно через коммутатор. От температуры также изменяются и коэффициенты передачи трансформаторов K1 и К2.
Техническим решением, устраняющим указанную погрешность и наиболее близким к предлагаемому изобретению, является преобразователь, входящий в состав устройства для измерения сигналов параметрических преобразователей, описанный в а.с. 381875, МПК G01B 7/18, 1973 г. Собственно преобразователь, как и рассмотренный выше, содержит тензорезистор, резистор и источник тока прямоугольной формы, соединенные последовательно, а также два трансформатора, первичные обмотки которых присоединены параллельно тензорезистору и резистору соответственно, а вторичные включены последовательно-встречно. Для повышения точности измерений в цепь между тензорезистором и резистором включен второй резистор, параллельно которому подключена первичная обмотка третьего трансформатора, вторичные обмотки которого включены последовательно-встречно к первичным обмоткам трансформаторов, соединенных с тензорезистором и резистором. Дополнительный трансформатор компенсирует постоянную составляющую сигнала IRтрн=IR0, практически исключая погрешность δ, чем и обеспечивается положительный эффект.
Недостатком устройства является реализация вычитания сигналов на трансформаторах, что существенно усложняет его изготовление, увеличивает габариты и стоимость. Кроме того, индуктивность трансформатора, шунтирующего тензорезистор и соединительные кабели, увеличивает переходные процессы при коммутации датчиков и, соответственно, время измерения.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение технологичности, уменьшение габаритов и стоимости устройства, а также сокращение времени измерения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для преобразования сопротивления в напряжение, содержащем тензорезистор, резистор и источник тока, соединенные последовательно, введены 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.
На фиг.1 приведена блок-схема устройства для преобразования приращения сопротивления в напряжение. Устройство содержит тензорезистор Rтр, резистор R0 и источник тока 1, соединенные последовательно, а также дифференциальные усилители 2 и 3, входы которых подключаются параллельно Rтр и R0 через переключатель 4, а выходы усилителей являются выходами преобразователя.
При одном состоянии переключателя (нормально замкнутые контакты) входы усилителя 2 подключены параллельно Rтр, входы усилителя 3 - параллельно R0. При втором состоянии (замкнуты К5÷К8, К1÷К4 разомкнуты) входы усилителя 2 подключаются параллельно R0, усилителя 3 - параллельно Rтр.
Процесс измерения состоит из двух тактов.
В течение 1-го такта замыкаются контакты К1÷К4, контакты К5÷K8 - разомкнуты.
При этом напряжение Uвых на выходе преобразователя определяется как:
Uвых1=Ку1 IRтр+U01-Ку2 IR0-U02=Ку1 IΔRтр+I(Ку1Rтрн-Ку2R0)+(U01=U02),
где Ку1 и Ку2 - коэффициенты усиления усилителей 2 и 3,
U01, U02 - «нули» усилителей, т.е. Uвых1 и Uвых2 при Uвх=0.
Первый член - формула преобразования ΔRтр в напряжение, второй и третий - неинформативные составляющие, изменения которых приводят к погрешности.
Во втором такте замыкаются контакты К5÷К8, контакты К1÷К4 - разомкнуты и
UвыхII=-Ку2 IΔRтр+I(Ky1R0-Ку2Rтрн)+(U01-U02).
Разность двух значений Uвых1-UвыхII=(Ку1+Ky2)IΔRтр не содержит неинформативных составляющих и является результирующей формулой преобразования.
В практической реализации R0=Rтрн и Ку1=Ку2=1, т.е. информативный сигнал удваивается при вычитании. Вычитание сигналов при двухтактных измерениях может осуществляться как в аналоговом виде, так и преобразованием сигналов в цифровой эквивалент и последующим вычитанием в ЭВМ.
Поскольку изменения Ку1 и Ку2 во времени и от изменения температуры окружающей среды являются низкочастотным процессом, а время измерения (такт) составляет десятки микросекунд, погрешность, представляющая собой в рассматриваемом случае изменения неинформативных составляющих за время измерения, пренебрежимо мала. При необходимости и она может быть уменьшена увеличением числа тактов (измерений) и обработкой информации по известным алгоритмам.
Таким образом, предлагаемое устройство, не содержащее трансформаторов и выполненное на интегральных микросхемах, обеспечивает его технологичность, снижает габариты и стоимость, а также сокращает время измерения по сравнению с прототипами.
Предлагаемое изобретение будет использоваться при создании многоканальных тензометрических систем для исследования прочности конструкций, в том числе - натурных конструкций самолетов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ В НАПРЯЖЕНИЕ | 2011 |
|
RU2473919C1 |
Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение | 2017 |
|
RU2654905C1 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ | 2007 |
|
RU2327174C1 |
Способ определения индуктивности индуктивного и ёмкости ёмкостного датчиков и измерительная цепь для его осуществления | 2023 |
|
RU2825079C1 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) | 2007 |
|
RU2344429C2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ | 2002 |
|
RU2230332C2 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ РАЗБАЛАНСА МОСТОВОЙ СХЕМЫ В ЧАСТОТУ ИЛИ СКВАЖНОСТЬ | 2018 |
|
RU2699303C1 |
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КАЛИБРАТОР МЕР ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА | 2007 |
|
RU2345377C1 |
Измерительный преобразователь одиночных резисторов | 2022 |
|
RU2796609C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНОГО СЕНСОРА | 2012 |
|
RU2502968C1 |
Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной промышленности, машиностроении, строительстве и т.д. для исследования прочности конструкций с помощью тензорезисторов. Устройство содержит тензорезистор, резистор и источник тока, соединенные последовательно, а также два дифференциальных усилителя, входы которых подключаются параллельно тензорезистору и резистору через переключатель, а выходы образуют выход устройства. Измерения производятся в 2 такта, в первом входы одного дифференциального усилителя подключены к тензорезистору, второго - к резистору, во втором такте входы первого дифференциального усилителя подключаются к резистору, второго - к тензорезистору. Результатом измерения является разность выходных сигналов устройства при первом и втором тактах, при этом компенсируются неинформативные составляющие сигнала, определяющие основные погрешности преобразования, повышение технологичности, уменьшение габаритов и стоимости устройства, а также сокращение времени измерения. 1 ил.
Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение, содержащее тензорезистор, резистор и источник тока, соединенные последовательно, отличающееся тем, что в него введены 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 образуют выход устройства.
УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ | 0 |
|
SU381875A1 |
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЙ В НАПРЯЖЕНИЯ | 2002 |
|
RU2219555C2 |
Устройство для преобразования приращения сопротивления в напряжение | 1984 |
|
SU1215055A1 |
Многоканальный преобразователь изменения сопротивления в напряжение с биполярно-дискретизированными входными сигналами | 1974 |
|
SU514252A1 |
JP 6331664 A, 02.12.1994. |
Авторы
Даты
2009-09-10—Публикация
2008-05-29—Подача