Устройство для измерения динамических деформаций Советский патент 1983 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в элементах конструкций.

Известно устройство для измерения динамических деформаций, содержащее несколько измерительных каналов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных , тензодатчика, усилителя и источника тока с общим опорным элементом, генератор калибровочного напряжения, переключатель, разделительный трансформатор, первичная обмотка которого через переключатель соединенас генератором калибровочного напряжения, одна клемма опорного элемента через вторичную обмотку и источники тока соединена с тензорезистором, а другая - с общей шиной источника тока tl.

Недостатком данного устройства является слабая помехозащищенность, так как в нем не предусмотрены мера, обеспечивающие необходимую точность измерений на объектах, насы1аенных электроборудованием, когда сигнал помехи в сотни раз превышает по }еличине измеряемые сигналы, поступающие от тензорезистора на вход устройства.

Наиболее близкое к предлагаемому ус тройство для измерениядинамических деформаций; содержит последовательно соединенные тензорезистор, резистор, источник питания постоянного тока, диффepeнциaль мй усилитель, входы которого через разделительные

10 конденсаторы соединены с выводами тензорезистора, второй резистор, включенный последовательно с тензорезистором, второй источник постоянного тока, включенный последователь15но с первым источником,,и операционный усилитель с двумя входами, каждь1й из которых соединен с одним из выходов дифференциального усилителя 2 . .

20

Недостатком данного устройства является то, что по условиям эксплуатации не везде представляется возможность перед измерением произво25дить регулировку коэффициентов усиления дифференциального усилителя. Кроме того, недостаточна его помехозащищенность, когда в условиях эксплуатации температура окружающей среды изменяется в uiHpiiKiix пределах

Цель изобретения - повьаиение точности измерений динамических деформаций .

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения динамических деформаций, содержащее тензорезистор, дифферецниальный усилитель, входы которого через разделительные конденсаторы соединены с .выводами тензорезистора,и операционный усилитель с двумя входами, каж дни из которых соединен с одним из выходов дифференциального усилителя снабжено двумя компенсационными стабилизаторами положительного и отрицательного токов с заземленной нагрузкой, каждый из кйторых состоит из последовательно соединенных регулирующего составного транзистора, схемы сравнения и усилителя постоянного тока, выход каждого компенсадионнего стабилизатора тока подключен к одному из выводов тензорезистора, регулирующим операционным усилителем и резисторным делителем, к неинвер-тирующему входу регулиругацего oneрационного усилителя через соответствукщие резисторы подключены выходы компенсационных стабилизаторов тока, инвертирующий вход соединен со средней точкой резисторного делителя, один вывод которого соединен с общим проводом, другой - с выходом регулирующего операционного усилителя , а выход регулирующего операционного усилителя включен через соответствующие резисторы в цепь отрйцательной обратной связи усилителей постоянного тока.

На чертеже изобрагкена блок-схема устройства.

Устройство содержит тензорезистор 1, соединенный через разделительные конденсаторы 2 и 3 с входами дифференциального усилителя 4, выполненного на операционных усилителях 5 и 6, выходы которых подключены к входам операционного усилителя 7. К одному выводу тензорезистора 1 подключен компенсационный стабилизатор 8 положительного тока, состоящий из последовательно соединенных регулирующего составного транзистора 9, схемы l6 сравнения и усилителя 11 постоянного тока, к другому выводу тензорезистора t подключен компенсационный стабилизатор 12 отрицательного тока,. состоящий из последовательно соединенных регулиругацего составного транзистора 13, схемы 14 сравнения иусилителя 15 постоянного тока. Выходы стабилизатора 8 положительного тока через резистор .16) и стабилизатора 12 отрицательного тока (через резистор 17 ) подключены к неинвертирующему входу регулирую1цего операционного усилителя 18

выход которого через резистор 19 включен в цепь обратной связи уси,пителя 11 постоянного тока и через резистор 20 - в цепь обратной связи усилителя 15 постоянного тока. Инвертирующий вход регулирующего операционного усилителя 18 подключен к средней точке резисторного делителя, состоящего из резисторов 21 и 22, включенного между выходом регулирующего операционного усилителя 18 и общим проводом.

Устройство работает следуюдим образом.

Тензорезистор 1, подключенный к симметричным входам дифференциЬльного усилителя 4, питается от компенсационных стабилиазторов 8 к 12 положительного и отрицательного токо с высокими выходными импедансами. Об стабилизатора 8 и 12 тока, включенные симметрично относительно тензорезистора 1 и входов дифференциального усилителя 4, обладают равенством выходных импедансов и образуют, таким образом, симметричную входную измерительную цепь тензорезистор 1 входы дифференциального усилителя 4. Высокая степень симметрии выходных импедансов стабилизаторов 8 и 12 тока достигается применением операционного усилителя 18.

Под воздействием деформации тензорезистор 1 изменяет величину своего сопротивления, вследствие чего изменяется напряжение на выходах тензорезистора 1, которое поступает на входы дифференциального усилителя 4. Одновременно на входы дифференциального усилителя 4 поступают и сигналы синфазной составляющей помехи. Вследствие симметрии входной измерительной цепи тензорезистюр 1 входы тензометрического устройства синфазная помеха практически полностью вычитается во входном дифференциальном усилителе 4, а полезный сигнал усиливается.

Если под воздействием температуры окружаквдей среды изменится выходной импеданс стабилизатора 8 положительного тока или стабилизатор 12 отрицательного тока, то изменится и его выходной ток. Это изменение передается через резисторы 16, 17 на неинвертирующий вход регулирующего операционного усилителя 18 и вызывает изменение напряжения на его выходе. А так как выход регулирующего операционного усилителя 18 через резисторы 19 и 20 включен в цепи обратных отрицательных связей усилителей 11 и 15 постоянного тока, то равенство выходных импедансов стабилизаторов 8 и 12 тока восстановится. Так, например, при коэффициенте усиления регулируквдего операционного усилителя 18 равном 1000 стабильнос и равенство выходных импедансов ста билизаторов 8 и 12 тока поддерживается с точностью до О, ,1% при изменении температуры окружагадей среды в пределах ±60°С. Благодаря этому стабилизаторы 8 и 12 тока не нарушают симметрии входноЯ измерительно цепи тензорезистор 1 - входы измери тельного канала. Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной помехоустойчивостью и сущестйенно расширяет динамический диапазон измерения динс1мических деформаций в условиях воздействия температуры окружанхцей среды в широких пределах, /что позволяет повысить точность измерений. Формула изс ретения Устройство для измерения динамических Деформаций, содержащее теызо резистор, дифференциальный усилител вкоды которого через разделительные конденсаторы соединены с Ш:1водами темзорезистора, и операционный усилитель с двумя входами, каждый из которых соединен с одиим из выходов дифферевциальногчэ усилителя, о т ли чающееся тем, что, с целью повышения точности измерений. оно снабжено двумя компенсационными стабилизаторами положительного и отрицательного токов с заземенной нагрузкой, каждый из которых состоит из последовательно соединенных регулиругадего составного транзистора,схемы сравнения и усилителя постоянного тока, выход каждого компенсационного стабилизатора .тока подключен к одному из выводов тензорезистора, регулирующим операционным усилителем и резисторным делителем, к неинвертирующему входу регулирующего операционного усилителя через соответствую 4ие резисторы подключены выходы компенсационных стабилизаторов тока, инвертирукЕций вход соединен со средней точкой резисторного делителя, один вывод которого соединен с общим проводом, другой - с выходом регулирующего операционного усилителя, а выход регулирующего оперзщионного увилителя включен через соответствующие резисторы в цепь отрицательной обратной связи усилителей постоянного тока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 619784, кл. d 01 В 7/16, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 756190, кл. G 01 В 7/18, 1978 Ц прототип).