Преобразователь сигналов мостовых тензорезисторных датчиков Советский патент 1986 года по МПК G01N3/06 

11

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для преобразования сигналов мостовых тен зорезисторных датчиков.

Целью изобретения является повышение .точности за счет снижения аддитивной и мультипликативной составляющих пог решности.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя сигналов мостовых тензорезисторных. датчиков .

Преобразователь сигналов мостовых тензорезисторных датчиков содержит последовательно соединенные источник 1 опорного напряжения, первый 2 и второй 3 усилители мощности, датчик 4, первый вход которого подключен к выходу, второго усилителя 3 мощности, а второй вход датчика 4 подключен к выходу первого усилителя 2 мощности, дифференциальньй усилитель 5, состоящий из пяти резисторов 6-10, первого 1 1 и второго 12 операционных усилителей (ОУ), первого 13 и второго 14 обратных преобразователей, причем первый обратный преобразователь 13 содержит первый 15 и второй 16 образцовые резисторы, а второй обратный преобразователь 14 содержит третий 17, четвертый 18 и пятый 19 образцовые резисторы, блок 20 сравнения состоит из последовательно соединенных переключателя 21, усилителя 22 напряжения переменного тока, фазочувствительного вьтрямителя 23 и усилителя 24 напряжения постоянного тока, а также генератора 25, своим выходом подключенного к управляклцим входам переключателя 21 и фазочувствитель- ного выпрямителя 23.

Первый резистор 6 первым выводом соединен с первым входом дифференциального усилителя 5, первым выходом датчика 4 и первым выводом первого образцового резистора 15, другим выводом первый резистор 6 соединен со входом первого операционного усилителя 11, первым выводом третьего резистора 8, который своим вторым выводом соединен с выходом первого, операционного усилителя 11, первым вьшодом второго резистора 7 и вьгао- дами второго 16 и третьего 17 образцовых резисторов.Два других вьшода первого 15 и второго 16 образцовых 1 резнетора соединены между собой и с первым входом переключателя

21. Второй вывод второго резистора соединен со входом второго операци онного усилителя 12, первыми вьшода- ми четвертого-9 и пятого 10 резисторов, при этом другой вывод пятого резистора 10 соединен со вторым входом дифференциального усилителя 5, вторым выходом датчика 4 и вьтодом четвертого образцового резистора 18, другой вьшод которого соединен с выводами третьего 17 и пятого 19 образцовых резисторов и,вторым входом переключателя 21 Второй вьшод четвертого резистора 9 соединен с выводом пятого образцового резистора 19, выходом второго операционного усилителя 12, который соединен с выходом преобразователя.

Выход усилителя 24 соединен со входом управляемого потенциометра 26, который двумя своими вьшодами подключен к двум управляющим вьгоодам аторого операционного усилителя 12. Преобразователь работает следующим образом.

Напряжение U источника 1 опорного напряжения через усилители 2 и 3 мощности поступает на тензорезистор- ный датчик 4.

Выходные сигналы датчика U и и, поступают на входы дифференциаль9

ного усилителя 5

и

ПК

и„ К,

УМ -Uo

К.

где К.

козффициент передачи датчи- в

ка.

Выходной сигнал первого операционного усилителя (ОУ) 11 равен

1

кГГ

и,

-Ц

В;(

Ь

R,

(1 +) +

7Г-

где R и R., е, К. РГ

-.5л

R + К,

сопротивление первого 6 и третьего 8 резисторов;

напряжение смещения первого ОУ 11; коэффициент усиления первого ОУ 11 без обратной связи;

5

Выходное напряжение второго операционного усилителя 12 равно

1

и,

Ц

J i

Вх R

R,.

(

1 + 1/K,/i,)

1 R

f IVj Rj

M + Д R

J.

U, -r- () + e. -5-

« R, 1 + 1/K,P,

1 (2)

2 e /

где RJ, R , R - соответственно

сопротивления резисторов 9,10 и 7;

К - коэффициент усиле- Ю ния второго ОУ 12 без обратной связи;

е - напряжение смещения второго ОУ 12; t5

- J. it

г R

1 If 15 ti S

Выходное напряжение первого преобразователя 13, состоящего из двух образцовых резисторов 15 и 16 равен

20

и, е,(3)

при условии RJ R, R R, где R и R - сопротивления образцовых резисторов 14 и 15.

Выходное напряжение второго обратного преобразователя 16, состоя- 30 щего из образцовых резисторов 17,18 и 19 равен

г 2

(4)

при условии R

Rg Rj,

R.

R R,

где R, R , Rj соответственно сопротивления образ- 40 цовых резисторов 17, 18 и 19.

Выходное напряжение обратных преобразователей 13 и 16 поступает на входы блока 20 сравнения. Переклю- 45 чатель 21, управляемый генератором 25, поочередно подключает сигналы и и к входу усилителя 22 напряжения переменного тока, выходной сигнал которого преобразуется фазо- 50 чувствительным выпрямителем 23, управляемым генератором 25, в напряжение постоянного тока, управляющего через усилитель 24 напряжения постоянного тока, электрически управляе- 55 мым потенциометром 26, который регулирует выходное напряжение второго ОУ 12 до равенства

Ц и.

В этом случае выражение (2) осле несложных преобразований принимает вид

(и; - и- )

6« Ьк

RS R

+ е.

(5)

Из выражения (5) следует, что погрешность определяется только образцовыми резисторами обратных преобразователей 13 и 16 и не зависит от К К и, ир.

Величина напряжения смещения дифференциального усилителя 5, приведенная ко входу, равна

ли„

R,

-R:

(6)

Из выражений (5 и 6) следует,что влияние напряжения смещения первого ОУ 11 компенсируется полностью, а второго ОУ 12 уменьшается в Rj/R, раз.

Величина коэффициента усиления дифференциального усилителя 5, равная Rj/R,обычно составляет 100 - 1000.

Для обеспечения в выражении (6) Ш О необходимо вход первого ОУ 11 через дополнительный резистор (не показан), равный , + R, сое- динить общей точкой устройства, В зтом случае выходное напряжение будет равно

- 1

(7)

Таким образом, использование данного преобразователя позволяет устранить влияние аддитивной и мультипликативной погрешностей и, как следствие, повысить точность преобразования сигналов .мостовых теизорезистор- ных датчиков.

Формула изобретени.я

в

1. Преобразователь сигналов мос- товЫх тензорезисторных датчиков, содержащий последовательно соединенные источник опорного напряжения, первый и второй усилители мощности, датчик, первый вход которого подключен к выходу второго усилителя мощности, а второй вход подключен к выходу первого усилителя мощности, и диффереициальный усилитель, состоящий из пяти резисторов и двух операционных усилителей, первый выход датчика подключен 1 первому входу дифференциального усилителя, к которому через первьй резистор подключен вход первого операционного усилителя, выход которого через второй резистор подключен ко входу второго операционного усилителя, третий резистор первым вьшодом подключен ко входу первого операционного усилителя, а вторым вьшодом - к выходу первого операционного усилителя, выход второго операционного усилителя соединен с вы- ходом преобразователя, а также с первым выводом четвертого резистора,второй вывод которого подключен ко входу второго операционного усилителя, первый вывод пятого резистора под- ключен ко второму входу дифференциального усилителя и второму выходу датчика, а вторым вьюодом пятьй ре- зис гор подключен ко входу второго операционного усилителя, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения аддитивной и мультипликативной погрешностей, в преобразователь дополнительно введен блок сравнения, а в дифференциальный усилитель - первый и второй обратные преобразователи и управляемый п отенциометр,при этом первый обратный преобразователь состоит из первого и второго образ-. цовых резисторов, второй обратный преобразователь содержит третий,четвертый и пятый образцовые резисторы, причем первый вьшод первого образцового резистора подключен к первому

Составитель В.Смирнов Редактор А.Долинич Техред В.Кадар Корректор С.Черни

Заказ 2558/48 . Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

входу дифференциального усилителя, второй вывод первого образцового резистора соединен с первым вьшодом второго )бразцового резистора и первым входом блока сравнения, второй вы- вод второго образцового резистора соединен с выходом первого операционного усилителя и с первым выводом третьего образцового резистора, второй вьшод которого соединен с первыми выводами четвертого и пятого образцовых резисторов и вторым входом блока сравнения, второй вьшод четвертого образцового резистора подключен ко второму входу дифференциального усилителя, а второй вывод пятого образцового резистора подключён к выходу второго операционного усилителя, выход блока сравнения подключен ко входу управляемого потенциометра, два вывода которого подключены к двум управляющим выводам ус- таноЕ КИ смещения второго операционного усилителя.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения содержит последовательно соединенные переключатель, усилитель напряжения переменного тока, фазо- чувствительньй выпрямитель и усилитель напряжения постоянного тока, при этом управляющие входы переклю- чател:я и фазочувствительного вршря- мител:я соединены с выходом генератора, при этом первый од переключателя является первым входом блока сравнения, второй вход переключателя - вторым входом блока сравнения, а вьшод усилителя постоянного тока является выходом блока.сравнения.

Изобретение относится к испытательной технике. Цель изобретения - повьшзение точности преобразования. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, усилители 2 и 3 мощности, датчик 4, дифференциальный усилитель 5, состоящий из резисторов 6-10, операционных усилителей 11 и 12 и обратных преобразователей 13 к 14 с образцовыми peзиcтopa fи 15-19, блок 20 сравнения состоит из переключателя 21, усилителя 22 напряжения переменного тока, фазочувстви- тельного выпрямителя 23 и усилителя 24 напряжения постоянного тока, а также генератор 25 и упра.вляеюлй. потенциометр 26. Введение в устройство блока 20 сравнения, обратных преобразователей 13 и 14 и управляемого потенциометра 26 в дифференциальный усилитель 5 и конкретное выполнение обратньос преобразователей и блока сравнения позволяет устранить влияние аддитивной и мультипликативной погрешностей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (Л 1C оо to со J