Цифровой тензорезисторный преобразователь Советский патент 1986 года по МПК G01B7/16 

СД

Jib

сл Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с применением тензорезисторных мостовых схем и преобразованием выходного сигнала тензомоста в цифровую форму. Целью изобретения является повышение точности измерения путем введения компенсации температурной погрешности тензорезисторного моста по разбалансу и по коэффициенту тензочувствительности. На чертеже представлена функциональная схема цифрового тензорезисторного преобразователя. Цифровой тензорезисторный преобразователь содержит тензорезисторньй мост 1, трансформатор 2 тока, первый вывод первой обмотки 3 которого соединен с первым выводом второй обмотки 4, второй вывод первой обмотки 3 соединен с первым выводом диагонали питания тензорезнсторного моста 1 второй вывод второй обмотки 4 соединен через резистор 5 с вторым ЕЪШОдом диагонали питания тензорези:сторного моста 1 и вторым выводом треть ей обмотки 65 источник 7 питания, первая выходная клемма которого соединена с первыми выводами первой 3 и второй 4 обмоток трансформатора, 2, а вторая выходная клемма соединена с вторым вьшодом диагоналей питания тензорезисторного моста 1 и заземлена ,: блок 8 управления, цифроуправляемый делитель 9, управляющие входы которого соединены с выходами блока 8 управления; нуль-орган 10, первый вход которого соединен с выходом цифроуправляемого делители: 9, а выходсоединен с входом блока 8 управления, повторитель 11 напряжения, вход которого соединен с первым вьшодом третьей обмотки 6 трансформатора 2, первый делитепь 12 напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя 11, первый суммирующий усилитель 13, первьй вход которого соединен с первой вьпкодной клеммой источника 7 питания,, второй вход соединен с выходом первого делителя 12,, второй делитель 14 напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя 11, второй с нчмя-рующий усилитель 15, дифференци,аль ,ньй вход которого соединен с выходрюй диагональю тензорезисторного торой вход - с выходом лителя 14, а выход соедиым входом нуль-органа 10, ффициенты передачи первого го 14 делителей напряжения соотношений ;о. .п. п з Ko(.i)- п, .. -Vrr/Krv гг - крэффициенты передачи первого 12 и второго 14 делителей напряжения соответственно; кoэ Jфициeнт передачи повторителя 11 напряжения;входное сопротивление повторителя 11 напряжения;температурный коэффициент чувствительности тензокоста, температурный коэффициент смещения нуля тензомоста;f - температурный коэффициент проводимости тензомоста;проводимость тензомоста со стороны питающей диагонали при , коэффициент, характерузующнй смещение нуля тензомоста при , число витков,соответственно первой и третьей обмоток трансформатора, п. п. гаемый преобразователь раедуюп им образом. езисторный мост 1 запитыисточника 7 питания нап sinOt здействии давления-Р напрявыходе измерительной диагоа 1 (1 + )К„.Р + П ) коэ(|)фициент передачи моста при температура моста; измеряемое давление.

На входах первого 12 и второго 14 делителей напряжения формируется напряжение и оЖвхп гр где G - проводимость тензорезисторного моста 1 со стороны питающей диагонали; . GO - проводимость резистора 5, причем G G J n Ti где R - сопротивление тензорезис,тор ного моста 1 со стороны питающей диагонали; К(, - сопротивление резистору 5. В свою очередь проводимость мостка определяется выражением (1 ) Проводимость резистора 5 выбирается равной проводимости тензорезисторного моста 1 при нулевой температуреG G«.(8) На выходах первого 12 и второго 1 делителей напряжения формирзтотся нап ряжения соответственно:

пм VKi. ЕП(СИ - ,;

, (9) J - ЕП (G Ga)R6j и К На вход цифроуправляемого делителя 9 напряжения в качестве опорного напряжения U. поступает напряжение с выхода первого суммирующего усилителя 13, равное алгебраической сумме напряжения питания моста Е„ и напряжения с первого делителя 12 нап ряжения: мд Е, 1 .Д. . « п. (G« - Go)R,,.;VK,-L (11)

12705454

Напряжение на выходе цифроуправляемого делителя 9 напряжения (на первом входе нуль-органа 10)

Как видно из вьфажения (15), для компенсации теьшературных погрешностей необходимо вьшолнить условия зых-Л. 1 N (12) - ип:д. Kf, , где Кц - коэффициент передачи цифроуправляемого делителя напряжения. Напряжение, поступающее на второй вход нуль-органа 10 равно алгебраической сумме напряжений разбаланса моста и. и компенсирующего напряжения с второго делителя 14 напряжения ЕП (1 и„ + иА + Ыв) К„Р + К„(1 ) + + EJG - GJR,-VK, В момент равновесия справедливо соотношение вых.д. UBX.H.O. Подставляя в (14) выражение (12) с учетом (11), (7) и (8), а также Бьфажение (13) с учетом (7) и (8) и решая его относительно К, получим, что в момент равновесия коэффициент передачи цифроуправляемого делителя напряжения К nP() .ЛКг .nKnK,0. Пз КоЛ + G Gf,o. )Ь -К Вьтолнение этих условий обеспечивается определенным выбором элементов устройства. При выборе коэффициентов передачи К и К первого 12 и второго 14 делителей напряжения из соотношений (1) коэффициент передачи управляемого делителя напряжения К.,, а следовательно, и кодовый эквивалент N измеряемого давления на зависят от температуры. К. К„.Р + К„ 1 в общем случае как аддитивная составляющая погрешности, характеризуемая величиной , так и мультипликативная составляющая погрешности тензомоста., характеризуемая величинами Ли fj , например, для мостовых полупроводниковых тензопреобразовагтелей зависят от температуры нелинейно, но в любом ограниченном диапазоне температур они могут быть с достаточной степенью точности аппрок симированы прямьми. При практической реализации необходимые данные о величинах температурных коэффициентов проводимости,чувствительности, смещения нуля и проводимо ти при нулевой температуре для кон:крет ных тензомостов берут из справочной или сопроводительной документации или CHm iajoT экспериментально,; , Выбор элементов устройства можно осуществлять, не привязьшаясь к проводимости тензомоста при нулевой температуре, хотя практически это наиболее целесообразно, так как при эксперимента:1ьных измерениях , точка наиболее легко воспроизводима. В качестве точки привязки мо-. жет быть взята, например, середина температурного диапазона, в котором производятся измерения, В этом случае может быть получено дополнительное снижение погрешности в заданном диапазоне температур за счет более точной аппроксимации зависимостей температурньк коэффициентов. При применении устройства для мно гоканальных измерений коммутатор может быть включен между масштабньЕми делителями напряжения и сум1 5ирующими усилителями, при этом практически исключается влияние на точность измерения сопротивлений соединительных проводов и коммутирующих элементов. Использование изобретения позволяет увеличить точность измерения за счет более полной компенсации тем пературной погрешности тензорезисто кого моста как по изменению чувстви тельности, так и по смещению нулевой точки в функции . температурь и снизить трудоемкость настройки цифр вого тензопреобразователя. Формула изобретени Цифровой тензорезисторный преобразрватель, содержаищй тензорезисто 45 ный мост трансформатор тока, первый вывод первой обмотки которого соединен с первым выводом второй обмотки, второй вывод первой обмотки соединен с первым выводом диагонали питания тензорезисторного моста, второй вывод второй обмотки через резистор соединен с вторым вь водом диагонали питания тензорезисторного моста и вторым выводом третьей обмотки, источник питания тензорезисторного моста, первая .мходная клемма которого соединена с первым выводами первой и второй обмоток трансформатора, а вторая выходная клемма соединена с вторым выводом диагонали питания и заземлена, блок управления, цифроуправляемьй делитель, управляющие входы которого соединены с выходами блока управления, нуль-орган, первьй вход которого соединен с выходом цифроуправляемого делителя, а выход соединен с входом блока управления, о тЛИ ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьииения точности путем компенсации температурной погрешности, он оснащен повторителем напряжения, вход которого соединен с первым выводом третьей обмотки трансформатора, первым делителем напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя нагЕряжения, первым суммирующим усилителем, первый вход которого соединен с первой выходной клеммой источника питания, второй вход с выходом первого делителя напряжения, а выход соединен с входом цифроуправляемого делителя, вторым делителем напряжения, вход которого соединен с выходом повторителя напряжения, и вторым суммирующим усилителем, дифференциальньй вход которого соединен с выходной диагональю тензорезисторного моста, второй вход - с выходом второго делителя, а выход, соединен с вторым входом нуль-органа, г при этом коэффициенты передачи первого и второго делителей напряжений выбирают из соотношений d п. ,ех.п;Кп-п, K.o(c. GM.O, Р 5- ах.ft. f-rt где Kj , Kg - коэф()ициенты передачи соответственно первого и второго делителей напряжения, dk- температурный коэффициент нувствительноститензорезисторного моста, . ,: (Ь - температурный коэффицйциент проводимости тензорезисторного моста; - температурный коэффициент смещения нуля тензорезисторного моста; Кй - коэффициент, характеризуннций смещение нуля тензорезисторного моста 1 при нулевой температуре;; оэффициент передачи повторителя напряжения; входное сопротивление повторителя напряжения; проводимость тензорезисторного моста при нулевой температуре; число витков соответственно первой и третьей обмоток трансформатора тока.

Изобретение относится к измерительной технике, к средствам измерения механических величин электрическими методами с применением тензорезисторных мостовых схем и преобразованием выходного сигнала тензомоста в цифровую форму. Целью изобретения является повышение точности измерения путем введения компенсации температурных погрешностей тензорезисторного моста по разбалансу и тензочувствительности. Для этого тензорезисторный мост включают как одно из плеч вспомогательного моста, на выходе которого получают сигнал, несущий информацию об изменении параметров тензочувствительного моста, что обеспечивает вьщеление полезного сигнала без составляющих температуре ных погрешностей и преобразование полезного сигнала в цифровой код. 1 ил.