Многоканальный тензопреобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01B7/16 

1

Изобретение относится к измери-г тельной технике, а именно к средствам контроля механических величин электрическими методами с использованием тензорезисторных первичных преобразователей, особенно при испытаниях сложных объектов, требующих многоточечного контроля.

Целью изобретения является повышение точности измерения деформации путем исключения влияния переходного сопротивления ключей, коммутирующих цепи питания тензорезисторных полумостов и исключения влияния дрейфа выходного усилителя путем периодической смены полярности источников питания тензорезисторных полумостов.

На фиг. 1 приведена схема многоканального тензопреобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

14 ,

Многоканальный тензопреобразова- тель содержит в каждом канале тензо- резисторный полумост I, который состоит из рабочего 2 и компенсационного 3 тензорезисторов, соединенных .последовательно, и общей точкой, соединенных с общей шиной, первый ком- мутатор А, входы которого соответ- ,ственно соединены с выходами полумостов I, суммирующий усилитель 5, входы которого соединены с выходами первого коммутатора 4, две пары транзисторов противоположных типов проводимости в каждом канале, транзистор 6 п-р-п типа и транзистор 7 р-п-р типа образуют первую пару, а транзистор 8 р-п-р типа и транзистор 9.п-р-п типа образуют вторую пару, коллекторы транзисторов 6 и 7 подключены к точке соединения рабочего тензорезистора 2 к входу первого коммутатора 4, а коллекторы транзисторов 8 и 9 подключены к точке соединения компенсационного тензорезисто ра 3 к входу первого коммутатора 4, первый дифференциальный усилитель 10 инвертирующий вход которого соединен с эмиттерами транзисторов 7 и 8 - р-п-р типа всех каналов и через резистор 11 с источником положительного напряжения, неинвертирующий вход усилителя 10 соединен с источником положительного опорного напряжения, второй дифференциальньй усилитель 12 инвертирующий вход которого соединен с эмиттерами транзисторов 6 и 9 п-р-п типов всех каналов и через ре1

, , fO

15

20

25

283519 2

зистор 13 - с источником отрицательного напряжения, неинвертирующий вход этого усилителя соединен с источником отрицательного опорного на- 5 пряжения, второй коммутатор 14 каналов, первый вход 15 которого соединен с выходом усилителя 10, а второй его вход 16 - с выходом усилителя 12, выходы 17 второго коммутатора 14 соединены поканально с базами транзисторов 8 (выходы 17 поочередно соединяются с входом 15), выходы 18 этого коммутатора соединены базами транзисторов 6 (выходы 18 поочередно соединяются с входом 16), третий коммутатор 19 каналов, первый вход 20 которого соединен с выходом усилителя 10, а второй вход 21 - с выходом усилителя 12, выходы 22 третьего коммутатора 19 соединены поканально с базами транзисторов 7 (выходы 22 поочередно соединяются с входом 20), а выходы 23 этого коммутатора - с базами транзисторов 9 (выходы 23 поочередно соединяются с входом 21), базы всех транзисторов р-п-р типа (6 и 9), каждая через свой резистор 24, соединены с источником напряжения отрицательной полярности, а базы транзисторов 7 и 8 р-п-р типа (каждая через свой резистор 25) соединены с источником напряжения положительной полярности, управляющие входы 26 всех коммутаторов соединены с выходами 27 блока 28 управления.

Многоканальный тензопреобразова- тель работает следующим образом.

Блок 28 управления вырабатьшает коды, которые управляют коммутаторами 4, 14 и 19 следующим образом. За период работы одного канала коммутатор 4 включен постоянно (фиг.2, гра- j фик 1). За первую половину периода работы одного канала коммутатор 14 соединяет выходы усилителей 10 и 12 с базами транзисторов 8 и 6 одного канала, при этом через рабочий тен- зорезистор 2 протекает ток отрицательной полярности, а через компенсационный тензорезистор 3 протекает ток положительной полярности. При этом коммутатор 19 отключает все каналы.

Если тензорезисторы не имеют деформации, то падения напряжений на них равны, и на вход суммирующего усилителя поступают равные по вели30

35

40

50

55

чине и противоположные по знаку напряжения, и выходное напряжение равно нулю. При наличии деформации на выходе суммирующего усилителя возникает напряжение, соответствующее знаку деформации (фиг.2, графики 4 и 5).

За вторую половину периода работы одного канала коммутатор 19 соединяет выходы усилителей 10 и 12 с базами транзисторов 7 и 9 этого канала, а коммутатор 14 отключает все каналы. Полярность питающих тензо- резисторов 2 и 3 токов изменяется на обратную, и таким же образом изменяется полярность выходного сигнала {фиг. 2, графики 4 и 5). На других каналах схема работает аналогично (фиг.2, графики 6, 7 и 8, 9).

На выходе суммирующего усилителя формируется двухполярное напряжение If-,, амплитуда которого пропорциои ЫХ

нальна измеряемому параметру.

Так как каждый из транзисторов 6-9 является в период своей работы выходным каскадом источника тока, образованного одним из усилителей 10 или 12, то переходное сопротивление ключей коммутаторов 14 и 19 не влияет на величину выходного тока и допустимое падение напряжения на тензорезисторе, которое в данном случае может быть выбрано исходя из максимального тока, допустимого для тензорезистора, что позволяет увеличить падение напряжения на транзисторах примерно в 2 раза по сравнению с существующими схемами, а использование изменения полярности за период работы одного канала исключает погрешности, связанные с дрейфами суммирующего усилителя и остаточными напряжениями на ключах коммутатора 4.

Формула изобретения

Многоканальный тензопреобразова- тель, содержащий в каждом канале полумост из последовательно включенных рабочего и компенсационного тензо- резисторов, общая точка которых соединена с общей шиной, первый татор, входы которого соединены с выходами-полумостов, каждого -канала, источники отрицательного и положительного напряжения, суммирующий усилитель, входы которого соединены с выходами первого коммутатора, первый дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с источником положительного напряжения через резистор, неинвертирующий вход этого усилителя соединен с источником положительного опорного напряже- .5 НИН, второй дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с источником отрицательного напряжения через резистор, неинвертирующий вход этого усилителя соединен fO с источником отрицательного напряжения, второй коммутатор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход - с выходом второго усилителя блок уп- t5 равления коммутаторами, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен двумя парами транзисторов противоположных типов проводимости на каждьш полу- 0 мост, коллекторы транзисторов р-ти- па и п-типа первой пары подключены к точке соединения рабочего тензорезистора и входа первого коммутатора, коллекторы второй пары транзисторов 5 подключены к точке соединения компенсационного транзистора и входа первого коммутатора, эмиттеры всех транзисторов п-р-п-типа соединены с инвертирующим входом второго усипи- 0 теля, эмиттеры всех транзисторов р-п-р-типа соединены с инвертирующим входом первого усилителя, база каждого транзистора п-р-п-типа через резистор соединена с источником от- 5 рицательного опорного напряжения, j база каждого транзистора р-п-р-типа через резистор соединена с источником положительного напряжения, базы транзисторов п-р-п-типов, коллекто- 0 ры которых подключены к вьшодам рабочих тензорезисторов, и базы транзисторов р-п-р-типов, коллекторы которых подключены к компенсационным тензорезисторам, соединены с соот- 5 ветствующими выходами второго коммутатора и третьим коммутатором, пер- вый вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй вход - с выходом второго усилителя, выхо- 0 ДЫ - с соответствующими базами транзисторов р-п-р-типа, коллекторы ко- , торых соединены с вьшодом рабочего : тензорезистора, и с соответствующими базами транзисторов п-р-п-типа, кол- j лекторы которых соединены с компенсационными тензорезисторами полумостов, а управляющие входы всех коммутаторов соединены с выходами блока управления.

11-1}нанал i канал )кана/1

1 I-Ij 1

io if to tj io ti

и

W

и

inii- n uenmiHtSi

0ciS.2

Составитель В. Заикин Редактор Н. Слободяник Техред В.Кадар Корректор M..

Зак1з 7421/35 ,Тираж 677Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Мрсква, Ж-35, Рашская наб., д. 4/5

Производственно

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