Измерительный преобразователь с частотным выходом Советский патент 1987 года по МПК G01D5/12 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к частотным преобразователям для тензодатчиков, и может быть использовано в измерительных системах.

Цель из.обретения - повышение чув- ствительности путем увеличения крутизны преобразования,

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг,2 - графики, поясняющие работу устройства

Устройство содержит тензорезисто- ры 1, источник 2 напряжения, оптроны 3 и 4, автогенераторы 5 и 6 и смеситель 7, Первые вьшоды тензорезисторов 1 соединены с первым вьшодом источника 2 напряжения,, вторые их вьшоды через соответствующие лампы накаливания оптронов 3 и 4 сое,щнены с вторым выводом источника 2 напряжения, первые вывода фоторезисторов оптронов 3 и 4 соединены с общей шиной, а вторые - с частотозадающими цепями автогенераторов 5 и 6 соответственно,, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами смесителя 7, вькод которого соединен с выходом устройства„

На фиг,2 приведены зависимости 8- 10 частоты выходных сигналов автоге- нераторов 5 и 6 и смесителя 7 соответственно от изменения сопротивлений .тензорезисторов 1 лЕ

Устройство работает следующим образом.

Значение тока ламп накаливания оптронов 3 и 4 определяется вьфаже- нием

и

Л

(1)

где и - напряжение питания моста;

R

А

сопротивление нити лампы накаливания оптрона при задан- ном напряжении питания; R - сопротивление тензорезистора в состоянии равновесия (при отсутствии деформации); jr - приращение сопротивления тензорезистора при наличии деформации.-50 Изменение сопротивления фоторезиса в зависимости от величины тока пы накаливания оптрона определяетотнощением

R,pR.

{Rt)

.(2)

где R. jH - коэффициенты аппроксимации;

,,,+R,.

Известно, что частота автогенёратора RC-типа определяется непосредственно значением сопротивления вре- мязадающей цепи, следовательно

-I Ot- л }

,R,, (3) где К - коэффициент пропорциональности„

На выходе смесителя 7 соответственно определяется разность частот автогенераторов 5 и 6

ufc.i./(vMrrll -a)

PiCRidvMrj(

.-f.K.R.,R,e

K,R,e и (e

nR nr

r ,r

(4)

Для случая одинаковых параметров

оптронов и автогенераторов устройстriR

ва, обозначив К окончательно получим

лг (e - е ),

(5)

При умножении и делении данного вьфажения на два, оно может быть преобразовано

ехр(-лг)-ехр(- 4г)

fр 2К„„„ 2К зЬ(2дг),

т.е, данное вырансение может быть сведено к гиперболическому синусу. При разложении в степенной ряд получим

от т./ П г,„/П ПДГ ПДГ ч

5Ь(-лг)2К(-Лг+-5у--ь-|--+..,.)

2КП., лгз лг . (, -.-- 57-+ ..)

2Кп

.г.

. Таким Ьоразом5 изменение сопротивлений тензорезисторов 1 приводит к .изменению сопротивлений фоторезисторов оптронов 3 и 4, а это, в свою очередь, приводит к изменению частот автогенераторов 5 и 6 и их разностной частоты. Выражение (5) определяет практически линейную зависимость, что доказано математически и подтверждается практикой.

Предлагаемое устройство кроме хорошей линейности проходной функции имеет высокую чувствительность и может быть использовано без дополнительных усилительных устройств. Чувствительность преобразователя S

dfp,,5

--,- может достигать порядка 1и - dr

fc ЕЦ

Ом весьма малые деформации.

-10 --, что позволяет фиксировать

Формула изобретения

Измерительный преобразователь с частотным выходом, содержащий автогенератор и датчик, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- |Ния чувствительности путем увеличения |крутизны преобразования, в него введены второй автогенератор, два оптро- на, смеситель и источник напряжения, причем датчик выполнен из двух последовательно соединенных тензорезисто- ров, первые вьшоды которых соединены

с первым выводом источника напряжения, вторые выводы тензорезисторов через соответствующие лампы накаливания оптронов соединены со вторым выводом источника напряжения,первые выводы фоторезисторов обоих оптронов соединены с общей шиной,каждый из вторых - с частотозадающими цепями соответствующего автогенератора, выходы обоих автогенераторов соединены, соответственно, .с первым и вторым входами смесителя, выход которого является выходом преобразователя.

Изобретение позволяет повысить чувствительность преобразователя. тор 5 и датчико Введение автогенератора 6, оптронов 3 и 4, смесителя 7, источника 2 напряжения и выполнение датчика в виде двух тензорезисторов 1 увеличивает крутизну преобразования.. Преобразователь, кроме хорошей линейности проходной функции, имее.т высокую чувствительность и может быть использован без дополнительных усилительных устройств. Чувствительность преобразователя может достигать порядка 10 - 10 Гц/Ом, что позволяет фиксировать весьма малые деформации. 7 Т Фиг.1

4 Л

Фиг.г

Редактор А.Сабо

Составитель В.Быков

Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско

Заказ 2853/36Тираж 693 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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