Тензометрический преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к тензо- метрическим датчикам механических величин, например усилия, перемещения и т.п.; и может быть использэ- вано при измерении в условиях криогенных температур, кбгда систематическое изменение градуировочньгх характеристик не может быть заранее определено.

Цель изобретения - повышение точности за счет поочередной регистрации рабочего и тестовых сигналов. Цель достигается последовательным встречнь1м соединением измерительных диагоналей двух тензометрических мостов, в которые включены по два- отличающихся по расположению тенао- резистора с каждого из двух упругих

элементов,один из которых предварительно нагружен постоянной нагрузкой извес ной величины Д.Р, причем в одном месте в смежных плечах включены два разных по расположению тензорезисто- ра с разных упругих элементов, а в другом - два одинаково расположенных тензорезистора с тех же элементов, и периодическим отключением и включе- нием питания одного из мостов с помощью вьжлючателя и независимым от него изменением полярности питания другого моста с помощью переключателя, дающих два уровня тестового сигнала.

На фиг. 1 представлен тензометри- ческий преобразователь с рабочим и предварительно нагруженным упругими элементами, общий вид; на фиг, 2 - электрическая схема тензометрическог преобразователя.

Тензометрический преобразователь, например датчик вертикального усилия растяжения Р, содержит рабочий и пре варительно нагруженный упругие элементы 1 и 2 с размещенными на них тензорезисторами 3-10, соединенный с нижней частью предварительно нагруженного упругого элемента 2 об- разцовый груз 11, выключатель 12 двухпроводной линии, переключатель 13 полярности двухпроводной линии, два стабилизированных источника 14 и 15 и измеритель 16 выходного на- пряжения, например самопишущий преобразователь с уравновешиванием измеряемой величины напряжением от отдельного источника стабилизированного напряжения, а также баланси- ровочные потенциометры 17 и 18 обоих мостов. Тензорезисторы 3-6 расположены на рабочем упругом элементе 1 , а Тензорезисторы 7-10 - на . предварительно нагруженном упругом элементе 2, причем группа тензоре- зисторов 3,5,7 и 9, одинаковых по расположению относительно общей продольной оси упругих элементов 1 и 2

отличается по расположению от группы тензорезисторов 4-10, также одинаковых по расположению относительно той же оси. В последовательно включенные смежные плечи первого моста включены Тензорезисторы 3,4, 7 и 8, а в последовательно включенные смеж ные плечи второго моста - Тензорезисторы 10, 9, 6 и 5. Общие точки тензорезисторов 7, 8 и 10, 9 соеди

0

Q , Q д

0

5

нены между собой., а также с подвижными контактами потенциометров 1 7 и 18. Крайние точки потенциометра 17 соединены соответственно с вершинами диагонали питания первого моста - общими точками тензорезисторов 3, 8 и 4,7 . Крайние точки потенциометра 18 соединены соответственно с вершинами диагонали питания второго моста - общими точками тензорезисторов 10,5 и 9, 6. Выключатель 12 двухпроводной линии включен между вьш одами источника 14 стабилизированного напряжения и диагональю питания первого моста, а переключатель 13 полярности двухпроводной линии - между источником 15 стабилизированного напряжения и диагональю питания второго моста. Свободные вершины измерительных диагоналей первого и второго мостов - общие точки тензорезисторов 3,4 и 5,6 соединены с измерителем 16 выходного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При помещении тензометрического преобразователя в условия воздействия влияющих факторов, например криогенной температуры, изменяется как начальный уровень, так и чувствительность этого преобразователя. Однако изменение начального уровня при соответствующем подборе одинаковых упругих элементов 1 и 2 и одинаковых тензорезисторов 3-10 может быть уменьшено до достаточно малой величины. Изменение чувствительности, связанное, например, с изменением модуля упругости материала упругих элементов 1 и 2 или с изменением сопротивления тензорезисторов 3-10, не может быть устранено,и должно учитываться как соответствующая коррекция результатов измерения по данным регистрации тестовых сигналов. Такой тестовый сигнал постоянно присутствует в выходном сигнаше каждого моста, и для его вьщеления необходимо исключить из общего сигнала на входе измерителя 16 сигнал первого моста, что достигается выключением источника 14 питания этого моста, или изменить полярность сигнала второго моста, что достигается изменением полярности источника 15 с помощью переключателя 13.

5

Перед началом измерений записывают начальный уровень выходного сигнала тензометрического преобразователя, затем регистрируют измеряемый физический параметр, а для кратковременной записи скачка от тестового сигнала, равного по амплитуде величине предварительной нагрузки на упругий элемент 2, переключателем 13 изменяют полярность напряжения питания второго моста от источника 15. Затем возвращают переключатель 13 в исходное положение и продолжают запись измеряемого параметра. Для получения ступеньки от тестового сигнала, равного по амплитуде половине величины предварительной нагрузки на упругий элемент 2 выключают источник 14 питания первого моста. При этом записывается прямая линия одинаковой амплтуды, равной П9ловине величины предварительной нагрузки. Сопоставление обеих ступенек позволяет зафиксировать как начальный уровень сигнала тензометрического преобразователя в данный момент времени вычитанием из уровня, записанного при выключении источника 14, половины величины скачка уровня записи, полученного при смене полярности источника 15, так и чувствительность тензометрического преобразователя по величине того же скачка.

Использование предлагаемого тензометрического преобразователя позволяет контролировать начальный уровень и чувствительность этого устройства без отключения его от измеряемого физического параметра при воздействии интенсивных влияющи факторов, например криогенных температур, и повысить точность измерения физических параметров в жестких условиях эксплуатации.

775/эь

Формула изобретения

I I

Тензометрический преобразо ватель, содержащий рабочий и последовательно соединенный с ним предварительно нагруженный упругие элементы с размещенными на них тензорезистора-, ми, блок питания и измерительную

1Q схему, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности за счет поочередной регистрации рабочего и тестовых сигналов, он снабжен выклЕОчателем двухпроводной линии и

15 переключателем полярности двухпроводной линии, блок питания вьтолнен в виде двух идентичньк стабилизированных источников напряжения, измерительная схема выполнена в виде

20 двух последовательно-встречно соединенных измерительными диагоналями четырехплечих мостов и измерителя выходного напряжения, в смежные плечи каждого моста включены два отли25 чающихся по расположению тензоре- зистора рабочего упругого элемента и два отличающихся по раположе- нию тензорезистора предварительно напряженного упругого элемента

30 так, что в смежных плачах первого моста включены два разных по расположению тензорезистора с разных упругих элементов, а в смежных плечах второго моста включены два оди35 наковых по расположению тензорезистора с разных упругих элементов, переключатель полярности двухпроводной линии включен между диагональю питания первого моста и пер40 вым .источником стабилизированного напряжения, а выключатель двухпроводной линии включен между диагональю питания второго моста и вторым источником стабилизированного напря45 жения.

I

АР

J ип L 3-f n±

12

/5

Изобретение относится к тензо- .метрическим преобразователям механических параметров со встроенными средствами контроля начального уровня и чувствительности и может быть использовано при криогенных измерениях усилий или деформаций. Цель изобретения - повышение точности за счет поочередной регистрации рабочего и тестовых сигналов, Это достигается последовательным встречньм соединением измерительных диагоналей двух тензометрических мостов, в которые включены по два отличающихся по расположению тензорезистора с каждого из двух упругих элементов, один из которых предварительно нагружен постоянной нагрузкой известной величины, причем в одном мосте в смежных плечах включены два разных по расположению тензорезистора с разных упругих элементов, а в другом - два одинаково расположенных тензорезистора с тех же элементов, и периодическим отключением и включением питания одного из мостов и независимым от него изменением полярности питания другогсь моста. При отключении питания первого моста записывается уровень, равный половине постоянной нагрузки, при переключении полярности питания второго моста - скачок на осциллограмме реального процесса, равный величине постоянной нагрузки. Тензометриче- ский преобразователь позволяет контролировать его Начальный уровень и чувствительность без отключения его от измеряемого физического параметра в жестких условиях эксплуатации. 2 ил. а (Л с со VI 01 СП

Редактор A. Orap

Составитель H. Тимошенко Техред Л.Олийнык

фиг. 2

Корректор 0. Ципле