Тензопреобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

00

оо

со sD

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций машиностроительных конструкций.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет повышения стабильности питания тензомоста путем включения в диагональ питания тензомоста источника тока с внутренним источником тока.

На чертеже представлена структурная схема тензопреобразователя.

Тензопреобразователь содержит источник 1 питания, тензомост 2, измерительная диагональ которого соединена с неинвер- тируюшими входами преобразователей 3 и 4

ное разности токов, поступающих на его инвертирующий и неинвертирующий входы. Источники 14 и 15 тока предназначены для задания начальных токов преобразователей напряжение-ток, задающих начальное вы5 ходное напряжение преобразователя 12 ток-напряжение и для термокомпенсации теплового дрейфа тензопреобразователя. Источник 16 опорного напряжения вырабатывает стабилизированное постоянное пряжение, поступающее на управляющие входы источников 14, 15 и 17 тока. Источник 17 тока вырабатывает стабилизированный ток, питающий тензомост 2. Транзисторы 19 и 21 - согласованная пара полевых транзисторов, включенная по схеме истоко20

напряжение-ток, каждый из которых выпол- 15 вого повторителя с нулевым смещением.

Истоковые резисторы 20 и 22 равны между собой и служат для установки начального тока стока через полевые транзисторы 19 и 21. Полевой транзистор 21 служит для полевого транзистора 19 активной нагрузкой. Полевой транзистор 19 соединен с биполярным транзистором 23 по схеме составного транзистора, что увеличивает нагрузочную способность источника 17 тока.

Тензопреобразователь работает следующим образом.

Источник 17 тока вырабатывает ток, не зависящий от величины нагрузки и величины напряжения источника 1 питания

Uor,

Ru

где / - ток источника 17 тока; fJon-опорное напряжение; 24- токозадающий резистор 24.

нен в виде последовательно соединенных операционных усилителей 5 и 6 полевых транзисторов 7 и 8 и токоограничительных резисторов 9 и 10, входной резистор 11, включенный между инвертирующими входами операционных усилителей 5 и 6, преобразователь 12 ток-напряжение, выполненный в виде операционного усилителя 13 с отрицательной обратной связью, инвертирующий и неинвертирующие входы которого соответственно соединены со стоками полевых транзисторов 7, 8 и через токоограни- чительные резисторы 9 и 10 - с плюсом источника 1 питания, источники 14 и 15 тока, один из выходов которых соединен со стоком соответствующего полевого транзистора 7, 8 и инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя 5 и 6, а другой выход соединен с «Минусом источника 1 питания, источник 16 опорного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами источников 14 и 15 тока, источник 17

25

30

/,

(1)

Ток источника 17 тока создает на изметока, состоящий из операционного усили- 35 рительной диагонали тензомоста 2 разность

теля 18, выход которого соединен с затвором полевого транзистора 19, исток которого через стоковый резистор 20 соединен со стоком полевого транзистора 21, исток которого через истоковый резистор 22 соединен с его затвором и с «Минусом источника 1 питания, биполярного транзистора 23, база которого соединена со стоком полевого транзистора 21, коллектор соединен со стоком полевого транзистора 19 и с клеммой «Плюс источника 1 питания, а эмиттер соединен с одной из вершин диагонали питания тензомоста 2, другая вершина диагонали питания тензомоста 2 через токозадающий резистор 24 соединена с «Минусом источника 1 питания и с инвертирующим входом

40

падения напряжения, пропорциональную разбалансу тензомоста 2. Напряжение с измерительной диагонали тензомоста 2 преобразуется преобразователями 3 и 4 напряжение-ток на входном резисторе 11 в ток

I -.

вых г,

A:ii

(2)

45

где/вых - выходной ток преобразователей 3

и 4;

&.U - напряжение разбаланса тензомоста;

-входной резистор 11. Преобразователь 12 ток-напряжение преобразует ток /вых в напряжение, которое является выходным напряжением всего

операционного усилителя 18, неинвертирую- 50 тензопреобразователя. Коэффициент преобщий вход соединен с выходом источника 16 опорного напряжения.

Преобразователь 3 и 4 напряжение-ток преобразуют напряжение разбаланса тензомоста 2 в ток, величина которого ограничивается входным резисто)ом 11. Преобразователь 12 ток-напряжение образует на своем выходе, являющемс) выходом тензопреобразователя, напряжение, пропорциональ55

разования тока в напряжение определяется отнощением суммы резисторов, стоящих в обратных связях операционного усилителя 13 преобразователя 12 ток-напряжение к величине входного резистора 11.

Введение в устройство источника 17 тока исключает влияние нестабильности источника 1 питания на тензомост 2 и влияние изменения сопротивления длинных соединительное разности токов, поступающих на его инвертирующий и неинвертирующий входы. Источники 14 и 15 тока предназначены для задания начальных токов преобразователей напряжение-ток, задающих начальное выходное напряжение преобразователя 12 ток-напряжение и для термокомпенсации теплового дрейфа тензопреобразователя. Источник 16 опорного напряжения вырабатывает стабилизированное постоянное напряжение, поступающее на управляющие входы источников 14, 15 и 17 тока. Источник 17 тока вырабатывает стабилизированный ток, питающий тензомост 2. Транзисторы 19 и 21 - согласованная пара полевых транзисторов, включенная по схеме истокового повторителя с нулевым смещением.

Uor,

Ru

/,

(1)

Ток источника 17 тока создает на изме0

падения напряжения, пропорциональную разбалансу тензомоста 2. Напряжение с измерительной диагонали тензомоста 2 преобразуется преобразователями 3 и 4 напряжение-ток на входном резисторе 11 в ток

I -.

вых г,

A:ii

(2)

где/вых - выходной ток преобразователей 3

и 4;

&.U - напряжение разбаланса тензомоста;

-входной резистор 11. Преобразователь 12 ток-напряжение преобразует ток /вых в напряжение, которое является выходным напряжением всего

ензопреобразователя. Коэффициент преоб5

разования тока в напряжение определяется отнощением суммы резисторов, стоящих в обратных связях операционного усилителя 13 преобразователя 12 ток-напряжение к величине входного резистора 11.

Введение в устройство источника 17 тока исключает влияние нестабильности источника 1 питания на тензомост 2 и влияние изменения сопротивления длинных соединительных линий, подключающих тензомост к тен- зопреобразователю.

Введение в источник 17 тока операционного усилителя 18, согласованной пары полевых транзисторов 19 и 21, биполярного транзистора 23 увеличивает его температурную стабильность, линейность и нагрузочную способность источника тока.

Операционный усилитель 18, включенный по схеме с отрицательной обратной связью, отрабатывает на своем инвертирующем входе напряжение источника 16 опорного напряжения ПопТак как Uon и ток, текущий через тензомост 2, не зависят от напряжения питания тензопреобразователя, то и напряжение на измерительной диагонали тензомоста 2 не зависит от изменения напряжения питания.

Формула изобретения

Тензопреобразователь, содержащий источник питания, тензомост, измерительная диагональ которого соединена с неинверти- рующимк входами первого и второго преобразователей напряжение-ток, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных операционного усилителя, полевого транзистора и токоограничительного резистора, входной резистор, включенный между инвертирующими входами первого и второго операционных усилителей преобразователей напряжение-ток, преобразователь ток-напряжение, выполненный в виде третьего операционного усилителя с отрицательной .обратной связью, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соот

ветственно соединены со стоками полевых транзисторов первого и второго преобразователей напряжение-ток и через токоогра- ничительные резисторы - с плюсом источника питания, первый и второй источники тока, один из выходов которых соединен с истоком соответствующего полевого транзистора и инвертирующим входом соответствующего операционного усилителя преобразователя напряжение-ток, а другой выход соединен с «Минусом источника питания, источник опорного напряжения, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго источников тока, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений за счет увеличения стабиль5 ности питания тензомоста, тензопреобразо- ватель снабжен третьим источником тока, состоящим из четвертого операционного усилителя, выход которого соединен с затвором третьего полевого транзистора, исток

Q которого через первый истоковый резистор соединен со стоком четвертого полевого транзистора, исток которого через второй истоковый резистор соединен с его затвором и с «Минусом источника питания, биполярного транзистора, база которого соединена

5 со стоком четвертого полевого транзистора, коллектор соединен со стоком третьего полевого транзистора и с клеммой «Плюс источника питания, а эмиттер соединен с одной из верщин диагонали питания тензомоста, другая верщина диагонали питания тензомоста через токозадающий резистор соединена с «Минусом источника питания и с инвертирующим входом четвертого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с выходом источника опор- чого напряжения.

0

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформации машиностроительных конструкций. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет увеличения стабильности питания. Источник 17 тока, включенный в диагональ питания тензомоста 2, вырабатывает стабилизированный ток. Транзисторы 19, 21 - согласованная пара полевых транзисторов, включенная по схеме истокового повторителя с нулевым смеш,ением. Истоковые резисторы 20, 22 равны между собой и служат для установки начального тока стока через полевые транзисторы 19, 21. Полевой транзистор 21 служит для полевого транзистора 19 активной нагрузкой. Полевой транзистор 19 соединен с биполярным транзистором 23 по схеме составного транзистора, что увеличивает нагрузочную способность источника 17 тока. 1 ил.