Тензопреобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

. Изобретение относится к области измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано при измерении дефор-е

маций.

Цепь изобретения - повышение точности путем увеличения .температурной стабильности.

На чертеже изображена функциональ-to ная схема тензопреобразователя.

Тензопреобразователь содержит источник 1 питания, подключенный к нему тензомост 2, первый 3 и второй 4 npe-i образователи напряжение - ток, выпол- 15 ненные в виде последовательно соеди- ненньк операционных усилителей 9 и 10, неинвертирующие входы операционных усилителей 5 и 6 подключены к измерительной диаг онали тензомоста 2,20 входной резистор 11, включенный между инвертирующими входами операционнь х усилителей (ОУ) 5 и 6, преобразователь 12 ток - напряжение, выполненный в виде операционного усилителя 1325 с отрицательной обратной связью, первый 14 и второй 15 источники тока, вьтолненные в виде операционных уси-- лит елей 16 и 17, полевьос транзисторов 18 и 19 и токозадающих цепей 20 30 и 21. Последние содержат первый 22 и второй 23 токозадающие резисторы, первый 24 и второй 25 терморезисторы, первый 26 и второй 27 уравнивающие резисторы, сдвоенный переменный резис 35 тор 28, состоящий из первого 29 и второго 30 переменных резисторов. Тензопреобразователь содержит также ИСТОЧНИК 31 опорного напряжения. ; Первый 3 и второй 4 преобразовате-40 :ли напряжение - ток преобразуют напря- жение разбаланса тензомоста 2 в ток, величина которого ограничивается входным резистором 11. Преобразователь 12 ;ток - напряжение образует на своем д5 :выходе, являющемся выходом тензопреобразователя, напряжение, пропорцио- |Нальное разности токов, поступающих на его инвертирующий и неинвертирую- щий входы. Первый 14 и второй 15 источники тока предназначены для.зада- |Ния начальных токов преобразователей :напряжение - ток, определяющих величину начального выходного напряжения . Преобразователя 12 ток - напряжение и . Для выработки тока, компенсирующего Тепловой дрейф тензопреобразователя. Источйик 31 опорного напряжения выра- батывает стабилизированное напряжение.

50

5 0 5 0 5 .

0

поступающее на неинвертирующие входы операционных усилителей источников 14 и 15 тока. Входной резистор 11 предназначен для образования цепи, в которой замыкаются токи преобразователей 3 и 4 напряжение - ток и компенсационный ток источников 14 и 15 тока.. Первый 9 и второй 10 токоограничи- тельные резисторы предназначены для ограничения величин токов, втекающих в источник питания, из цепи, в которой замыкаются токи преобразователей 3 и 4 напряжение - ток и источников 14 и 15 тока.

Токозадающие цепи 20 и 21 предназначены для задания величин начальных токов источников 14 и 15 токов и для изменения выходных токов этих источников под действием температуры. Первый 22 и второй 23 токозадающие резисторы определяют, в основном, величину эквивалентного сопротивления токозадающих цепей 20 и 21. Первый 24 и второй 25 терморезисторы предназначены для изменения эквивалентных сопротивлений токозадающих цепей 20 и 21 под действием температуры. Сдвоенный переменный резистор 28, содержащий первый 29 и второй 30 переменные резисторы, предназ ачен для настройки величины и знака температур- . ной зависимости эквивалентных сопротивлений токозадающих цепей 20 и 21. Первый 26 и второй 27.уравнивающие резисторы предназначены для симметрирования режимов протекания токов источников 14 и 15 тока.

Тензопреобразователь работ.ает следующим образом.

Источник 1 питания создает на измерительной диагонали тензомоста 2 разность падения напряжений, пропорциональную разбалансу тензомоста 2. Преобразователи 3 и 4 напряжение - ток преобразуют разность напряжений на измерительной диагонали тензомос- та 2 в разность токов. Начальное напряжение на, выходе тензопреобразователя определяется разностью токов, поступающих на неинвертирующий и инвертирующий входы преобразователя ,12 ток - напряжение, который представляет собой сумму разностей токов, вырабатываемых первым 3 и вторым 4 преобразователями напряжение - ток, а также первым 14 и вторым 15 источниками тока..

31

Компенсация температурного дрейфа тензопреобразователя осуществляется следующим образом.

Дрейф всего тензопреобразователя определяется дрейфом ОУ 5 и 6, входящих в преобразователи 3 и 4 напряжение - ток. При данном включении ОУ 5 и 6 в режиме повторителей напряжения выходные напряжения сдвигов возникают на инвертирующих входах ОУ 5 и 6 и, следовательно, на входном резисторе 11. На входном резисторе 11 напряжения сдвигов преобразуются в ток сдвига

исАв.1-исд8.2

и.

. R

1

(1)

где ID - ток сдвига; .i выходное напряжение сдви- . га ОУ 5;

и

СД8. г

(2)

- выходное напряжение сдвига ОУ 6;

R - входной резистор 11. Компенсация тока сдвига 1- осуществляется с помощью токов источников 14 и 15 токов.

Величина тока источника 14 (15) тока зависит от эквивалентных сопротивлений токр.задающих цепей 20 и 21: т - Uen

(«)

ток источника 14 (15) тока;

напряжение источника 3 опорного напряжения; эквивалентное сопротивление токозадающей цепи 20 (21). Разность токов источников 14 и 15

тока представляет собой компенсационный ток

Uon Uon IR-S5

где I

14(t5) Uon

20111)

R

3 го

R

(3)

Э 71

где U.jf, - величина опорного напря- жения; .

R jQ/ii) эквивалентное сопротивление токозадающей цепи 20 (21).

Условие равенства тока сдвига 1-. и компенсационного тока 1 реализуется за счет выбора положения движка сдвоенного переменного резистора 28.

Величина эквивалентного сопротивления токозадающей цепи 20 определяется суммой величины токозадающего резистора 22 с величиной сопротивления, цепи резисторов, содержащей параллельно соединенные звенья, Пер- вое звено содержит первый терморезис4

11

10

15

20

30

25

35

40

45

50

55

570

тор 24, соединенный с той частью первого переменного резистора 29, которая заключена между его первым и средним выводами, а второе звено содержит первый уравнивающий резистор 26, соединенный с той частью второго переменного резистора 30, которая заключена между его вторым и средним выводами. Величина эквивалентного сопротивления токозадающей цепи 21 определяется суммой величины токозадающего резистора 23 с величиной сопротивления цепи резисторов,содержащей параллельно соединенные звенья. Третье звено содержит в горой терморезистор 25, соединенный с той частью первого переменного резистора 29, которая заключена между его вторым и средним . выводами, а четвертое звено содержит второй уравнивающий резистор 27, соединенный с той частью второго переменного резистора 30, которая заключена между его первым и средним выводами .. -

При начальной температуре окружающей среды, когда сопротивление термо- и уравнивающих резисторов 24 - 27 равны, эквивалентные сопротивления то- козадающих цепей 20 и 21 равны при любом положении движка сдвоенного переменного резистора 28. При изменении температуры окружающей среды на- рущается равенство эквивалентных сопротивлений токозадающих цепей 20 и 21, и возникает компенсационный ток, величина и направление которо- го зависит от положения движка сдвоенного переменного резистора 28. Когда движок сдвоенного переменного резистора 28 находится в таком положении, что средние выводы переменных резисторов 29 и 30 подключены к их первым концам, величина компенсационного тока наибольшая, а его температурная зависимость определяется изменением сопротивления терморезистора 24. При смещении движка сдвоенного переменного резистора 28 в другое крайнее положение температурная зависимость компенсационного тока определяется изменением сопротивления терморезистора 25.

Когда движок сдвоенного переменного резистора находится в промежуточном положении, величина компенсационного тока

IK мсцкс

|(1-2k)(o(flT), (4)

где 1

k MolKc

k 0/ 514

величина компеисащюнно- го тока при крайнем поло женни движка сдвоенного переменного резистора; отношение сопротивл.ения части первого (второго) переменного резистора 29 (30) между средним и пер вым выводами ,к величине полного сопротивления переменного резистора (О k 1);

коэффициент температурной зависимости сопротив ления терморезисторов 24 и 25;

изменение температуры окружающей среды. Из соотношений (1) и (4) видно, что для любой величины температурно- ГС1 дрейфа ОУ 5 и 6 можно подобрать тгкое положение движка сдвоенного переменного резистора 28, которое ве- д(;т к точной компенсации температурного дрейфа тензопреобразователя,

ормула изобретения

Тензопреобразователь, содержащий источник питания и подключенный к не- М1 тензомост, первый и второй преобразователи напряжение - ток, каждый и; которых вьтолнен в виде последовательно соединенных операционного

ЛТ

ус

илителя, полевого транзистора и ток()ограничительного резистора, подклю- чфнногс к плюсу источника питания, взводной резистор, включенный между инвертирующими входами операционных уфилителей преобразователей напряже- - ток, неинвертируюпще входы ко- подключены к измерительной диа- гОнали тензомоста, преобразователь TtoK - напряжение, выполненный в виде- О1(1ерационного усилителя с отрицательной обратной связью, первый и второй источники тока, каждый из которых вЬшолнен в виде последовательно сое- дИненных операционного усилителя, по- л|евого транзистора и токозадающей

15706

, цепи, состоящей из последовательно соединенных первого токозадакмцего резистора и первого терморезнстора и второго токозадающего резистора, первые выводы первого и второго токоза- дающих резисторов подключены к истокам полевых, транзисторов первого и второго источников тока, источник

0 опорного напряжения, подключенный

к неинвертирующим входам операционных усилителей первого и второго источников тока, инвертирующие входы которых подключены к истокам соответст- 5 вующих полевых транзисторов источников тока, стоки последних подключены к истокам соответствующих полевых транзисторов и инвертирующим входам соответствующих операционных усилите0 лей преобразователей напряжение - ток, инвертирующий и неинвертирующий входы операционного усилитапя преобразователя ток - напряжение подключены соответственно к стокам полевых

25 транзисторов первого и второго преобразователей напряжение - ток, о т л и- чающийся тем, что, с целью повышения, точности путем увеличения температурной стабильности, он снаб30 жен вторым терморезистором, первым и вторым уравнивающими резисторами, сдвоенньм переменным резистором, состоящим из первого и второго перемен

ных резисторов, средние выводы которых подключены к минусу источника питания, первые выводы подключены соответственно к второму выводу первого терморезистора и первому выводу второго уравнивающего резистора, вторые выводы подключены соответственно к первому выводу второго терморезистора и к первому выводу первого уравнивающего резистора, второй вывод первого уравнивающего резистора соединен с точкой соединения первого токозадающего резистора и первого терморезистора, а вторые выводы trroporo уравнивающего резистора и второго терморезистора соединены вместе и подключены к второму выводу вчч рого токо- задающего резистора.

Изобретение касается измерения неэлектрических величин электрическими методами и может быть использовано при измерении деформаций. Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения температурной стабильности. В тензопреобразователе первый и второй токозадающие. резисто ры 22, 23 определяют величину эквивалентного сопротивления токозадающих цепей 20, 21. Первый и второй терморезисторы 24, 25 изменяют эквивалентные сопротивления токозадающих цепей 20,21 под действием температуры. Первый и второй уравнивающие резисторы 26, 27 симметрируют режимы протекания токов источников 14, 15 тока. Сдвоенным переменным резистором 28 регулируют величины и знак температурной зависимости эквивалентных сопротивлений токозадающих цепей 20, 21 . 1 ил. сл vl