Способ преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал и преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал Советский патент 1989 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относи 1 :я к измерительной технике и может быть использовано при создании нопмх образцов тензометрической аппаратуры на несущей частоте.

Целью изобретения является повышение точности преобразования путем повьпчения стабильности и устойчивости цепей питания тензометрического моста напряжением обратной связи.

На фиг.1 изображена схема устройства для осуществления способа; на фиг.2 - схема варианта устройства при включении измерительного моста с трансформаторной развязкой; на

фиг.З - эквивалентная схема устройства, изображенного на фиг.1.

Устройство для осуществления способа (фиг.1) содержит измерительный мост 1, измерительный усилитель 2, задающий генератор 3, генератор 4 управляюпшх сигналов, усилители 5, повторители 6 напряжения и два одинаковых компенсирующих блока 7, каждый из которых содержит ключевой элемент 8, один вход которого через резистор 9 соединен с выходом соответствум- тчего повторителя 6 напряжения j второй Через резистор 10 - с выходом задающего генератора 3, управляющий

вход - с выходом генератора 4 управ- ляющих сигналов, а выход соединен с входом интегратора, выполненного на операционном усилителе 11 с конденсатором 12 связи, при этом выход операционного усилителя 11 и выход задающего генератора 3 соединены с двумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен с одним из входов сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 3, а выход - с входом усилителя 5.

Устройство с трансформаторной развязкой датчиков (фиг,2) содержит измерительный мост 1, измерительный усилитель 2, задающий генератор 3, генератор 4 управляющих сигналов, усилитель 5, повторитель 6 и компенсирующий блок 7, содержащий ключевой элемент 8, один вход которого через резистор 9 соединен с выходом повторителя 6 напряжения, второй через резистор 10 - с выходом задающего генератора 3, управляющий вход - с выходом генератора 4 управляющих сигналов, а выход соединен с входом интегратора, выполненного на операционном усилителе 11 с конденсатором 12 обратной связи, при этом выход операционного усилителя 11 и выход задающего генератора 3 соединены с двумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен с одним их входов сумматора 14, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 3,-а выход - с входом усилителя 5.

Устройство (фиг,1) работает следующим образом.

Напряжение питания несущей частот от задающего генератора 3 поступает на вход двух одинаковых компенсирующих блоков 7. В каждом таком блоке на сумматоре 14 оно складывается с напряжением обратной связи, поступающим с выхода перемножителя 13 сигналов и через соответствующий усилитель 5 питания в качестве напряжения питания подается на измерительный мост 1. Напряжение обратной связи формируется из напряжения на питающей диагонали измерительного моста 1 путем модуляции несущей частотой на перемножителе 13 сигналов разности выпрямленных напряжений на задающем генераторе 3 и активной составляющей напряжения на измеритель0

5

0

5

ном мосте 1 . Операции вычитания и выпрям; еция напряжений выполнены на резисторах 9 и 10, ключевом зле- , менте 8 и интеграторе. При этом ключевой элемент 8 и резисторы 9 и 10 образуют токовый однополупериод- ный синхронный детектор, который в первый нолунериод работы выделяет отрицательную полуволну активной составляющей напряжения на измерительной диагонали моста 1, а во второй полупериод - положительную полуволну напряжения задающего генератора 3, Осредненный по времени на конденсаторе 2 суммарный ток, протекающий через ключевой элемент 8, преобразуется в усиленную разность напряжений на выходе операционного усилителя 11 интегратора и передается на вход перемножителя 13 сигналов, на другой вход которого поступает напряжение задающего генератора 3. Управление работой ключевого элемента 8 производится от генератора 4 управляЮ1цих сигналов синхронно и синфазно напряжению несущей частоты. Точность передачи напряжения от питающей диагонали измерительного моста 1 на вход резистора 9 обеспечена использованием повторителя 6 напряжения с высоким входным сопротивлением. Выходное напряжение формируется на измерительном усилителе 2 путем усиления и демодулироаания напряжения на измерительной диагонали моста 1.

Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность и устойчивость цепей питания измерительного моста напряжением несущей частоты, что повышает точность измерения деформации. Благодаря высокой стабильности измерительных усилителей в современной тен- зометрической аппаратуре на несущей частоте точность преобразования определяется, главным образом, стабильностью и устойчивостью активной составляющей напряжения питания моста. Поэтому улучшение параметров цепей питания Непосредственно улучшает точность преобразования.

Эффективность способа можно оценить из анализа эквивалентной схемы 5 (фиг.З), соответствующей устройству на фиг.1.

На схеме изображены сумматор 14 с коэффициентом передачи К , 1,

0

5

0

5

0

компенсирующий блок 7 с коэффициентом Передачи К, усилитель 5 питания измерительного моста с коэффициентом передачи К , 1, параметры кабеля питания мостов I, и К , нагрузка R

л

м

эквивалентная сопротивлению моста со стороны диагонали питания.

Определяют величины питающих напряжений tlj. (напряжение питания моста) и и ,,„ (активная составляюща R.,cos 2

и

1U

- R.

RM

и. и, - (и,„

, где и, - напряжение питания несуще

частоты;

( arctgtoL/CR + R). Отсюда находят коэффициент передачи устройства

1 + К

R -i-E- R cos it

Полученное выражение позволяет определить изменение И в зависимости от изменения индуктивности и активного сопротивления кабеля или внесенного сопротивления ключей коммутатора датчиков от сопротивления измерительных мостов и коэффициента обратной связи К. Например, при R , 25 Ом, R д 10 Ом и cos uf 0,5 известный способ дает 1 д,,.,/Г, 0,9 на несуп1ей частоте 20 кГц и неустойчивую работу цепей питания измерительного моста, а npeAjiaraebn-ii : способ обеспечивает высокую устойчивость и дает и,

0,956 при

и ма/Т . 77 при

к, 100

Г.- 200, Из этого видно, что реализация способа существенно умень- иает зависимость активной составляющей напряжения питания несущей частоты от параметров кабелей и сопротивления измерительных мостов Это означает увеличение стаби-тьио- сти и точности преобразования. При этом дополнительно ре шизуется высокая устойчивость цепей питания для широкого диапазона длины кабелей ,

Формула изобретени

1 , Способ Преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал, заключающийся в том, что подают напряжение несущей частоты на диагонапь питания тензометричес

)

кого моста и измеряют напряжение разбаланса на измерительной диагонали тензометрического моста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, выделяют активную составляющую напряжения Несущей частоты на диагонали питания тензометрического моста, Q выпрямляют напряжения несущей часто: ты и выделенной активной составляющей, определяют разность вьтрямленных напряжений несущей частоты и активной составляющей, суммируют напряJ5 жения частоты и напряжение, пропорциональное разности выпрямлен ных напряжений, и подают на диагональ питания тензометрического моста.

0

5

0

2, Преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал, содержащий тензометрический мост, измерительная диагональ которвго соединена с входом измерительного усилителя, а питающая диагональ - с выходами соответствующих усилителей питания и с входами соответствующих повторителей напряжения, задающий генератор, первый выход которого соединен с общей юиной, и генератор управляюгцих сигналов, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повы- шеняя точности измерений, в чего ВБед 1 1Ы два компенсирующих блока, каждый из которых содержит ключевой элемент, первый вход которого через резистор соединен с первым ЕХОДОМ компенсируюп|,его блока, второй вход ключевого э;к меита через резистор соедг. - ai с вторым входом компенсирующего блока, управляющий вход ключ - вого элемента соединен с третьим входом компенсир то1цего блока, а выход ключенот-о элемента соединен с Первым вхо;;о11 интегратора, второй вход которого соединен с общей ши - ной, состоящего из операционного усилителя с емкоетлой обратной сля- зью, при этом выход интегратора сое- 0 динеп г первы входом неремножителя, второг вхол которого соединен с вторым входом компенсирующего блока, с которым также соединен первый вход сумматора, второй вход которого соединен с выходом перемножителя, а выход .jTOpa соединен с выходом компенсирующего блока, первый вход которого соединен с выходом соответствующего повторителя напряжения,.

5

0

5

5

второй вход - с соответствующим соединен с одним нз выходов задающе- выходом задающего генератора, третий го генератора, а выход компенсирую- вход соединен с выходом генератора (его блока соединен с входом соотуправляющих импульсов, вход которого ветствующего усилителя питания.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании новых образцов тензометрической аппаратуры на несущей частоте. Цель изобретения - повышение точности преобразования путем повышения стабильности и устойчивости цепей питания тензометрического моста напряжением обратной связи. Это достигается тем, что напряжение питания измерительного моста формируют путем суммирования напряжения задающего генератора, модулированной несущей частоты и усиленной разности средних значений выпрямленных напряжений на задающем генераторе и активной составляющей напряжения на измерительном мосте. При этом стабильность цепей питания измерительного моста определяется реализованным коэффициентом усиления, а устойчивость - процессом демодуляции - модуляции в виде обратной связи по среднему значению активной составляющей питающего напряжения. Для реализации способа в известный преобразователь введены два идентичных компенсирующих блока, включенных в цепи питания измерительного моста. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

i

Фм.1 Вы}(од

Фиг.2