Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля Советский патент 1991 года по МПК G01R7/16 

ных матриц 18 и 22 цифроаналоговых преобразователей 4 и 5 соединены с переключающими контактами ключей 19 и 23, причем выводы нормально замкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 соединены с выводами нормально разомкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5 и подключены к выводу измерительной диагонали тензмоста 1, к другому выводу которой подключены соединенные соответственно выводы нормально разомкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 и выводы нормально замкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5. В сбалансированном тенэомо- сте суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, одинаков и равен 0. В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тензорезисторы, включенные в плечи моста, их чувствительность одинакова для всех плеч, и систематическая ошибка измерения устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тензомоста 1. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет выравнивания токов в смежных плечах тенэо- моста. Устройство содержит тензомост 1 с источником питания 3 в диагонали питания тензомоста 1. Выводы диагонали питания тензомоста 1 через согласующие блоки 7 и 8 соединены с входами резисторных матриц 18 и 22 соответствующих цифроанало- говых преобразователей (ЦАП) 4 и 5. Входы управления ЦАП 4 и 5 соединены с выходами блока управления 6. Выходы резисторЁ

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для использования в устройствах измерения неэлектрических физических величин, преобразующих входной сигнал в электрический с помощью резисторных измерительных мостов, например тензорезисторных, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1448287.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тензомоста.

На чертеже представлена электрическая схема тензометрического усилителя с автоматической установкой нуля.

Устройство содержит тензомост 1, измерительный усилитель 2, источник 3 питания, элементы автоматической балансировки, состоящие из цифроаналогового преобразовате- ля (ЦАП) 4 и 5, блока 6 управления и согласующих блоков 7 и 8.

Тензомост имеет четыре плеча 9-12. Точки соединения плеч 9и10, 11и12 образуют полюса диагонали питания, а плеч 9 и 12, 10 и 11 - полюса измерительной диагонали.

Измерительный усилитель 2 состоит из двух каскадов. Первый каскад представляет собой параллельную операционную схему, состоящую из операционного усилителя 13, охваченного отрицательной обратной связью с помощью резистора 14. Входы операционного усилителя подключены к полюсам измерительной диагонали, выход усилителя 13 соединен с вторым каскадом 15. демодулирующим.

Источник 3 питания содержит генератор 16 тока, подключенный к верхнему полюсу диагонали питания, и следящий источник напряжения на операционном усилителе 17, выход которого подключен к

нижнему полюсу диагонали питания, неинвертирующий вход к операционной земле, а инвертирующий - к тому полюсу измерительной диагонали, к которому подключен

неинвертирующий вход операционного усилителя 13. ЦАП 4 содержит резисторную матрицу 18, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозицион- ных ключей 19. Соединенные вместе одноименные нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты ключей 19 образуют соответственно выходы 20 и 21 ЦАП, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1. Вход резисторной матрицы 18 соединен через согласующий блок 7 с источником 3 питания, ЦАП 5 содержит резисторную матрицу 22, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозиционных ключей

диагонали тензомоста 1. Вход резисторной матрицы 22 соединен через согласующий блок 8 с источником 3 питания

Конкретное выполнение блока 6 управления зависит от выбранного способа бэлансировки и функциональных свойств использованных элементов В предлагав мом тензоусилителе блок 6 управления осуществляет следящую балансировку и содержит два компаратора 26 и 27, поротовый элемент 28, элемент 2И-НЕ 29, ключ 30 выполненный на элементе ЗИ-НЕ, генератор 31 импульсов и реверсивный счетчик 32, имеющий счетный вход С и вход режима счета ± 1. Инвертирующий вход компаратора 26 и неинвертирующий вход компаратора 27 подключены к выходу измерительного усилителя 2, неинвертирующий вход компаратора 26 подключен к положительному полюсу 4 Unop, а инвертирующий вход компаратора 27 - к отрицательному полюсу -Unop порогового элемента 28. Выходы компараторов 26 и 27 подключены к входам элемента 2И-НЕ 29. Кроме того, выход компаратора 26 подключен к входу режима счета ±1 реверсивного счетчика 32. Первый вход ключа 30 служит для подачи команды Баланс, к второму входу подключен генератор 31 импульсов, выход элемен- та 29 подключен к третьему входу ключа. Выход его подключен к счетному входу С реверсивного счетчика 32, выходы которого соединены с ключами 19 и 23.

Тензоусипитель с автоматической ба- лансировкой работает следующим образом.

От генераторе) 16 тока к тензомосту 1 и согласующему блоку 7 подводится стабильный ток 10 + б. Часть этого тока 1б подводится к ЦАП 4 через согласующий блок 7, который поддерживает на входе резистор- ной матрицы 18 стабильное напряжение Don. Ток If,, втекающий в матрицу 18, распределяется ключами 19 между токовыми выходами 20 и 21 и используемся для балансировки, а его значение определяется выражением

.Uon

|Г RM

где RM - входное сопротивление резистор- ной матрицы 18.

Ток, протркяющий через ЦАП 5, также равен б его величина поддерживается со- гласующим блоком 8 К верхнему полюсу диагонали питания тензомоста 1 подводится стабильный ток ln, который является суммарным током плеч Ч и 10

Операционный усилитель 13, осуществ- ляющий виртуальное закорачивание измерительной диагонали, и операционный усилитель 17 поддерживает на полюсах по- тг, :1иалы, близкие к нулю. От правого полюса измерительном диагонали ;ензомоста 1 тс ,е отводится а от левого полюса может сводиться гок разбаланса моста 1р в измерительный усилитель 2 Егли тпчзоусили- тель сбалачсиро°лн, то его выходной сигнал ивых равен нулю следоьлтрльно.равен нулю и ток 1р. К пыхоц операционного усилителя 17 подводится ЖР ток который дает генератор 16 tot ч те I0 + Iе- Следовательно, из нижнего попюга диагонали питания

тензомоста 1 вытекает ток 10, являющийся суммарным током плеч 11 и 12.

Таким образом, в сбалансированном тензоусилителе суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, т. е. плеч 9, 10 и 11, 12, одинаков и равен 10. В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тензорезисторы, включенные в плечи моста, их сопротивление меняется и выходной сигнал Квых тен- зометрического усилителя определяется выражением

.. ... -ARg ДЯю , ARn ARiz

ивых К10 j -55 ЕГБ-

Rg RIORn Ri2

0 5

0

5

0 5 0

где К - коэффициент, определяемый параметрами элементов тензоусилителя;

10 - суммарный ток, протекающий через смежные плечи моста;

ДР

о- относительное изменение сопро- К

тивления соответствующего плеча моста.

Чувствительность тензоусилителя к изменению сопротивления одинакова для всех плеч, систематическая ошибка измерений устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тензомоста. Формула изобретения Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля по авт. св. № 1448287. отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений тем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тензомоста, дополнительно введены второй согласующий блок и второй цифроаналоговый преобразователь, вход которого через второй согласующий блок соединен с другой вершиной диагонали питания тензомоста, а входы управления которого соединены с соответствующими выходами блока управления, причем выходы нормально замкнутых контактов двух позиционных ключей второго цифроанало- гового преобразователя соединены с выходами нормально разомкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроэг налогового преобразователя, а выходы его нормально разомкнутых контактов соединены соответственно с выходами нормально замкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроаналогового преобразователя