Устройство для измерения сигналов тензомоста Советский патент 1992 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерениях деформации твердых тел

Известно устройство для измерения сигналов с параметрических преобразователей, содержащее тензомост, источник питания тензомоста, три резистора, коммутатор, трансформатор с четырьмя обмотками, блок управления, подключенный своими выходами к управляющим входам управляемого делителя напряжения, выходы которого подключены к первым входам нуль-органа, вторые входы которого подключены через резистор к измерительной диагонали тензомоста, а выход - ко входу блока управления.

Недостатком дачного устройства является наличие погрешности измерений, обусловленной отсутствием балансировки

тензомоста и входных цепей нуль органа в процессе измерения На погрешность измерения оказывает влияние изменение в диапазоне рабочих температур коэффициента передачи входных цепей нуль-органа изме нение сопротивления суммирующих резисторов и подводящих проводов с выходной диагонали тензомоста к входу нуль органа Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения сигналов тензомоста, содержащее четырехплечий тензомост, последовательно соединенные источник питания и датчик тока, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста. последовательно соединенные блок управления и управляемый делитель напряжения, нуль-орган, синхронизирующие входы которого соединены с дополниvj

Јь V4 00 -Ч

тельными выходами источника питания, выход - со входом блока управления, а источник питания, управляемый делитель напряжения, нуль-орган и блок управления соединены с общей шиной.

Недостатком устройства является то, что аддитивные и мультипликативные погрешности измерений компенсируются одним и тем же сигналом, взятым с разными коэффициентами выходных обмоток трансформатора тока, что не-дает в полной мере компенсировать погрешности.

Другим недостатком устройства является то, что его схема, работая по принципу компенсатора напряжений, изолирована от общей шины. ЦеЛь компенсации между выходом управляемого делителя напряжения и входом нуль-органа имеет сопротивление порядка нескольких килоом, соответствующее сопротивление тензо/иоста. Такое высокое сопротивление цепи, в которой в момент уравновешивания не протекает ток, имеет малую помехоустойчивость за счет наводимых на ее сопротивлении трансформаторных наводок.

Цель изобретения - повышение точности за счет устранения температурной погрешности и повышение помехоустойчивости за счет шунтирования наводимых помех

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство для измерения сигналов тензомоста содержит тензомост 1 с вершинами 2,3 диагонали питания и вершинами 4,5 измерительной диагонали, источник б питания переменного тока с шинами 7,8, датчик 9 тока с входной клеммой 10 и выходными клеммами 11, 12, резистор 13, блок 14 сравнения со входами 15, 16, 17, 18 и выходом 19, нуль-орган 20 с входными шинами 21, 22 и выходными 23, 24, блок 25 управления со входом 26 и цифровыми выходами 27, управляемый делитель 28 напряжения с шиной 29 входа опорного сигнала, управляющими цифровыми входами 30 и выходом 31, сумматор 32 с входами 33, 34 и выходной клеммой 35 и формирователь 36 сигнала коррекции со входом 37 и выходными шинами 38, 39, В случае использования в устройстве нуль-органа 20, входной усилитель которого выполнен по схеме модулятор-усилитель переменного тока-демодулятор (аналогично с прототипом), нуль-орган 20 имеет выходы 40 Синхронизации модулятора и демодулятора, соединенные с дополнительными выходами 41 источника 6 питания.

Все узлы устройства имеют выводы, соединяющие их с общей шиной.

Шина 8 источника б питания соединена с общей шиной, а шина 7 соединена со входами 10, 33 датчика 9 тока и сумматора 32 соответственно, выход 12 датчика 9 тока соединен с вершиной 2 питающей диагонали тензомоста 1, а другая вершина 3 соединена с общей шиной. Выход 11 датчика 9 тока подключен ко входу 37 формирователя 36 сигнала коррекции Первый его вход 38 через резистор 13 подключен ко входу 16 блока 14 сравнения. Второй выход 39 под0 ключей ко входу 34 сумматора 32, выход 35 которого соединен с шиной 29 опорного сигнала управляемого делителя 28 напряжения. Выход 31 управляемого делителя 28 напряжения подключен ко входу 15 блока 14

5 сравнения. Вершины 4,5 измерительной диагонали тензомоста 1 подключены ко входам 17, 18 блока 14 сравнения, выход 19 которого подключен ко входу 21 нуль-органа 20.

0Выход 23 нуль-органа 20 подключен ко

входу 26 блока 25 управления, цифровые выходы 27 которого подключены к управляющим входам 30 управляемого делителя 28 напряжения.

5Нуль-орган 20 предназначен для анализа разностного сигнала, поступающего на его входе выхода тензомоста 1 и выработки управляющего сигнала, свидетельствующего о компенсации или перекомпенсации

0 уравновешивающей схемы в процессе измерения и служащего для управления работой блока 25 управления

Нуль-орган 20, блок 25 управления и управляемый делитель 28 напряжения обра5 зуют аналого-цифровой преобразователь уравновешивающего типа, предназначенный для преобразования в код выходного сигнала тензомоста. Тип уравновешивания определяется логикой работы блока 25 уп0 равления, который является устройством, вырабатывающим выходной сигнал в виде параллельного двоичного (двоично-десятичного) кода, управляющего работой делителя 28 напряжения. Изменение выходного

5 кода блока 25 управления происходит по управляющему сигналу, поступающему с выходаааааа 23 нуль-оргна 20.

Устройство для измерения сигналов тензомоста работает следующим образом.

0 При подаче питания от источника 6 питания через вход 10 и выход 12 датчика 9 тока запитывается тензомост 1. .

Ток, протекающий в измерительной диагонали тензомоста 1, подключенной ко вхо5 дам 17, 18 блока 14 сравнения, , компарируется с токами, поступающими через резистор 13 с выхода 38 формирователя 36 сигнала коррекции и с выхода управляемого делителя 28 напряжения на входы 16, 15 соответственно блока 14 сравнения Когда их алгебраическая сумма будет равна нулю, сигнал разбаланса, близкий к. нулевому значению на выходе 19 блока 14 сравнения, регистрируется нуль-органом 20 по входу 21.

При появлении сигнала разбаланса с выхода 23 нуль-органа 20 на вход 26 блока 25 управления поступает сигнал, изменяющий состояние его выходов 27 таким образом, что по входам 30 управляемого делителя 28 его состояние изменяется, формируя на выходе 31 сигнал, компенсирующий измеряемый, который вызвал разбаланс. Таким образом, на выходе 19 блока 14 сравнения сигнал разбаланса сни- жается до значения, близкого к нулевому.

Изменение тока в диагонали тензомоста 1, вызванное изменением его сопротивления при воздействии температуры и давления, компенсируется изменением опорного напряжения управляемого делителя 28 напряжения, подаваемого на его вход 29 с выхода 35 сумматора 32. В результате нескомпенсированной остается только часть сигнала, пропорциональная относи- тельному изменению сопротивлений плеч тензомоста 1 при воздействии на тензомост 1 давления.

В момент баланса схемы сопротивление тензомоста 1 в силу короткозамкнуто- сти его диагоналей равно его четырем параллельно соединенным плечам. Это в четыре раза меньше, чем в прототипе. Кроме этого, тензомост соединен одной из вершин своей питающей диагонали с общей шиной. Эти отличия уменьшают сигнал электромагнитной наводки и упрощают экранировку тензомоста 1 и измерительной схемы.

Компенсация температурной погреш- ности устройства имеет качественно прин- ципиальные отличия и позволяет практически стопроцентно устранить температурную погрешность тензомоста. Это обусловлено ужо упомянутым режимом ра- боты схемы с короткозамкнутыми диагоналями в момент уравновешивания. В силу чего четырехплечий мост трансформируется в двухполюсник, и все непропорциональные изменения в соотношении

сопротивлений его плеч одинаково сказываются на изменении сопротивления моста относительно его измерительной и питающей диагоналей. Таким образом, вызванное воздействием температуры приращение тока, протекающего через измерительную диагональ тензомоста, пропорционально приращению тока, протекающего через его питающую диагональ.

Формул а изо бретени я Устройство для измерения сигналов тензомоста, содержащее четырехплечий тензомост, последовательно соединенные источник питания и датчик тока, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста, последовательно соединенные блок управления и управляемый делитель напряжения, нуль-орган, синхронизирующие входы которого соединены с дополнительными выходами источника питания, выход - со входом блока управления, а источник питания, управляемый делитель напряжения, нуль-орган и блок управления соединены с общей шиной, отличающеес ятем, что, с целью повышения точности за счет устранения температурной погрешности и повышения помехоустойчивости за счет шунтирования наводимых помех, оно снабжено последовательно соединенными формирователем сигнала коррекции и сумматором, выход которого соединен со вторым входом управляемого делителя напряжения, блоком сравнения, первый вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, второй вход - через резистор со вторым выходом формирователя сигнала коррекции, третий и четвертый входы - с измерительными вершинами тензомоста. а выход - со вторым входом нуль-органа, второй выход датчика тока соединен ей входом формирователя сигнала коррекции, второй выход источника питания соединен также со вторым входом сумматора, а вторая вершина диагонали питания тензомоста, формирователь сигнала коррекции, датчик тока, сумматор и блок сравнения соединены с общей шиной.

Изобретение относится к измерительной технике для преобразования сигнала тензомоста с коррекцией несимметрии его плеч гфи воздействии температуры и может быть использовано при гидрофизических исследованиях для измерения деформации давления и усилия Цель изобретения - повышение точности за счет устранения температурной погрешности и повышение помехоустойчивости за счет шунтирования наводимых помех Устройство обеспечивает функционирование тензомоста в режиме в режиме короткого замыкания диагоналей в момент уравновешивания измерительной цепи, что обеспечивает минимальное ее сопротивление, а значит, наибольшее шунти-- рование наводимых помех, т е высокую помехоустойчивость Съем информации об измеряемом параметре осуществляется в момент, когда измерительная и питающая диагонали тензомоста замкнуты накоротко что позволяет получить максимальную