Тензометрическое устройство Советский патент 1992 года по МПК G01B5/30 

ля 3, компаратором 10, первый вход которого соединен с точкой соединения вторых выводов второго 7 и третьего 8 резисторов, а второй вход с выходом первого масштабного преобразователя 9, вторым 11 и третьим 12 масштабными преобразователями, входы которых соединены с первым выходом блока 5 питания, четвертым масштабным преобразователем 13, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора 4, переключателем 14, первый вход которого соединен с выходом второго масштабного преобразователя 11, второй вход соединен с выходом третьего масштабного преобразователя 12. Управляющий вход соединен с выходом компаратора 10, а выход с входом четвертого масштабного преобразователя 13 и третьим входом усилителя 2, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к измерениям неэлектрических величин в условиях широких диапазонов быстроменяющихся температур. Цель изобретения - повышение точности. Тензометрическое устройство содержит тензомост 1, блок 5 питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста 1, первый резистор 6, первый выход которого соединен с вторым выходом блока 5 питания, а второй вывод - с второй вершиной -is4Ј№-J титут ащен- енсаодат- гнала. 11, с. ТВО льно- мереовиях ихся вышейство , перй верта 1, орого питаиной диагонали питания тензомоста 1, усилитель 2, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензомоста 1, управляемый масштабный преобразователь 3, первый вход которого соединен с выходом усилителя 2, первый сумматор 4, первый вход которого соединен с выходом управляемого масштабного преобразователя 3. Устройство снабжено вторым 7 и третьим 8 резисторами, первые выводы которых соединены с выходом блока 5 питания, вторые выводы -между собой, четвертым 16 и пятым 17 резисторами, первые выводы которых соединены с выходами блока 5 питания, вторые их выводы соединены между собой, первым масштабным преобразователем 9, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста 1, а второй вход - с точкой соединения вторых выводов четвертого 16 и пятого 17 резисторов, вторым сумматором 15, первый вход которого соединен с выходом первого масштабного преобразователя 9, второй вход соединен с первым выходом блока 5 питания, а выход - с вторым входом управляемого масштабного преобразоватеJ is4Ј№-J ел С vi ON СО 00 ON VJ -н1 -i -Ч.Ш J

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к измерениям неэлектрических величин в условиях широких диапазонов и быстроменяющихся температур.

Известно устройство содержащее схему включения датчика мост в мосте, позволяющую выделять два линейно независимых сигнала, один из которых является основным, а другой дополнительным и используется для температурной коррекции основного сигнала fll Точность устройства невелика, поскольку корректируется только аддитивная составляющая температурного дрейфа основного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство, содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель, управляющий масштабный преобразователь и сумматор, источник питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста и со вторыми входами усилителя и сумматора, второй выход - через резистор со второй вершиной диагонали питания тензомоста и со вторым входом управляемого масштабного преобразователя (2).

Недостатком известного устройства является его низкая точность в условиях нелинейного характера температурного дрейфа нуля датчика.

Цель - повышение точности.

Цель достигается тем, что тензометри- ческое устройство, которое содержит блок питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста, первый резистор, первый вывод которого соединен со вторым выходом блока питания, а второй вывод - с второй вершиной диагонали питания тензомоста, усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензомоста, управляемый масштаб- ный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом усилителя и

первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом управляемого масштабного преобразователя, снабжено вторым и третьим резисторами, первые выводы которых соединены с выходами блока питания, вторые их выводы соединены между собой, четвертым и пятым резисторами, первые выводы которых соединены с выходами блока питания, вторые их выводы соединены

между собой, первым масштабным преобразователе, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, а второй вход - с точкой соединения вторых выводов четвертого и пятого

резисторов, вторым сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого масштабного преобразователя, второй вход соединен с первым выходом блока питания, а выход - с вторым входом управляемого

масштабного преобразователя и компаратором, первый вход которого соединен с точкой соединения вторых выводов второго и третьего резисторов, а второй вход соединен с выходом первого масштабного преобразователя, вторым и третьим масштабными преобразователями, входы которых соединены м первым выходом блока питания четвертым масштабным преобразователем, выход которого соединен с

вторым входом первого сумматора, переключателем, первый вход которого соединен с выходом второго масштабного преобразователя, второй вход соединен с выходом третьего масштабного преобразователя, управляющий вход соединен с выходом компаратора, а выход соединен с входом четвертого масштабного преобразователя и третьим входом усилителя.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - нелинейная температур- ная зависимость дрейфа аддитивной погрешности.

Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензомост 1, усилитель 2, управляемый масштабный преобразователь 3, первый

сумматор 4. Блок 5 питания подключен через первый резистор 6 к питающей диагонали тензомоста 1.

Сигнал характеризующий температурный дрейф параметров тензодатчика 1 поступает в виде напряжения, снимаемого с первого резистора 6, компенсированного в начальном состоянии постоянным сигналом, снимаемым с делителя, образованного четвертым и пятым резисторами 16 и 17, через первый масштабный преобразователь 9 на первый вход второго сумматора 15 и на первый вход компаратора 10. На второй вход второго сумматора 15 подается постоянное смещающее напряжение питания тензодатчика 1, а выходной сигнал второго сумматора 15 является управляющим коэффициентом преобразования управляемого масштабного преобразователя 3.

Резистивный делитель на втором и третьем резисторе 8 и 7 задает точку излома ломанной линии, аппроксимирующей нелинейную температурную зависимость нулевого сигнала тензодатчика 1. По уровню выходного сигнала компаратора 10 переключатель 14 подает на третий вход усилителя 2 и вход четвертого масштабного преобразователя 13 выходной сигнал либо со второго масштабного преобразователя 11, либо с третьего масштабного преобразователя 12.

Тензометрическое устройство работает следующим образом.

На вход тензодатчика 1 воздействует измеряемая физическая величина и сопутствующее ей температурное воздействие t Сигнал Л на первом входе управляемого масштабного преобразователя 3 можно представить

Vi(PKi(H«MAt) + )K2 + Vn, (1) где Р - измеряемая физическая величина;

Ki - коэффициент преобразования тензодатчика 1,

«2 - коэффициент преобразования усилителя 2;

At- приращение температуры, воздействующей на тензодатчик 1;

V - выходное напряжение блока 5 питания;

п - коэффициент преобразования, равный либо коэффициенту преобразования щ второго масштабного преобразователя 11, либо коэффициенту преобразования П2третьего масштабного преобразователя 12 в зависимости от состояния переключателя 14;

ам - коэффициент мультипликативной чувствительности тензодатчика 1 к приращению температуры At;

Va Оэ - аддитивное изменение нулевого выходного сигнала тензодатчика 1 на единицу изменения температуры At;

Oa - температурный коэффициент ухода нулевого сигнала тензодатчика 1.

То есть дополнительная погрешность тензометрического устройства включает и мультипликативную и аддитивную составляющие, и аддитивная погрешность температурной погрешности тензодатчика 1 имеет характерную нелинейность в интервале температур А 12(фиг.2)- сплошная кривая. Аппроксимация этой кривой прямой линией при коррекции, обусловит значительные погрешности, Повысить точность можно, выполнив аппроксимацию нелинейной температурной зависимости дрейфа аддитивной погрешности с помощью линейно-ломаной кривой (фиг.2). Температурная зависимость дрейфа нулевого уровня тензодатчика 1 приобретает свойства линейности в интервалах температур A ti и

At2, Можно повысить точность коррекции, выполнив настройку коэффициентов преобразования щ и П2 второго и третьего масштабных преобразователей отдельно в интервалах A ti и A t2.

Выражение (1) представляется в виде систем двух уравнений, соответствующих двум интервалам температур Аи и A t2.

Vi PKiK2{1 + + aMAti) + Vni(1 + cfeiAti);(2)

V2 PKlK2(1 + + aMAt2)+Vn2(1 -t- OalAtl),)

где ni и П2 - коэффициенты преобразования второго и третьего масштабных преобразователей 11 и 12,

VaiOai и Va2Qa2 аддитивные изменения нулевого выходного сигнала тензодатчика 1, соответствующие интервалам температур A ti и At2,Oai и «а2 - температурные коэффици- енты дрейфа нулевого сигнала тензодатчика 1 соответственно в интервалах температур Ati и At2.

Сигнал V2 на втором входе управляемого масштабного преобразователя 3, опреде- ляющий его коэффициент преобразователя 3, определяющий его коэффициент преобразования формируется в виде:

V2 V(1 + Y«t- naAt),(4)

где Vt 2t изменение сигнала, снимаемого с первого резистора 6 относительно напряжения, снимаемого с делителя, образованного

четвертым, и пятым резисторами 17 и 16, на единицу изменения температуры;

at - температурный коэффициент чувствительности к изменению температуры At;

пз - коэффициент преобразования первого масштабного преобразователя 9. И для диапазонов температур Ati и Ata:

V2 V(1+ Y« + ri3Ati) V2 V(1+ a + пзАга)

(5) (6)

Управляемым масштабным преобразователем 3 реализуют функцию отношения входных сигналов Vi и V2.

В диапазоне температур Ati, реализуют отношение сигналов Vi/V2 определяемых выражениями (2) и (5), а в диапазоне температур At2 реализуют отношение сигналов Vi/W определяемых выражениями (3) и (6).

То есть выражение V2 определяет коэффициент Кз преобразования управляемого масштабного преобразователя 3. В диапазонах температур Ati и At2 коэффициенты Кз определяют согласно выражениям (5) и (6)

КЗ

Кз

Кз

1 + пзЛт.1

К§ 1 +Y«t nsAti

(7)

(8)

где Кз° - начальный коэффициент преобразования управляемого масштабного преобразователя 3, определяемый начальным уровнем V в выражениях (5) и (6).

Для того, чтобы осуществить температурную коррекцию мультипликативной и аддитивной погрешностей, показанных в выражении (2) для температурного диапазона Ati, необходимо выполнить условия

° 1г V Gt пз Эти условия выполняют установкой коэффициентов m и пз

., Va1 СЫ

П1-К2 Га Г

п V .«м пз vt еь

где Vai, Oai, Vt,a t, #м определяют в результате экспериментального воздействия на тензодатчик . 1 температуры в пределах диапазонов Аи.

Для того, чтобы осуществить температурную коррекцию мультиплиткативной и аддитивной погрешностей, показанных в выражении (З)для температурного диапазона At2, необходимо дополнительно выполнить условие

.

Его выполняют установкой коэффициента П2

где Va2 и Оа2 определяют в результате экспериментального воздействия на тензодат- чик 1 температуры вы диапазоне At2.

0 в зависимости от результата сравнения сигнала, снимаемого с выхода первого масштабного преобразователя 9 с опорным уровнем, определяющим точку перегиба ломаной кривой (фиг.2), аппроксимирующей

5 нелинейный температурный дрейф начального уровня тензодатчика 1, определяемого делителем, образованным вторым и третьим резисторами 7 и 8, компаратор 10 подключает на третий вход усилителя 2

0 выходной сигнал либо второго, либо третьего масштабных преобразователей 11 и 12.

В диапазоне температур Ati на выходе управляемого масштабного преобразователя 3 формируют сигнал

5

Vl/V2-VlK3-PKlK2K 1+ At1) +

1 +-rr«t пз Ati

VmK8(i +- AtO

-f- - SIT

vt

1 GI + пз Ati PKiK2K30 + VniK30

vi/V2 viK3-PKlK2 1+g At1)

1 +Yatn3Ati

Уп2К§(1+ lAt2)

1 +Y « + пзAti p Ki K2 Кз° + Vn2 K3°

функционально независимой от температуры At2.

Остаточное аддитивное смещение УпКз°

либо Vn2Ks , присутствующее в выходном сигнале управляемого масштабного преобразователя 3, устраняют с помощью первого сумматора 4, подачей на его вычитающий второй вход сигнала с выхода переключателя 14, через четвертый масштабный преобразователь 13, имеющий коэффициент Кз0 Выходной сигнал УВых тензометриче- ского устройства определяют выражением

VBb,x PKiK2K3

о

во всем рабочем температурном диапазоне At.

Предложенное тензометрическое устройство повышает точность коррекции температурной погрешности тензодатчика в условиях нелинейности температурной зависимости аддитивной погрешности путем линейной аппроксимации и коррекции в каждом из линейных участков характеристики, является функционально законченным не требует дополнительного усиления по выходу для обеспечения номинального коэффициента преобразования в процессе коррекции аддитивного и мультипликативного температурных дрейфов.

Формула изобретения Тензометрическое устройство, содержащее тензомост, блок питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста, первый резистор, первый выход которого соединен с вторым выходом блока питания, а второй вывод-с второй вершиной диагонали питания тензомоста, усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензомоста, управляемый масштабный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом усилителя, первый сумматор, первый вход которого соединен с выходом управляемого масштабного преобразователя, отличающееся тем, что, с це/1ью повышения точности, оно снабжено вторым и третьим резисторами, первые выводы которых

соединены с выходами блока питания, а вторые их выводы соединены между собой, четвертым и пятым резисторами, первые выводы которых соединены с выходами блока питания, а вторые их выводы соединены между собой, первым масштабным преобразователем, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, а второй вход - с точкой соединения вторых выводов четвертого и пятого резисторов, вторым сумматором, первый вход которого соединен с выходом первого масштабного преобразователя, второй вход соединен с первым выходом блока питания,

а выход - с вторым входом управляемого масштабного преобразователя, компаратором, первый вход которого соединен с точкой соединения вторых выводов второго и третьего резисторов, а второй вход соединен с выходом первого масштабного преобразователя, вторым и третьим масштабными преобразователями, входы которых соединены с первым выходом блока питания, четвертым масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, и переключателем, первый вход которого соединен с выходом второго масштабного преобразователя, второй вход соединен с

выходом третьего масштабного преобразователя, управляющий вход соединен с выходом компаратора, а выход соединен с входом четвертого масштабного преобразователя и третьим входом усилителя.

а

t