Тензометрическое измерительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G01B7/18 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в устройствах измерения неэлектрических физических величин, преобразующих входной сигнал в электрический с помощью рези- стивных измерительных мостов, например, тензорезисторных.

Известны тензометрические устройства, в которых питание измерительного моста осуществляется от источника ста- бильного напряжения, а измерительная диагональ работает в режиме холостого хода.

Недостатком их является то, что длинные линии связи, обладая значительное ем- костью, ограничивают полосу пропускания измерительного устройства, что не позволяет проводить измерение параметров быст- ропротекающих процессов.

От этого недостатка свободны тензо- метрические устройства, в которых питание измерительного моста осуществляется от источника стабильного тока, а измерительная диагональ работает в режиме виртуального короткого замыкания. Такие тензометрические устройства имеют малую чувствительность к емкости линий связи, поэтому они сохраняют высокое быстродействие при большой длине линий связи.

Недостатком их является то, что значи- тельное сопротивление измерительных линий связи не позволяет осуществить режим короткого замыкания измерительной диагонали моста, а это приводит к появлению ошибки измерения, зависящей от значения сопротивления применяемых тензорези- сторов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа тензомет- рическое устройство, содержащее тензоре- зисторный мост, питание которого осуществляется стабильным током, и преобразователь ток - напряжение, подключенный длинными линиями связи к измерительной диагонали моста. Преобразователь содержит дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к первому полюсу, а неинвертирующий - ко второму полюсу измеритель- ной диагонали моста с помощью измерительных линий связи, и резистор обратной связи, один полюс которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а другой подключен вспомога- тельной линией связи к первому полюсу измерительной диагонали моста. Благодаря указанному включению резистора устраняется влияние измерительных линий связи, подключающих входы дифференциального

усилителя к измерительной диагонали моста.

Недостатком указанного тензометриче- ского устройства является то, что компенсация влияния сопротивления измерительных линий связи осуществляется не полностью. Поскольку резистор обратной связи диффэ- ренциэльного усилителя имеет конечное сопротивление, сопротивление вспомогательной линии связи создает дополнительную погрешность измерения.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния на выходной сигнал устройства изменений сопротивления вспомогательной линии связи. Указанная цель достигается тем, что тензометрическое устройство, содержащее тензометрический мост, источник стабилизированного тока, шины которого соединены питающими линиями связи с диагональю питания тензометрического моста, дифференциальный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены измерительными линиями связи с вершинами измерительной диагонали тензометрического моста, и резистор обратной связи, один конец которого соединен вспомогательной линией связи с той вершиной измерительной диагонали тензометрического моста, с котр- рой соединен инвертирующий вход дифференциального усилителя, а другой конец соединен с выходом дифференциального усилителя, снабжено повторителем напряжения, вход которого соединен с общей точкой вспомогательной линии связи и резистора обратной связи, и сумматором с инвертирующим и неинвертирующим входами, соединенными соответственно с выходами повторителя напряжения и дифференциального усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема тензометрического устройства.

Тензометрическое устройство содержит тензометрический мост 1, питаемый от источника стабильного тока 2, который может быть выполнен, например, как в прототипе. В нем источник стабильного тока содержит генератор стабильного тока, подключенный к одному полюсу диагонали питания моста, и следящий источник напряжения, выполненный на операционном усилителе, выход которого подключен к другому полюсу диагонали питания моста, неинвертирующий вход заземлен, а инвертирующий вход- к одному из полюсов измерительной диагонали. Потенциал этого полюса поддерживается близким к потенциалу земли. Благодаря такому включению удаляется устранить синфазную составляющую сигнала на входах измерительного дифференциального усилителя, коорая может возникать из-за нестабильности тока, создаваемого реальным генератором стабильного тока.

Полюса измерительной диагонали 3, 4 подключены измерительными линиями связи соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального усилителя 5. Резистор обратной связи 6 одним полюсом подключен к выходу дифференциального усилителя 5. другим с помощью вспомогательной линии связи 7 - к полюсу 3 измерительной диагонали моста 1. Вход повторителя напряжения 8 подключен к узлу соединения 9 резистора обратной связи 6 с вспомогательной линией связи 7. Выход повторителя напряжения 8 подключен к инвертирующему входу сумматора 10. Неинвертирующий вход сумматора 10 подключен к выходу дифференциального усилителя 5. Повторитель напряжения выполняет функцию выделения падения напряжения на дополнительной линии связи 7. без потребления тока из узла 9.

Работает устройство следующим образом. При воздействии измеряемой деформации Е на плечи тензометрического моста 1 их сопротивление изменяется, и поэтому в полюсе 3 измерительной диагонали возникает ток разбаланса 1Р:

lp bf е,

где 0 - ток питания моста;

S - коэффициент тензочувствительно- сти тензорезисторов.

Этот ток, протекает по вспомогательной линии связи 7 и через резистор обратной связи 6 (вход повторителя напряжения 8 является высокоомным и тока не потребляет} создает падение напряжения на выходе дифференциального усилителя 5, равное

иду 1р(глс + Roc) - 1о | е глс + to -| Roc,

где Roc - сопротивление резистора обратной связи;

Глс сопротивление вспомогательной линии связи.

На вход повторителя напряжения 8 подается напряжение 1)Лс, падающее на сопротивление вспомогательной линии связи 7, т.е.

-Уде ipOic lo n Јi глс ,

Такое же напряжение будет и на выходе повторителя напряжения 8 и инвертирующем входе сумматора 10. Напряжение UBMX 10 на выходе сумматора 8 равно разности напряжений на его входах;

15

со

Увых Уду - ияс - lo 7f Ј. Гяс + о-| Ј ROC

-1о|еглс 1о|еНос.

Из полученного выражения видно, что

выходной сигнал тензометрического устройства не зависит от сопротивления линии связи, следовательно, повышается точность измерения.

Формула изобретения

Тензометрическое измерительное устройство, содержащее тензометрический мост, источник стабилизированного тока, шины которого соединены питающими линиями связи с диагональю питания тензометрического моста, дифференциальный усилитель, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены измерительными линиями связи с вершинами измерительной диагонали тензометрического моста, и резистор обратной связи, один конец которого соединен вспомогательной линией связи с той вершиной измерительной диагонали тензометрического моста, с которой соединен инвертирующий

вход дифференциального усилителя, а другой конец соединен с выходом дифференциального усилителя,отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения влияния на выходной сигнал устройства изменений сопротивления вспомогательной линии связи, оно снабжено повторителем напряжения, вход которого соединен с общей точкой вспомогательной линии связи и резистора обратной связи.и

сумматором с инвертирующим и неинвертирующим входами, соединенными соответственно с выходами повторителя напряжения и дифференциального усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Тензометриче- ское устройство содержит тензометриче- ский мост 1, источник стабилизированного постоянного тока 2 и преобразователь ток-напряжение, состоящий из дифференциального усилителя 5 и резистора обратной связи 6, подключенный длинными линиями связи к мосту 1, а также повторитель напряжения 8 и сумматор 10. Вход повторителя напряжения 8 подключен к узлу соединения 9 вспомогательной линии связи 7 с резистором обратной связи 6. Инвертирующий вход сумма-тора 10 подключен к выходу повторителя напряжения 8, а неинвертирующий - к выходу дифференциального усилителя 5. Устройство обеспечивает более высокую точность за счет исключения влияния изменения сопротивления вспомогательной линии связи на выходной сигнал устройства. 1 ил. СО с VJ ч| О ю со