Преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал Советский патент 1993 года по МПК G01L9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении механических величин, в частности давления, с помощью тензометрических датчиков.

. Известен интегральный преобразователь давления, содержащий мембрану из монокристаллического полуп роводниково- го материала, выполненную за одно целое с опорным основанием, и тензорезисторы, сформированные на мембране и соединенные в мостовую - измерительную схему, управляемый источник напряжения, дифференциальный интегратор, блок деления, опорный резистор и резистор делитель напряжения из двух резисторов.

Известно также устройство для измерения давления, содержащее четыре тензоре- зистора, соединенных в мостовую схему, два операционных усилителя, три транзистора, стабилитрон и резисторы,

Наиболе близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал, содержащий измерительный и компенсационный мосты, причем измерительный мост является одним из плеч компенсационного моста, диа

О

СО

ел

го.наль питания которого соединена с управляемым источником питания, а измеритель- нал диагональ соединена с корректирующим блоком, выход измерительного моста соединен с выходом блока преобразования импеданса в выходной сигнал, две пары регулируемых делителей, мас- .штабирующий бтюк, нагрузочный резистор и регулирующую мостовую схему, причем корректирующий блок введён с дифферен- циальными выходами, а блок преобразования импбД анса в выходной сигнал содержит блок смещения характеристики и блок изменения крутизны, причем выходы регулируемых делителей соединены с блоком смещения характеристики, блоком изменения крутизны и управлением источником питания, управляющие выходы которого со- единень ас одной из диагоналей регулируемой м бстЬ бой схемы, другая диагональ которого соединена с выходом масштабируЛ ющего блока, а выходы регулируемых делителей соединены с выходами корректирующего блока, управляющий вход блокЙ изменения крутизны соединен с выходом масштабирующего блока, соединен н ore с1 нагрузочным резистором, а выхо- ды последних соединены с выходом блока преобразования импеданса в выходной сигналу ;: Y : : г - . .V. .. :

Недостатком известного устройства является сложность технической реализации усилителей сигналов как информации, так и сигналов коррекции которые (сигналы) получаются и должны быть выделены на фоне значительной синфазной составляющей, а также недостаточная точность.

Целью изобретения является повыше- ние точности и упрощение конструкции устройства. .....

Цель достигается тем, что в преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал, содержащий управляемый источник питания, регулирующие делители, тензомост, состоящий из четырех тензоре- змст орое, масштабирующий блок, дополнительно введены корректор нуля, суммаГор-корректор нуля, аттенюатор, сумматор-корректор источника питания, источник опорных напряжений, сумматор тем- пературной коррекции, причем первая вершина измерительной диагонали тензо- моста соединена с выходом корректора нуля и с инвентирующим входом сумматора температурной коррекции, вторая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена с входом масштабирующего блока и через аттенюатор - с прямым входом сумматора температурной коррекции, третий, инвертирующий, вход которого соединен с

источником опорных напряжений, входы первого и второго делителей соединены параллельно между собой и подключены к прямому и инвертирующему входам сумматора температурной коррекции, вход треть его делителя подключен к прямому и инвертирующему выходам масштабирующего блока, вход третьего делителя соединен с одним из инвертирующих входов суммато pa-корректора источника питания, два других инвертирующих входа которого соединены, соответственно, с выходом второго делителя и с источником опорных напряжений, вторая вершина диагонали питания тензомоста соединена с выходом управляемого источника питания, вход которого соединен с выходом сумматора-корректора источника питания, прямой вход корректора нуля соединен с выходом сумматора-корректора нуля, два инвертирующих входа которого соединены, соответственно, с источником опорных напряжений и с выходом первого делителя.

На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя нёэлёктрической величины в электрический сигнал; на фиг.2а - функциональная схема источника питания; на фиг.2б - функциональная схема аттенюатора.

Преобразователь неэлектрйческой величины в электрический сигнал содержит тензомост 1, управляемый источник 2 питания, блок-корректор 3 нуля, аттенюатор.4, блок-корректор 5 нуля, сумматор температурной коррекции, 6, сумматор-корректор 7 источника питания, масштабирующий блок 8, источник 9 опорных напряжений, первый делитель 10, второй делитель 11, третий делитель 12. .. . :;.;:. .: .. . .;

Первая вершина (т. 1) измерительной диагонали тензомоста 1 соединена с инвертирующим выходом корректора 3 нуля, первая вершина (т. 3) питающей диагонали тензомоста 1 соединена с корректором 3 нуля и с инвертирующим входом сумматора температурной коррекции 6, вторая вершина (т. 2) измерительной диагонали тензомоста соединена через аттенюатор 4с неинвертирующим входом сумматора температурной коррекции 6, третий вход которого соединен с источником 9 опорных напряжений, а инвертирующий и неинвертирующий выходы соединены с парой делителей 10 и 11, соединенных между собой параллельно. ;

Вторая вершина (т. 2} измерительной диагонали тензомоста 1 соединена также с неинвертирующим входом масштабирующего блока, инвертирующий и неинвертирующий выходы-которого соединены с третьим делителем 12, соединенным средней точкой с одним из инвертирующих входов сумматора-корректора 7 источника питания, два других инвертирующих входа которого соединены со средней точкой второго делителя 11 и с источником опорных напряжений соответственно, вторая вершина (т. 4) питающей диагонали тензомоста 1 соединена с источником 2 питания, управ- ляющий вход которого соединен с выходом сумматора-корректора 7 источника пита- ния. Вход блока корректора 3 нуля соединен с выходом сумматора-корректора 5 нуля, два инвертирующих входа которого соединены с источником 9. опорных напряжений, и со средней точкой первого делите- ля 10 соответственно.

По тензомосту, подключённому своей питающей диагональю (т.т. 3.4) между уп- 1 равляемым источником 2 то.ка и блоком-корректором 3 нуля, протекает начальный ток. Выходной сигнал с тензомоста 1, явля ющийся функцией измеряемой величины (давления), поступает на вход аттенюатора 4 и неинвертирующий вход бло ка 8 масштабирования, с одного из выходов которо гЪ снимается выходной сигнал устройства (преобразователя неэлектрияеской вёлич м- ны в электрический сигнал). : : :,. -: С выхода аттенюатора 4 сигнал поступает на неинвёртирующий вход сумматора температурной коррекции Q, на инвертирующий вход которого поступает сигнал, пропорциональный температуре тензомоста, с питающей диагонали (т. 3) тензомоста Т, а на вторрй инвертирующий вход блока 6 по- ступает опорный сигнал (Цк) коррекции с блока 9 источника опорных напряжений/ дифференциальный выходной сигнал блока б через резистивные делители 10 и 11 посту- пает на инвертирующий вход.блока 5 сум- матора-корректора нуля и инвертирующий вход блока 7 сумматора- корректора источника питания соответственно. На вторые инвертирующие входы блока 5 и блока 7 поступают сигналы от блока 9 соответственно UCM и UK, обеспечивающие установку начального значения выходного сигнала или подавления начала шкалы измерения и начального значения тока тензомоста соответственно, при этом неинвертирующие входы блоков 5 и 7 соединены с общей шиной, зыходной сигнал блока 5 поступает на неинвертирующий вход блока 3, а выходной сигнал блока 7 поступает на управляющий вход блока 2, при этом на третий инвертирующий вход блока 7 через резистивный делитель 12 поступает дифференциальный выходной сигнал с выхода блока 8, инвертирующий вход которого соединен с общей шиной. При из

менении температуры окружающей среды происходит изменение температуры тензо- датчика, что вызывает приращение сигнала на вершине питающей диагонали тензомоста 1, которое, в свою очередь, вызывает изменение выходного сигнала блока 6, которое через резистивный делитель 10, опреде- ляющий необходимую полярн6сть й значение управляющего воздействия на входе блока 5, через блок 5 поступает на вход блока 3, осуществляющего коррекцию смещения нуля в зэви симости отизменения тёмп ё р ату ры., °С, .при этом через зтт.е- нюатор 4 в блок 0 вводится с целью повышения тбч нб стй доЬо71гнуггё:л ьны й сигнал коррекции от значвн йя и змё ря ёмого па-; раметра, та к ка-к .в с ост аве сиг н ал а с; пига ющей диагонали моста содержится составляющая / и гиеряе- мому параметру. : .. , ; С второго рё зйстйвУнбг О делителя 11 сиг- H a)i:TeMrie:pafyp io :KOppeK4HH n6ct yriaeT н а. инвертируйщ ий вход блока 7 и.с его выхода поступа ет на упра:вля ю 1щ:ий вход блока 2, тем: сдаъгм деущёствляя к:о;р:рек й рВвку %Ё1-;

ст в йт ельно с ти тё й зопр ё образов ателя. по.

темпе ратуре. . -- ----.--j .

- G выхода б дока 8 через резиставный делитель 12 диф ф ёр ён ц йа ь Н ый 1зы ход |Той сигнал поступает на третий инвертирующий вход блока 7, с. выхода которого он поступает на управляющий вход блока 2, осуществляя коррекцию линейности выход:ног6; ; сигнала т ензомо ста 1 в зависимости от выходного сигнала.

В качестве блоков 5Г6, 7 (сумматоры и корректоры) использовались инвертирующие сумматоры в соединении с усилителями с дифференциальным входом.

В качестве блока 3 (корректор) использовался усилитель с дифференциальным входом. .- . °

В качестве блока 9 (источника опорных напряжений) иеполз.овался двухполярный источник опорного напряжения; аттенюаор 4, источник 2 питания представлены на фиг.2.... . V

Исключение компенсационного моста, дного делителя,. нагрузочного резистора и регулируемой мостовой схемы, блока пребразователя импеданса, блока смещения арактеристики, блока изменения крутизны, значительные сокращения связей; приенение в схеме усиления и коррекции игнала усилителей-сумматоров, не требующих высокой точности качества, так как не возникает необходимости подавления син азной составляющей полезного сигнала в вязи с ее отсутствием; включение питающей диагонали тензомоста между выходом

источника тока и выходом корректора нуля, позволяющее изменять потенциал измерительной диагонали моста относительно нулевой шины независимо от тока питания, и наоборот, позволяющее из- менить ток питания независимо от положе- ния измерительной диагонали при начальной значении измеряемого параметра, позволяет упростить схему заявляемого устройства и облегчить ее эксплуатацию, снизив требования к квалификации обслуживающего персонала и персонала, осуществляющего наладку при выпуске изделия, а также повысить точность за счет введения корректирующего сигнала через аттенюа- тор на сумматор температурной коррекции.

Форму л а и зо б р е т е н и я Преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал, содержа- щий управляемый источник питания, регулируемые делители, тензо.мост и масштабирующий блок, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразования и упрощения конструкции/он снаб- женкорректором нуля, сумматором-корректором нуля, аттенюатором, сумматором температурной коррекции, сумматором-корректором источника питания и источником опорных напряже- ний, причем первая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена с

инверторным входом корректора нуля, первая вершина дигонали питания тензомоста соединена с выходом коррекора нуля и с инверторным входом сумматора температурной коррекции, вторая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена с входом масштабирующего блока и через аттенюатор - с прямым входом сумматора температурной коррекции, третий, инвер- торный, вход которого соединен с источником опорных наяпряжений, выход первого и второго делителей соединены параллельно между собой и подключены к прямому и инверторному выходам сумматора температурной коррекции, вход третьего делителя подключен к прямому и инверторному выходам масштабирующего блока, выход третьего делителя соединен с одним из йнверторных входов сумматора-корректора источника питания, два других йнверторных входа которого соединены соответственно с выходом второго делителя и с источником опорных напряжений, вторая вершина диагонали питания тензомоста соединена с выходом управляемого источника питания, вход которого соединен с выходом сумматора-корректора источника питания, прямой вход корректора нуля соединен с выходом сумматора-корректора нуля, два йнверторных входа которого соединены соответственно с источником опорных напряжений и с выходом первого делителя.

Изобретение относится к из меритель- ной технике и может быть использовано, в частности, для измерения давления с помощью тензометрических датчиков. Цель: повышение точности преобразования и упрощение конструкций. Сущность изобретения: наряду с управляемым источником :. /: ...: . V. Г.-. питания, регулируемым / делйтёл ями,: тен- зомЬстом и масштабирующим блоко м, устройство содержит корректор нуля, сумматор-коррё ктор нуля, аттенюатЬр, сумматор темпер ату рйой коррекции, сумматор-корректор источнй1 ;а п йтания и источник опорных напряжений. Первая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена с йнверторньтм входом корректора нул я, пёр вая верши на диа гонйл и питания тензомоста соединена с выходом корректора нуля и с инвёрторным входом сумматора: температурной коррекции. Электрическая схема устройства позволяет изменять потенциал измерительной диагонали моста отйосйтёльнд общей шины (земли) независимо от тока питания, поэтому синфазная составляющая полезного сигнала отсутствует, Это позволяет использовать в устройстве усилители-сумматоры не очень высокой точности и качества, облегчает эксплуатацию устройства. 2 ил.

Фип

Г

фиги.

-p

- - |