Сумматор сигналов разбаланса мостовых измерительных цепей Советский патент 1993 года по МПК G06G7/14 

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано в приборостроении при построении приборов для измерения давления и приборов для измерения веса.

Известна схема последовательного суммирования сигналов разбаланса мостовых цепей, содержащая два гальванически развязанных источника питания этих цепей и две мостовые цепи, диагонали которых подключены к своим источникам питания, а их измерительные диагонали, с целью суммирования сигналов, соединены последовательно.

Недостаток этого устройства состоит в том, что невозможно суммировать эти сигналы при питании мостовых схем от одного источника, т.к. происходит сильное шунтирование (взаимное влияние) цепей по измерительным диагоналям.

Прототипом предлагаемого устройства является сумматор, содержащий источник питания мостовых цепей, диагонали питания которых соединены параллельно и подключены к источнику питания мостовых цепей, каждая измерительная диагональ мостовой цепи подключена между выходом и инвертирующим входом собственного усилителя, инвертирующие входы всех усилителей объединены и подключены к нагрузке, второй выход которой соединен с общей шиной схемы, причем усилители питаются от второго источника питания.

Недостаток прототипа состоит в том, что в нем имеется большое число источников ЭДС для питания всего устройства (два), причем гальванически развязанных, для питания мостовых цепей и питания усилителей. Кроме того, суммирование без погрешности происходит только при равенстве резисторов в цепи обратной связи, что в реальных условиях обеспечить трудно.

Целью изобретения является упрощение сумматора за счет исключения второго источника питания и повышение точности суммирования.

СП

с

4

Ч

00

ю со

Цель достигается тем, что в сумматор сигналов разбаланса мостовых измерительных цепей, содержащий операционные усилители по числу мостовых измерительных цепей, выходы которых через соответствующие резисторы обратной связи подключены к одному из выводов резистора нагрузки, и источник питающего напряжения, выполненный в виде двух последовательно включенных источников ЭДС, общий вывод которых подключен к другому выводу резистора нагрузки, введены пары источников тока по числу мостовых измерительных цепей, которые включены согласно между внешними выводами источника питающего напряжения и диагональю питания соответствующей мостовой измерительной цепи, измерительная диагональ которой включена между резистором нагрузки и неинвер- тирующим входом соответствующего операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Схема содержит источник 1 питающего Напряжения, выполненный в виде двух источников ЭДС, соединенных последовательно, резистор нагрузки 2 и N параллельных ветвей, подключенных к источнику 1 питающего напряжения. Каждая параллельная ветвь содержит два источника тока 1 и 2 , соединенных согласно-последовательно, а между источниками 1 и 2 тока включена диагональ питания мостовой измерительной цепи 3. Каждой параллельной ветви принадлежит операционный усилитель А , инвертирующий вход которого соединен с собственным выходом. Выход каждого усилителя через собственный резистор 5 обратной связи соединен с резистором нагрузки 2, второй вход которого подключен к средней клемме источника 1 питающего напряжения. Одна вершина измерительной диагонали всех мостовых цепей 3 объединена и подключена к общей точке резисторов обратной связи 5, соединенных с резистором нагрузки 2, Свободная вершина измерительной диагонали каждой мостовой цепи 3 соединена с неинвертирующим входом собственного операционного усилителя 4 .

Работает устройство следующим образом. При подключении параллельной ветви к источнику 1 питающего напряжения по мостовой цепи протекают токи источников тока 1 и 2 через резистор 2 нагрузки. Причем, если эти токи равны, то на резисторе нагрузки нет разности потенциалов. На измерительной диагонали мостовой цепи разность потенциалов равна

UM

I1R4R2-I2.R3R1 +(И l2)R4R3

Fb

(1)

где li - ток источника 1 тока; 2 -ток источника-2 тока;

Ri; R2 - резисторы левой ветви мостовой цепи, верхний RL нижний R2;

Ra; RI - резисторы правой ветви мостовой цепи, верхний R4, нижний Ra;

R- Ri H-R2+R3+R4

Когда , то формула (1) примет известный частный случай при питании мосто- вой цепи от одного источника тока

о ( R4 R2 - Вз RI )

U м

R.

(2)

Следовательно, ток нагрузки от каждой 20 параллельной ветви определяется соотношением вида

lHI

U

М|

(3)

Очевидно, что полный ток нагрузки равен

1н 2

N U

м|

Rs I

(4)

что и требовалось доказать.

Таким образом, предложен сумматор сигналов разбаланса мостовых измерительных цепей с одновременным преобразованием суммы в ток.

Преимущество предложенного сумматора по отношению к прототипу состоит в том, что в нем отсутствует погрешность суммирования, обусловленная неравенством резисторов обратной связи, из-за чего происходило в прототипе шунтирование измерительной диагонали.

Важной особенностью предложенного

сумматора является и тот факт, что все устройство питается от одного источника. Кроме того, предложенный сумматор позволяет выполнять мостовые цепи без предварительной начальной балансировки. Начальный баланс суммы сигналов (установка нуля) в этом случае может осуществляться с помощью регулировки тока питания любой мостовой цепи или специальной мостовой цепи, выполненной из четырех точных стабильных резисторов и потенциометра. Это обстоятельство в значительной степени упрощает технологию изготовления полупроводниковых тензомодулей, производимых ПО Промприбор, г. Орел. Важным обстояjeflbCTBOM является также и тот факт, что

использование предложенного сумматора делает целесообразным изготовление многомостовых тензодатчиков (тензодатчики, расположенные на одной подложке) с. целью увеличенияудельной

чувствительности и, как следствие, повышения точности устройств, основанных на использовании тензодатчиков, датчиков температуры и т.д.

Формула изобретения Сумматор сигналов разбаланса мостовых измерительных цепей, содержащий операционные усилители по числу мостовых измерительных цепей, выходы которых через соответствующие резисторы обратной связи подключены к одному из выводов резистора нагрузки, и источник питающего на0

5

пряжения, выполненный в виде двух последовательно включенных источников ЭДС, общий вывод которых подключен к другому выводу резистора нагрузки, .отличающийся тем, что, с целью упрощения сумматора и повышения точности, в него введены пары источников тока по числу мостовых измерительных цепей, которые включены согласно между внешними выводами источника питающего напряжения и диагональю питания соответствующей мостовой измерительной цепи, измерительная диагональ которой включена между резистором нагрузки и неинвертирующим входом соответствующего операционного усилителя, выход которого соединен с его инвертирующим входом.

Использование: измерительная техника и автоматика, а также приборостроение при построении приборов для измерения давления или веса. Сущность изобретения: устройство содержит источник питающего напряжения,.выполненный в виде двух источников ЭДС, соединенных последовательно, резистор нагрузки, п мостовых измерительных цепей, п операционных усилителей, п резисторов обратной связи. 1 ил.