Устройство для дискретного регулирования чувствительности тензопреобразователя Советский патент 1993 года по МПК G01B7/16 

сл

С

Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано для дискретного регулирования тензопреобразователя Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона регулирования при минимально возможном количестве регулирующих резисторов за счет оптимизации ко- личества последних в схеме с операционным усилителем На входе последнего и в цепи обратной связи включены магазины сопротивлений, количество которых выбирается согласно выявленному соотношению диапазона и шага регулирования 2 ил

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения деформации твердых тел, усилий крутящих моментов, перемещений и других параметров тензо- метрическим способом

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона регулирования при минимально возможном количестве регулирующих резисторов.

На фиг 1 изображено устройство для дискретного регулирования чувствительности тензопреобразователя на фиг 2 изображен вариант подключения устройства к тензопреобразователю

Устройство для дискретного регулирования чувствительности тензопреобразователя содержит входную шину 1, соединенную через дискретно-управляемый делитель напряжения 2 с одним из входов операционного усилителя 3 Второй

вход операционного усилителя 3 через дискретно-управляемый делитель напряжения А соединен с выходом операционного усилителя 3 и выходной шиной устройства 5

Дискретно-управляемый делитель 2 состоит из первого резистора 6 (R1), дополнительного резистора 7 (Rg), коммутируемого контактами 8, и набора дискретно-управляемых (коммутируемых) резисторов 9 (R2 R3 R4, , Rn), коммутируемых ключами 10

Дискретно-управляемый делитель 4 в цепи обратной связи операционного усилителя 3 собран на основе резисторов 11 коммутируемых ключами 12

Устройство для дискретного регулирования чувствительности тензопреобразователя (фиг. 1) представлено на фиг 2 в виде устройства регулирования 13 которое сое динено по входу 1 с тензопреобразователем 14 через согласующий усилитель 15 а к вы ходу 5 устройства регулирования 13 под00

кэ

а

00 00

а

ключей регистратор 16. Электропитание тензопреобразователя 14 осуществляется от стабилизированного источника напряжения 17

Принцип выбора количества и номиналов резисторов делителя напряжений 2 и количества резисторов в делителе 4 обратной связи усилителя 3 определяется условием формирования общего диапазона регулирования D по формуле

D ap,(1)

где а - шаг регулирования, представляющий собой отношения вида

Kl : К| 1 КР 1 Ki К2 «з KiKp

(2)

где KI - текущий коэффициент передачи устройства регулирования чувствительности тензопреобразователя;

К0 - начальный коэффициент передачи;

р - число поддиапазонов, на которые делится общий диапазон D, определяемое по формуле

р т (2п-1)1,(3)

где п - количество резисторов в делителе 2 напряжения на входе операционного усилителя 3;

m - количество резисторов в делителе 4 напряжения, включенном в цепи обратной связи операционного усилителя 3.

Учитывая, что на практике отношения(2) равны между собой с той или иной степенью приближения в конкретных расчетах значений m и п целесообразно принимать среднее значение шага регулирования а аср при заданном и допустимом абсолютном отклонении Дамакс от среднего значения.

Введение в делитель 2 дополнительного резистора 7 (Rg) позволяет без увеличения количества п дискретно-управляемых резисторов 9 дополнительно увеличить коэффициент использования шкалы регистратора 16 при D const или, наоборот, дополнительно расширить диапазон D при сохранении заданного значения коэффициента использования шкалы регистратора.

Практически подключение резистора Rg к делителю 2 осуществляется контактами 8 переключателя 10 в тех случаях, когда все резисторы 9 (R2, R3,. , Rn) отключены от цепи.

Устройство работает следующим образом.

Под воздействием измеряемой относительной деформации е. сопротивление каждого тензорезистора тензопреобразователя изменяется на величину AR, вследствие чего при использовании источника стабилизиро0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ванного напряжения 17 на вход согласующего усилителя 15 поступает сигнал

Uc - Опит Д и„Ит к S , (4)

где Кпит - напряжение источника питания 17;

S - коэффициент тензочувствительно- сти тензопреобразователя 14.

Далее сигнал усиливается с помощью последовательно соединенных каскадов согласующего усилителя 15, делителя 2 и операционного усилителя 3 устройства регулирования 13с общим коэффициентом усиления

Кт Ктч Кт2 Ктз,

где Кт-| - постоянный коэффициент усиления согласующего усилителя 15;

Кт2 - дискретно-регулируемый коэффициент усиления (чувствительности) делителя напряжений 2;

Ктз дискретно-регулируемый коэффициент усиления (чувствительности) операционного усилителя 3 с делителем напряжения 4 в обратной связи.

Коэффициенты усиления КТ2 и Ктз подбираются в процессе калибровки (тарировки) следующим образом.

На каждый тензопреобразователь после его установки или наклейки на исследуемый узел с помощью стендов или загрузочных устройств задается номинальное (близкое к максимальному) физическое воздействие (давление, деформация и т.п.). С помощью дискретно-управляемого делителя 4 обратной связи операционного усилителя 3 сначала грубо подбирается коэффициент усиления Ктз- Затем точно с помощью дискретно-управляемого делителя 2 подбирается коэффициент усиления КТ2 таким образом, чтобы сигнал Up на входе регистратора 16 был близок к пределу измерения его шкалы, где измерения можно осуществлять с максимальной точностью, т.е.

Up Кт. Упит S е(6)

Принимая во внимание, что произведение

Кт-UnnT S С const

для каждого измерительного тракта (включая тензопреобразователь), определяемое практически в процессе тарировки, можно заключить, что сигнал на входе регистратора линейно зависит от величины измеряемой деформации, т.е

UP C -e(Т)

Для регистрации сигнала Up в конкретных единицах физических величин достаточно соответственно откалибровать шкалу регистратора.

При подключении к устройству тензоп- реобразователей с различной чувствительностью достаточно каждому из них в процессе первоначальной тарировки присвоить код масштаба (чувствительности) с разрядностью (п + т). Это обстоятельство существенно повышает производительность работ, например, при испытаниях кинематически сложных машин, где на период испытаний устанавливается несколько десятков тензопреобразователей. Формула изобретения Устройство для дискретного регулирования чувствительности тензопреобразова- теля, содержащее операционный усилитель и включенный в цепь его обратной связи резистивный делитель напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регули78

рования при минимально возможном количестве регулирующих резисторов, оно снабжено включенным на входе операционного усилителя дискретно управляемым делителем напряжения, делитель напряжения, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя, выполнен также дискретно управляемым, а количество коммутируемых резисторов определяется

из выражения

Г/1 ат(

где D - общий диапазон регулирования;

а - шаг регулирования;

п - количество резисторов в делителе напряжения на входе операционного усилителя;

m - количество резисторов в делителе напряжения, включенном в цепь обратной связи операционного усилителя.

Фиг i

45

. ни,