Автоматический уравновешенный четырехплечий мост Советский патент 1978 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относитсяк к электроизмерительной технике, а именно к авт матическим цифровым мостам, и может быть использовано для измерения деформаций с помощью тёнзорезисторов или других физических величин с помощью датчиков сопротивления в информационных измерительных системах. Известны устройства, позволяющие производить измерение сопротивления и относительного изменения сопротивления тензорезисторов при различных величинах номинального значения тёнзорезисторов. Эти устройства представ ляют собой автоматически уравновешиваемые мостовые схемы, состоящие из четырех плеч, в одно из которых включается тензорезистор, другое плечо яв ляется плечом сравнения (представляет собой магазин проводимостей), а два других плеЧа используются для переклю чения пределов измерения при переходе от одного «оминального значения сопротивления тензорезистора к друго му. Недостатке известных устройств является зависимость показаний устрой ства от величины сопротивления линии связи, которая при использовании этих устройств в составе информационных измерительных систем достигает весьма больших значений (до нескольких Ом) и изменяется под воздействием внешни трудно учитываемых факторов. Подобная зависимость приводит к появлению дополнительной погрешности измерения. Существует возможность устранения влияния сопротивления линии связи на результат измерения при работе с тензорезисторами с различными номинальными значениями . Устройство, решающее эту задачу и наиболее близкое к предлагаемому, входит в состав измерительной информационной системы для статических прочностных испытаний типа К732. Оно содержит мостовую измерительную схему, образованную тензорезистором, подключенным в схему трехпроводной линией связи, постоянными и равнь и между собой резисторами верхних плеч мостовой схемы, плечсяч сравнения, образованньд магазином проводимостей, шунтируемым резистором, коммутационное устройство, подключающее тензорезистор в мостовую схему при помощи ключей, нуль-орган, хему управления и выдачи результата равновешивания в кодовой форме. Принцип работы устройства основан на поразрядном уравновешивании мостовой схемы. Возможность работы устройства с тензорезисторами с различными номинальными значениями обеспечивается путем перестройки магазина проводимостей для каждого номинального значения тензорезистора. Магазин проводимостей состоит из 13 разрядов при разрядности выходного кода в 11 разрядов. Для измерения сопротивления тензорезистора с первым номинальным значением ( 100 Ом) используется набор разрядов с 1-го по 11-й, для измерения сопротивления тензорезистора с другим номинальным значением (200 используется набор разрядов со 2-го по 12-й и т.д. Таким образом для каждого номинального значения со противления тензорезистора используется свой набор разрядов магазина проводимостей. В данной схеме цифрового моста устранено влияние сопротивления проводников линии связи на результат из мерения. Однако в этом цифровом мосте настройку магазина проводимостей необходимо производить для каждого номинального значения сопротивления тензорезистора, что требует большой затраты рабочего времени; невозможно обеспечить точную подгонку разрядов которые входят в разные диапазоны измерения, что приводит к увеличени инструментальной погрешности в определенных точках диапазона измерений Целью изобретения является обеспечение работы цифрового маета с рабочи ми тензорезисторами различных номинал ных значений при сохранении неизменными как магазина проводимостей, так и постояннх плеч мостовой схемы, что обеспечивает компенсацию влияния сопротивления проводов линии связи на результат измерения при одновременно упрощении настройки прибора и уменьш нии инструментальной погрешности. Это достигается тем, что в автома ческий уравновешенный четырехплечий мост, содержащий рабочий тензореэист включенный по трехпроводной схеме, к торый включается коммутационным устройством в одно из плеч моста, мага зин проводимостей, включенный в другое плечо моста, постоянные резистор образующие последние два плеча мост последовательно соединенные нуль-орган и схему управления и выдачи ре эультата уравновешивания в кодовой форме, включенные в измерительную ди гональ моста, введены делители напря жения по числу номинальных значений сопротивлений датчика, при зтом мага ЗИН проводимостей включен параллельно одному из плеч делителя напряжения. На чертеже представлена электрическая схема автоматического уравновешенного четырехплечегс моста. Он содержит мостовую измерительную схему, образованную тензорезистором 1, подключаемый в схему трехпроводной линией связи с сопротивлением проводов 2, постоянными и равными между собой резисторами 3 и 4 верхних плеч мостовой схемы, плечом сравнения, образованным набором делителей 5-12 напряжения, подключаемых в плечо сравнения посредством контактов ключей 1320, и магазином 21 проводимостей, подключенным параллельно одному из плеч выбранного делителя напряжения, коммутационное устройство 22, подключающее тензорезистор в мостовую схему при поипомощи ключей 23, 24, 25, нуль-орган 26, 27 управления и выдачи результата уравновешивания в кодовой форме. Принцип работы устройства основан на поразрядном уравновешивании мостовой схемы под воздействием сигналов с нуль-органа 26 и схемы 27 управления уравновешиванием. В зависимости от выбранного номинального значения тензорезистора и диапазона измерения в плечо сравнения включается тот или иной делитель напряжения, величина плеч которого выбирается исходя из указанных параметров тензорезистора. Из условия равновесия мостовой измерительной схемы в конце цикла уран новешивания при включенном i-ом делителе, где 1 -1,2,3,4 получаем ( )( ) где iR - сопротивление тензорезистора 1, Т 2 -сопротивление провода 2, Rj -сопротивление резистора 3, -сопротивление резистора 4, R,- и R -параметры верхнего и нижнeVo плечей 1 -го делителя напряжения соответственно, Y -значение проводимости магазина проводимостей, соответствующее равновесию мостовой схемы. Верхние плечи мостовой схемы выбраны равными по величине. При этом условии получаем Из выражения (2) видно, что значение сопротивления тензорезистора, полученное в виде кодового эквивалента, не зависит от сопротивления проводов линии связи. Можно сделать вывод, что предлагаемая схема позволяет обеспечить работу устройства с тензорезисторами с- различными номинальными значениями сопротивления без перестройки магазин проводимостей при отсутствии влияния сопротивления проводов линии связи на результат измерения. Выбор параметров делителя напряжения Я, и 1, для каждого конкретного номинального значения сопротивления тензорезистора и заданного диапазона его изменения производится исходя из системы уравнений| составленной на основании выражения (2) : ЧмАкс 1 1ДАИН верхнер и нижнее значения сопротивления тензо резистора сопротивления тензорезистор соответственно,Y. ответствующие этим значениям великочины проводимостей магазина проводимостей. Формула изобретения Автоматический уравновешенный четырехплечий мост., содержащий рабочий тензорезистор, включенный по трехпроводной схеме, который включается коммутационньзм устройством в одно из плеч моста, магазин проводимостей, включенный в другое плечо моста, постоянные резисторы, образующие последние два плеча моста, последовательно соединенные нуль-орган и схему управления и выдачи результата уравловешива НИН в кодовой форме, включенные в измерительную диагональ моста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены делители напряжения по числу номинальньох значений сопротивлений датчика, при этом магазин проводимостей включен параллельно одному из плеч делителя напряжения.