Устройство для измерения сил Советский патент 1979 года по МПК G01L1/18 G05F1/50 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть исполь зовано в системах контроля и регули рования давления, усилия, ускорени и других, содержащих в качестве си лоизмерительного элемента полупроводниковый тензодатчйк, выходной сигнал которого при данном усилий пропорционален на1ПряжёНЙюпитанйя и обратно пропорционален температуре. Известно устройство для измерени сил, содержащее тензодатчйк, регули рующий элемент в виде параллельной цепочки из терморезистора и резистора, входом подключенный к источнику а выходом - постоянного напряжения, к тензодатчику fl . Наиболее близко к предлагаемому устройство для измерения сил, содбржащее полупроводниковый тензодатчйк принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивления, выходом соединенный с выводами для подключения нагрузки, а входом - с выходными выводами регулирующего эле мента, входные выводы которого через подводящие провода подсоедин ны к выводам для подключёния к источнику постоянного напряжения , Сопротивление терморезисторов, используемых в регулирующем элементе, экспоненциально зависит от температуры. Этот факт, а также включение регулирующего элемента последовательно с тензодатчиком приводят к тому, что компенсация изменения чувствительности тензодатчиков при изменении температуры может быть тольно нелинейной и может происходить в пределах допустимой погрешности изменения выходного сигнала тензодатчика в ограниченном температурном интервале. Кроме того, изменения напряжения питания тензодатчика, обусловленные, например, нестабильностью источника постоянного напряжения, падением напряжения на подводящих проводах и его изменением с изменением .температуры окружающей среды, вносят в измерения дополнительную погрешность. Последний фактор, в частности, приводит к существенному ограничению допустимой длины подводящих проводов дистанционных приборов, например манометров, использующих полупроврдниковые тензодатчики в совокупности Г известными схемами регулирующего элемента. Цель изобретения - обеспечегше линейной компенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика и улуч1оенйё выходных характеристик. Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения сил, содержащем полупроводниковый тензодатчик, принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивлеййя, выходом соединенный с выводам для подключения нагрузки, а входом ё ВЫХОДНЫМИ выводами регулирующего элемента, входные выводы которого Через подводящие провода подсоедине к вьйГоЯзгмдЛй подключения к источни ку постоянного напряжения, регулирующий элемент выполнен в виде транзисторного стабилизатора постоя ЙОТо напряжения с датчиком опорного напряжения с положительным температурным коэффициентом на стабилитрон балластном и нагрузочном резисторах и цепочке, состоящей из по крайней мере двух последовательно соединенH стабиСТоров, причем последовательно включенные стабилитрон и балластный резистор подключены параллельно выводам стабилизатора, а последовательно включенные цепочка, состоящая из по крайней мере двух последовательно соединенных стабисторов и нагрузочный резистор - параллельн указанному стабилитрону; при этом выходные выводы датчика опорного напряжения подключены к точке соеди нения нагрузочного резистора и цепочки стабисторов и общей точке ста билитрона и нагрузочного резистора В качестве транзисторного стабилизатора постоянного напряжения испол зовам параметрический стабилизатор состоящий из транзистора, .включен ного в одну из силовых ыин и базой подключенного к точке соединения н грузочного резистора с цепочкой ста бисторов, входнЕам силовым выводом к одному из выводов для подключени И9точника постоянного напряжения, а выходным силовым выводом - к одн из входных выводов полупроводникового тензодатчика. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения сил, на фиг. 2 - температурные зависимости напряжений стабили зации и выходного напряжения при постоянном усилии. Устройство дли Измерен йя /сил со держит регулирующий элемент 1 в виде параметр ического стабилизатор напряжения, состоящего из транзистора 2, вкд1рченного в одну из силовых шин и базой подключенного к точке соединения нагрузочного резистора 3 и стабисторов 4, и опор 4 ого стабилитрона 5, подключенного араллельно последовательной цепоче, из резистора 3 и стабисторов 4, балластного резистора 6, включеного между опорным стабилитроном 5 входньШ силовым выводом транзистоа 2, причем к выходу стабилизатора одключен полупроводниковый тензодатчик 7, выход которого подсоеинен к выводам для подключения нагрузки . Вход стабилизатора через подводящие провода 8, 9 подключен к источнику постоянного напряжения 10. Устройство для измерения сил работает следующим образом. Нестабилизированное напряжение питания постоянного тока от источника постоянного напряжения 10 по подводящим проводам 8,9 поступает на тензодатчик 7 через регулирующий элемент 1. Принцип действия регулирующего элемента отличается от принципа действия известных параметрических стабилитронов напряжения тем, что обычно опорное напряжение, подаваемое на базу транзистора 2, стараются сделать как можно менее завй симым от температуры, а в данном устройстве использован прямо противоположный принцип: опорное напряжение преднамеренно сделано зависящим от температуры по линейному закону. Для этой цели датчик опорного напряжения (элементы 3-6) содержит балластный резистор б и последовательно с ним включенный полупроводниковый стабилитрон 5 с обычно малым положительным температурным коэффициентом напряжения стабилизации. Прямая А на фиг. 2 демонстрирует Температурную зависимость напряжения стабилизации U стабилитрона определенного типа. Параллельно стабилитрону включена, цепочка из нескольких стабисторов ; 4 и резистора 3. В качестве резистора 3 может быть использован потенциометр. В этом случае база транзистора 2 соединяется сего движком. Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабисторов, в качестве которых использованы кремниевые диоды в проходном направлении, - отрицателен. Прямая Б на фиг. 2 показывает температурную зависимость напряжения стабилизации Ug цепочки из шести диодов определенного .типа. На резисторе 3 выделяется разностное напряжение Ц-Uj , температурный коэффициент которого зависит от напряжения стабилизации U стабилитрона 5, количества стабисторов в цепочке 4 и от температурных коэффициентов напряжения стабилизации стабилитрона и стабистора. В принципе при уменьшении величины Ц-К температурный коэффициент A(Ui-Oj)/aT(Ui-02 может быть сделан сколь угодно,большим, что позволяет легко (путем подбора количества стабисторов .в це почке 4 и стабилитрона 5 с подходящим напряжением стабилизации U ) получить необходимую его величину для полной компенсации температурно го изменения чувствительности текзо датчика 7. Линейная зависимость U и U2от температуры (фиг. 2), а сле довательно и и, - U2 (прямая 3 на фиг. 2), позволяет получить линейную компенсацию в широком температурном диапазоне. Прямая 4 на фиг. демонстрирует температурную зависимость выходного напряжения данного устройства для измерения сил. Из сравнения приведенных на фиг. кривых следует, что в данном устройстве обеспечена линейность ком пенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика, а также значительно уменьшена погрешность измерения сил Формула изобретения 1. Устройство для измерения сил, содержащее полупроводниковый тензодатчик, принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивления, выходом соединенный с выводами для подключения нагрузки, а входом - с выходными выводами регулирующего элемента, входные выводы которого через подводящие провода подсоединены к выводам для подключения к ис.точ нику постоянного напряжения, о т л чающеес я тем, что, с целью обеспечения линейной компенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика и улучшения выходных характеристик, регулирукяций элемент выпол нен в виде транзисторного стабилизатора постоянного напряжения с датчиком опорного напряжения с положительным температурным коэффициентом на стабилитроне, балластном и нагрузочном резисторах и цепочке, состоящей из по крайней мере двух последо- вательно соединенных стабисторов, причем последовательно включенные стабилитрон и балластный резистор подключены параллельно выводам стабилизатора, а последовательно включенные цепочка, состоящая из по крайней мере двух последовательно соединенных стабисторов и нагрузочный резистор - параллельно указанному стабилитрону, при этом выходные выводы датчика опорного напрялсения подключены к точке соединения нагрузочного резистора и цепочки стабисторов и общей точке стабилитрона и нагрузочного резистора. 2. Устройство по п . 1, отличающееся тем, что в качестве транзисторного стабилизатора постоянного напряжения использован параметрический стабилизатор, состоящий из транзистора, включенного в одну из силовых шин и базой подключенного к точке соединения нагрузочного резистора с цепочкой стабисторов, входным силовым выводом - к одному из выводов для подключения источника постоянного напряжения, а выходным силовым выводом - к одному из входных выводов полупроводникового тензодатчика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Трукачев Б.С. и Удалов Н.П. Полупроводниковые тензопреобраз.ователи, М., Энергия , 1968, с. 34. 2.Эрлер В. и Вальтер Л. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тёнзодатчиками,, М., Мир, 1974, с. 63. ,,,f