Частотный преобразователь для тензодатчиков Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ТЕНЗОДАТЧИКОВ

I

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в измери тельных системах и системах контроля и управления, использующих тензометрические датчики различных физических величин с мостовой измерительной цепью.

Известен частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий источник напряжения, тензомост, последовательно включенные в его измерительную диагональ дифференциальньй усилитель постоянного , тока, интегратор и блок сравнения ij

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования из-за нестабильности параметров интегратора, дифференциального усилителя постоянного тока и блока сравнения, входяищх в прямой тракт преобразования сигнала с выхода измерительной диагонали тензомоста.

Известен также частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий источник питания тензомоста, подключенный к его диагонали питания, первый ключ, выход которого подклю-г ; чен к первой вершине измерительной диагонали тензомоата, и интегратор, вьшолненный на операционном усилителе с емкостной отрицательной обратной связью, выход которого сое10динен со входом блока сравнения, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов 2.

Недостатком известного преобразователя является низкая точность

15 преобразования, что обусловлено влиянием на ее ряда параметров элементов устройства.

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

20

Поставл енная цель достигается тем, что частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий источник питания тензомоста, подключен3ный к его диагонали питания, и первый ключ, выход которого подключен к первой вершине измерительной диагонали тензомоста, и интегратор, выполненный на операционном усилителе с емкостной отрицательной обратной связью, выход которого соединен со входом блока сравнения, выход которо го подключен ко входу формирователя импульсов, введен конденсатор, через второй и третий ключи подключенный к диагонали питания тензомоста, и через четвертый ключ и первый резистор соединенный с инвертирующим входом интегратора, причем вход первого ключа подключен к точке соединения конденсатора и второго ключа, первая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена через второй резистор с инвертирующим входом интегратора, неинвертирующий вход интегратора соединен со второй вер-, шиной измерительной диагонали тензо моста, управляющие входы первого и четвертого ключей подключены к первому выходу формирователя импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключей - к его второму выходу. На фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема частотного преобразователя для тензодатчиков; на фиг. 2 - временные диаграммы. Устройство содержит источник 1 пи тания, тензомост 2, инд-егратор 3, блок 4 сравнения, ключи 5,6,7 и 8, конденсатор 9, резисторы 10 и 1 и формирователь 12 импульсов, причем источник 1 питания подключен к диагонали питания тензомоста 2, первая вершина измерительной диагонали которого соединена с выходом ключа 5, выход интегратора 3 соединен со входом блока 4 сравнения, неинвер тирующий вход интегратора 3 подключе ко второй вершине измерительной диагонали тензомоста 2, первая вершина диагонали питания которого пос- редством ключа 6 соединена с первой обкладкой конденсатора 9 и входом ключа 5, а вторая вершина диагонали питания посредством ключа 7 соедийег на со второй обкладкой конденсатора 9 и входом ключа 8, выход которого через резистор 10 подключен ко входу интегратора, который посредством резистора 11 соединен с первой вершиной измерительной диагонали тензомоста 2, при этом выход блока срав 34 нения 4 подключен ко входу формирователя импульсов 12, первый выход которого подключен к управляющим входам ключей 5 и 8, а второй выход соединен с управляющими входами ключей 6 и 7. На фиг. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу схемы, на выходе интегратора 3 (Ug), на выходе блока сравнения 4 (Uj). На выходах формирователя 12 (Uo и U2) и на конденсаторе 9 (U). Устройство работает следующим образом. В момент времени t. выходное напряжение интегратора 3 достигает нулевого уровня, срабатывает блок 4 сравнения и по его сигналу формирователь 52 размыкает ранее замкнутые ключи 5 и 8, и в момент времени t/f замыкает ключи 6 и 7, подключающие конденсатор 9 к диагонали питания тензомоста 2. К моменту времени tj заряд на опорном конденсаторе 9 будет равен где Uy,- напряжение источника питания;Сд- значение емкости конденсатора 9. В этот момент времени по сигналу с формирователя 12 размьжаются ключи 6 и 7, в момент времени t замыкаются ключи 5 и 8, и конденсатор 9 начинает разряжаться через резисторы 10 и 1}. При этом напряжение на выходе интегратора 3 начинает возрастать. В то же время на инвертирзшлцем входе (т.т) интегратора 3, вьтолненного на базе операционного усилителя с емкостной отрицательной обратной связью и с параллельным Н1 1 каналом выборки дрейфа нуля, и в одной из вер-г шин измерительной дйагонали (т.1 ) тензомоста поддерживается равенство потенциалов. Разность потен1щалов между второй вершиной измерительной диагонали тензомоста (T.k) и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора (т.т) будет равна напряжению разбаланса тензомоста 2. (2) и gu Юп п , АВ где g разбаланс тензомоста 2.

Вследствие этого, по окончании разряда конденсатора 9, напряжение на выходе интегратора 3 начинает уменьшаться, в момент времени t« достигает нулевого уровня, и цикл пребразования повторится.

При этом вольт-секундная площадь сигнала с конденсатора 9 равна вольтсекундной площади напряжения разбаланса тензомоста 2 за время цикла преобразования Ту,

П/иМ иТх (3)

де 1. ток, протекающий через резистор 11 от разряда конденсатора 9;

1,- значение сопротивления резистора 11 ;

tp- время разряда опорного конденсатора 9.. С другой стороны

Ji,,pat--uv,co. ()

Подставляя (4) в (З) и решая уравнение (4) относительно f -f, получим функ1щю преобразования

.А . ,

(5)

х

где выходная частота преобразователя.

Импульсы управления, замыкающие ключи 5,8 и 6,7 разнесены во времени, что исключает возможность одновременного замыкания ключей 5,6 и 7,8.

Как видно из (5), в функцию преобразования входит минимальное число параметров элементов схемы.

Таким образом, благодаря отличительным признакам предлагаемого частотного преобразователя повышается точность преобразования.

Формула изобретения

Частотный преобразователь для тензодатчиков, содержащий источник питания тензомоста, подключенный к его диагонали питания, и первый ключ, выход которого подключен первой вершине измерительной диагонали тензомоста, и интегратор,

выполненный на операционном усилителе с емкостной отрицательной обратной связью, выход которого соедиг нен со входом блока сравнения, вы ход которого подключен ко входу формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразования, в него введен конденсатор, через второй и третий ключи подключенный к

диагонали питания тензомоста, и через четвертый ключ и первый резистор соединенный с инвертирующим входом интегратора, причем вход первого ключа подключен к точке

соединения конденсатора и второго ключа, первая вершина измерительной диагонали тензомоста соединена через второй резистор и инвертирующим входом интегратора, неинвертирукмций вход интегратора соединен со второй вершиной измерительной диагонали :тензомоста, управляющие входы первого и четвертого ключей подключены к первому выходу формирователя импульсов, а управляющие входы второго и третьего ключей - к его второму выходу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Мартящин А.И.и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерений. М., Энергия, 1976.

/

гУ