Устройство для измерения динамических деформаций Советский патент 1982 года по МПК G01B7/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Изобретение относится к нзмерительной технике. По основному авт. св. № 894340 известно устройство для измерения динамических деформаций, содержащее измерительные каналы, каждый из -которых выполнен в виде последователь но соединенных источников тока, под ключенного к источнику питания буферного резистора и усилителя, а также генератор градуировочного на;Пряжения, переключатель и разделительный трансформатор. Каждый из источников тока содержит операционный усилитель, выход которбго связан со входом эммитерного повторителя, выполненного на биполярном транзисторе и транзисторе, включенном в .эмиттерную цепь транзистора. Выход Ьмиттерного повт рителя соединен с инвертирующим вхо дом усилителя. Неинвертирующие усилителей связаны через вторичную обмотку разделительного транс-. фО1я 1атора с одной из клемм обгаего для источников тока опорного элемен та, другая клемма опорного элемента соединена с общей шиной устройства а первичная обмотка разделнтельногб трансформатора через переключатель соединена с генератором градуировочного напряжения. Ток питания тензоре зистора устанавливается выбором постоянного напряжения опорного элемента 1. Недостатком данного .устройства являете низкая чувствительность измерительных каналов при пониженном напряжении источника питания, к которому подключаются буферные резисторы. Целью изобретения является повышение чувствительности устройства. за счет обеспечения его работы пви пониженном напряжении иЬтОчника питания. Эта цель достигается тем, что каждый источник тока снабжен добавочным транзистором, токозадающим резистором и цепью смещения, образованной полупроводниковым стабилитроном/ подключенным к источнику пита-. НИН, и балластным резистором, подключенным к общей шине, и соединенными между собой и с базой добавочного транзистора, эмиттер которого соединен через токозадающий резистор с источником питания, а коллектор - с тензорезистором. При этом добавочный транзистор имеет структуру, обратную структуре основного транзистора. На чертеже изображена блок-схема устройства. Устройство для измерения динамической деформации содержит измерительные каналы, каждый из которых выполнен в виде последовательно сое диненных источников 1 тока, буферного резистора 2 и усилителя 3, подключенных к клеммам источника пи л&нтля, генератор 4 градуировочного напряжения, переключатель 5 и разделит-ельный трансформатор б. Каждый из источников 1 тока содержит опера ционный усилитель 7, выход которого связан с входом эмиттерного повтори теля, выполненного на транзисторе 8 в эмиттерную цепь которого включен тензорезистор 9, эмиттер транзистора 8 дополнительно связан с инвертирующим входом усилителя 7 и коллектором добавочного транзистора 10 имеющего р-п-р-структуру, обратную п-р-п-структуре транзистора 8. База транзистора 10 подключена к цепи смещения в точке соединения образующих ее полупроводникового стабилитро на 11, подключенного к источнику питания, и балластного резистора 12 подключенного к общей шине устройства, а эмиттер транзистора 10 соединен через токозадающий резистор 13 с клеммой источника питания. Неинвертирующие.входао усилите-, лей 7 связаны через.вторичную обмот ку разделительного трансформатора б с одной из клемм общего, для источников 1 тока опорного элемента 14, другая клемма опорного элемента 14 соединена с общей щиной устройства, а первичная обмотка разделительного трансформатора 6 через переключатель 5 соединена с генератором 4 градуировочного напряжения. Ток питания тензорезистора 9 устанавливается выбором постоянного напряжения опорного элемента 14 и представляет собой сумму эммитерного тока транзистора 8 и коллекторного тока добавочного транзистора 10. Устройство работает следующим образом.. Пред измерениями проводится градуировка всех измерительных каналов. Для этого градуировочное напряжение от генератора 4 градуировочного напряжения подается через переключатель 5 и разделительный трансформатор б на неинвертирующие входы .операционных усилителей 7. Затем с помощью переключателя 5 генератор 4 градуировочного напряжения отключается и начинается рабочий процесс измерения динамических деформаций. ходной сигнал измерительного а определяется выражением Ujb, - IRjtSS,,, (1) S - чувствительность тензорезистора 9} , - коэффициент усиления усилителя 3; g - сопротивление буферного резистора 2} 3 - ток питания тензорезистора 9; - относительная деформация. вствительность измерительного а определяется выражением - изменение входной измеряемой величины относительной деформации} . Х изменение сигнала измерительной информации на выходе устройства, соответствующее изменению д6 входной вeличинЫi инимая во внимание, что входявыражение (2) сопротивление ного резистора 2 удовлетворяет ошение . Е п - Е 3(1 + sr: П - постоянное напряжение источника питания.) э - напряжение на коллекторе транзистора 8,- . ение для чувствительности изельного канала приобретает вид S.S,, (4) максимальное значение 5г.„ авно .. .. п - Е - , S.S,,(5.) - минимально допустимое значение напряжения на коллекторе транзистора 8. противление буферного резисторавноЕ-п - Е - и КЗ 3 {п + se) постоянное напряжение источПника 1 питания} постоянное напряжение опорного элемента 14 напряжение на коллекгЪре транзистора 8} Э ток П1тания тензорезистора 9; отношение эммитерного тока 3j основного транзистора 8 к току питания тензорезистора 9f 5- чувствительность тензорези тора 9 . 6- относительная деформация. Входящее в знаменатель выражения (3) слагаемое равно 3 - 3-1 31, (Т) п -цт-ч -т- V/ J т J J где 3-, - коллекторный ток добавочно го транзистора 10. В свою очередь, коллекторный ток добавочного транзистора 10 устанавливается с помощью токозадаю1чего ре зистора 13 согласно условию UCT --Цэб где ПСУ - напряжение стабилизации стабилитрона 11; UjS падение напряжения на переходе эммитер - база добавочного транзистора 10} RT - сопротивление.токозадающего резистора 13. Принимая во внимание, что выходной сигнал измерительного канала оп .ределяется внрс1жением (1) , чувствительность измерительного канала с учетом выражений (2) и (6) можно за писать как с ЕП Е Ц к с S h п + se У а ее максимальное значение ра но Е n Е Uitamin -S-Sv (10) n + Si Как следует из сравнения вьгражений (5) и (10), чувствительность измерительного канала повышается в. 1 + se Emax п + se Таким образом, предлагаемое устройство обладает высЬкой чувствительностью измерительных каналов, которая гарантирует нормальную работу устройства при понижении напряжения источника питания. Формула изобретения Устройство для измерения динамических деформаций по авт.св. №894340, отличающееся тем , что, с целью повьзшения чувствительности, каждый источник тока снабжен добавочным транзистором, токозадающим резистором и цепью смещения, образованной полупроводниковым стабилитроном, подключенным к источнику питания, и балластным резистором, подключенным к общей шине, и соединенными между собой и с базой добавоч- ного транзистора, эммитер которого соединен через токозадающий резистор с источником питания,,а коллектор - с тензорезистором. 2. Устройство по п. 1, от л и чающееся тем, что. добавочный транзистор имеет структуру, об- . ратную структуре основного транзистора. Источники информации/ принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 894340, кл. G 01 В 7/16, .198р.