Четырехплечий измерительный мост Советский патент 1983 года по МПК G01R17/10 

(54) ЧЕТЬОРЕХПЛЕЧИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для линеаризации ха-. рактеристики преобразования мостовых параметрических преобразователей, например, при измерении деформаций с помощью тензорезисторов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является мостовой преобразователь, содержащий три операционных усилителя, один из которых обеспечивает симметричное питание мостового преобразователя, второй усиливает сигнал разбаланса преобразователя, а третий является сумматором напряжения, источника питания и выходного напряжения усилителя сигнала разбаланса мостового преобразователя Cl.

Недостатками данного устройства ЯВЛЯЮТСЯ возможность коррекции нелинейности лишь одного знака, что определяется полярностью подключения входов усилителя сигнала разбаланса, и дополнительная погрешность за счет использования трех операционных усилителей.

Целью изобретения является повышение точности измерений путем ycTpa-fc нения составляющей погрешности,связанной с нелинейностью мостойого датчика.

Указанная цель достигается тем, что в четырехплечем измерительнсмл мосте, каждое плечо которого образовано резисторот,содержащем источник питания, соединенный с одной вершиной диагонали питания моста, и операционный усилитель, в измерительную диагональ моста введен переменный резистор, ;яэижок которого соединен с инвертируюи м входом операционного усилителя, неинвертирующий вход кбторого заземлен, а выход соединен с другой вершиной диагонали питания моста,

на чертеже представлена структурная схема четырехплечего измерительного моста.

Четырехплечий измерительный мост резисторы 1.- 4, величина которых параметрически связана с величиной внешнего измеряемого воз.действия, переменный резистор 5, включенный в измерительную диагональ моста, и операционный усилитель б, источник 7 питания, движок переменного резистора 5 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 6, неинвертиругощий вход

которого заземлен, а выход подсоединен к одной из вершин диагонали питания моста, другая вершина этой диагонали соединена с источником 7 питания моста, дажимы 8 и 9 для подключения питания моста, зажимы 10.и 11 для подключения измерительного прибора.

Такое включение операционного усилителя б позволяет устранить синфазный сигнал в вершинах измерительной диагонали мостового преобразователя при большом коэффициенте усиления Kv,g этого усилителя. Переменный резистор 5 совместно с опера дионным усилителем б позволяют питать мост напряжением, зависящим от его разбаланса, т.е. коэффициент передачи моста становится нелинейно связанным с величиной изменения сопротивления тензорезисторов в его плечах.

Величина и знак этой нелинейности однозначно связаны с положением движка переменного резистора 5, и, изменяя сопротивление последнего, можно добиться компенсациинелиней.ности коэффициента передачи моста с резисторами 1-4 любого знака.

Для произвольного положения движka переменного резистора 5, изменяющегося в пределах О oL 1 при коэффициенте усиления усилителя б К,, имеем потенциал в точке 12 , тогда потенциал в точке 10 (на зажиме). U Lf 10 11 1-ti коэффициент передачи моста опреде ляют, как i/ - Ч .. (2) Vg Зависимость величины сопротивл R- vavfnnrin ич ттпогг моптя пт ВИЯ Р. каждого иэ плеч моста от внешнего изменяемого воздействия описывается выражением R.-R.l+p(M).M, (3) где RQ- - исходное сопротивление плеча моста при М г О; р(м) - многочлен чувствительно ти к внешнему воздейств При относит ельном изменении ве личины сопротивлений резисторов 1 4 под действием внешнего воздейст М , (4) где ДК RI - ROIПусть р(м)р (), где fi, у - коэффициенты.

такой вид зависимости относительного изменения сопротивления резисторрв наиболее- типичен для мостовых датчиков и соответствует параболическому характеру нелинейности выходного сигнала моста от величины внешнего воздействия.

Для линейного моста p(i)fb, (б) Относительное отклонение от линейности для 6(2 при условии (5) имеет вид:

(7)

° нел Г«Выражение (2) с учетом выражений (1) и (4) преобразуется следующим образом

2 «l(2oL-i) 1-feR

где f 2ct-f.

Коэффициент передачи параболически нелинейного моста (4)-(5) в схеме с коррекцией нелинейности вида (8) выглядит так:

(1+умК-Г- эм(м) ()

Учитывая, что р рМ«1, выражение (8) приводит к виду:

- ()-W-f/i()i/-M +

HV)-M--J.

Условием коррекции является равенство. d 2 2(3 При этом скорректированный коэффициент передачи моста выглядит следующим образом: )... 2АМЙ-(тм 1, И2) .. Если относительное отклонение от линейности до коррекции составляло величину -уМ, то после коррекции оно равно (уМ), т.е. для реальных значений ,4+l% после коррекции имеем ,(/ (о, -(Ы-1; о/о.. Предлагаемое устройство позволяеобеспечить коррекцию нелинейности любого знака, дает возможность повысить точность измерения неэлект рической величины в различных областях электроизмерительной техники, например в тензометрии при измерении усилий и давлений, а также при измерении температуры. формула изобретения Четырехплечий измерительный мост, каждое плечо которого образовано

резистором, содержащий источник питания, соединенный с одной вершиной диагонали питания моста, и операционный усилитель, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения составляющей погрешности, связанной с нелинейностью мостового датчика, в измерительную диагональ моста включен переменный резистор, движок которого соединен с инвертирующим

входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен , а выход соединен с другой верщиной диагонали питания моста.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

10 (прототип).