CS259925B1 - Zapojeni zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zapojení zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky a lze předpokládat, že nalezne uplatnění ve- všech měřicích a řídicích systémech, kde je zapotřebí tenzometrických snímačů malých rozměrů s velkou citlivostí. Zapojení řeší problém dvojnásobného zvětšení výstupního napětí tenzometrického snímače, tím významné zlepšení poměru signál/šum a dále zmenšení tenzometrických snímačů s pouhými třemi vývody. Druhým nárokem se řeší problém paralelního připojení libovolného počtu tenzometrických snímačů s jedním symetrickým napájecím zdrojem. Podstata řešení spočívá v tom, že k výstupním svorkám zdroje proudu je připojena sériová kombinace dvou tenzometrů a k ní paralelně sériová kombinace dvou sčítacích odporů. Společný spoj dvou tenzometrů je připojen přes druhý zpětnovazební odpor k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače a ke vstupu napěEového sledovače. Společný spoj dvou sčítacich odporů je připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače a jiřes první zpětnovazební odpor k výstupu operačního zesilovače, který je připojen k první výstupní napěEové svorce. Výstup napěEového sledovače je připojen k druhé výstupní napěEové svorce.

Description

Vynález se týká zapojení zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky.

Pro převod neelektrické veličiny např. tlaku, síly na elektrické napětí se v současné době využívá piezorezistentního jevu v kovech, nebo v polovodičích. Pro převedení změny odporu tenzometrů na změny stejnosměrného elektrického napětí, při současném potlačení souhlasných změn odporu tenzometrů, např. s teplotou se nejčastěji používá zapojení tenzometrů do můstku, nebo polomůstku. U můstkového zapojení tenzometrů slouží vždy dva tenzometry jako zdroje konstantního proudu pro další dva tenzometry, na kterých se měří napěťový úbytek.

Maximální výstupní signál z takt^ vytvořeného můstku ae čtyř tenzometrů např. difundovaných v pružném křemíkovém členu je omezen maximální výkonovou ztrátou na všech tenzometrech.

V případě polomůstkového zapojení tenzometrů se změna odporu tenzometrů převede na elektrické napětí bud pomocí dvou pasivních vnějších odporů, nebo jsou napájeny ze dvou zdrojů konstantního proudu. V prvním případě se sníží výstupní napětí snímače na polovinu a v druhém případě nelze snadno zhotovit dva zdroje konstantního proudu o naprosto shodné stabilitě.

Kromě uvedených nedostatků v dosažení maximální citlivosti snímačů je nutno mít na zřeteli počet tenzometrů a v případě můstkového zapojení i počet vývodů. Např. u vyráběných polovodičových snímačů tlaku se pro teplotní kompenzaci používá rozpojeného můstku tj.

vývodů. Tyto vývody podstatně zvětšují rozměry svorkovnic a tím i snímačů, nehledě na pracnost zhotovení těchto vývodů od vlastního kontaktování na čipu až po přívody k měřicímu a vyhodnocovacímu zařízení.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky, jehož podstata spočívá v tom, že k výstupním svorkám zdroje proudu je připojena sériová kombinace prvního a druhého tenzometrů a k ní paralelně sériová kombinace prvního a druhého sčítacího odporu. Společný spoj prvního a druhého sčítacího odporu je připojen k invertujícímu vstupu operačního zesilovače a současně přes první zpětnovazební odpor k výstupu operačního zesilovače, připojeného k první výstupní napěťové svorce. Společný spoj prvního tenzometrů a druhého tenzometrů je spojen jednak se vstupem napěťového sledovače, jehož výstup je připojen k druhé výstupní napěťové svorce.

Při současném měření s více paralelně zapojenými snímači je první výstupní napěťová svorka připojena k prvnímu vstupu izolačního zdroje, zatímco druhá výstupní napěťová svorka je připojena k jeho druhému vstupu. Výstup izolačního zdroje je připojen k první výstupní proudové svorce, zatímco druhá výstupní svorka je připojena ke střednímu vývodu symetrického zdroje, kladná výstupní svorka ke kladnému pólu a záporná výstupní svorka k zápornému pólu symetrického zdroje.

Hlavní výhoda zapojení zesilovače a zdroje podle vynálezu spočívá ve zvýšení výstupního napětí tenzometrického snímače na dvojnásobnou hodnotu, čímž se výrazně zlepší hodnota poměru signál/šum. Další výhodou uvedeného zapojení je, že umožňuje vytvoření tenzometrického snímače ze dvou tenzometrů, pouze se třemi vývody, což se projevuje v menších rozměrech snímače i svorkovnice a významné úspoře spojovacích přívodů resp. kabelů.

Zařazení izolačního zdroje konstantního proudu, jak mezi výstup operačního zesilovače a výstupní proudovou svorku, tak mezi výstup napěťového sledovače a výstupní proudovou svorku, umožňuje paralelní připojení libovolného počtu tenzometrických snímačů u zapojení podle vynálezu s jedním symetrickým napájecím zdrojem.

Zapojení zesilovače a 2droje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky bude blíže popsáno podle části A a části B blokového schéma na obrázku, znázorňujícího uvedené zapojení. Část A blokového schéma sestává ze zdroje _1 konstantního proudu, k jehož výstupním svorkám la a lb je připojena sériová kombinace prvního tenzometrů 2 ^a druhého tenzometrů 2, která tvoří snímač uvedeného zapojení. Paralelně k nim je připojena sériová kombinace prvního sčítacího odporu 4 a*druhého sčítacího odporu 5, jejichž společný spoj je připojen přes první zpětnovazební odpor 2 k výstupu 82 operačního zesilovače 2 ^za účelem zesílení výstupního signálu z tenzometrického snímače k invertujícímu vstupu 811 operačního zesilovače 8., jehož výstup je připojen k první výstupní napěťové svorce 12- Společný spoj prvního tenzometru 2 a druhého tenzometru 2 3^e spojen za účelem zesílení výstupního signálu z tenzometrické ho snímače jednak přes druhý zpětnovazební odpor T_ s neinvertujícím vstupem 812 operačního zesilovače 2 ^a jednak se vstupem 91 napěťového sledovače 9_, jehož výstup 92 je připojen k druhé výstupní napěťové svorce 11.

V zapojení zesilovače a zdroje podle části B blokového schéma na obrázku je první výstupní napěťová svorka 10 připojena k prvnímu vstupu 121 izolačního zdroje 12 za účelem oddělení výstupu 82 operačního zesilovače 2 °d první výstupní proudové svorky 13 ♦ Druhá výstupní napěťová svorka 11 je připojena k druhému vstupu 122 izolačního zdroje 12, za účelem oddělení výstupu 92 napěťového sledovače 2 od první výstupní proudové svorky 13. Druhá výstupní proudová svorka 14 je připojena ke středu symetrického zdroje 15, 12' kladná výstupní svorka ke kladnému pólu a záporná výstupní svorka k zápornému pólu symetrického zdroje.

činnost zapojení zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky bude blíže vysvětlena podle blokového schéma na obr. sestávajícího z části A a B. Část A blokového schéma zapojení sestává ze zdroje 2 konstantního proudu, který napájí snímač, vytvořený sériovým zapojením dvou tenzometrů 2_, 3_, řazených tak, aby se změny úbytků napětí vznikající na odporech tenzometrů, v důsledku jejich deformací, sčítaly. Změny napětí tvoří měrný signál, který se přivádí jednak ze společného spoje sčítacích odporů 2 na invertující vstup 811 operačního zesilovače 2' jednak ze společného spoje obou tenzometrů 2_, 2 ke vstupu 91 napěťového sledovače 2 ^a přes zpětnovazební odpor Ί_ k druhému vstupu 812 operačního zesilovače 2 ^a P° zesílení na výstupní napěťové svorky 20' JJL ^a odtud k měřicímu a vyhodnocovacímu zařízení, část B blokového schéma zapojení je třeba použít v případě současného měření několika tenzometrickými snímači na různých místech, kdy je nutné, aby výstup 82 operačního zesilovače 2 ^a výstup 92 napěťového sledovače 2 byl impedančně oddělen od první výstupní proudové svorky 13 pomocí izolovaného zdroje 12 konstantního proudu řízeného napětím. Výstupní proud mezi první výstupní proudovou svorkou 13 a druhou proudovou svorkou 21' spojenou se středem symetrického zdroje 15, 16 je úměrný změnám úbytků napětí vznikajících na odporech tenzometrů v důsledku jejich deformací.

Claims (2)

1. Zapojení zesilovače a zdroje konstantního proudu pro tenzometrické polomůstky vyznačující se tím, že k výstupním svorkám (la, lb) zdroje (1) proudu je připojena sériová kombinace prvního tenzometru (2) a druhého tenzometru (3) a k ní paralelně sériová kombinace prvního sčítacího odporu (4) a druhého sčítacího odporu (5), jejichž společný spoj je připojen k invertujícímu vstupu (811) operačního zesilovače (8) a přes první zpětnovazební odpor (6) k výstupu (82) operačního zesilovače (8), připojeného k první výstupní napěťové svorce (10), zatímco společný spoj prvního tenzometru (2) a druhého tenzometru (3) je spojen jednak přes druhý zpětnovazební odpor (7) s neinvertujícím vstupem (812) operačního zesilovače (8) a jednak se vstupem (91) napěťového sledovače (9), jehož výstup (92) je připojen k druhé výstupní napěťové svorce (11).

2. Zapojení zesilovače a zdroje podle bodu 1, vyznačující se tím, že první výstupní napěťová svorka (10) je připojena k prvnímu vstupu (121) izolačního zdroje (12), zatímco druhá výstupní napěťová svorka (11) je připojena k druhému vstupu (122) izolačního zdroje (12), jehož výstup (123) je připojen k první výstupní proudové svorce (13), zatímco druhá výstupní proudová svorka (14) je připojena k střednímu vývodu symetrického zdroje (15, 16), kladná výstupní svorka ke kladnému pólu a záporná symetrického zdroje (15, 16).