RU1796889C - Тензометрическое устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к-контрольно- измерительной технике, а именно к измерению неэлектрических величин в услови х широких диапазонов температур. Цель - повышение точности за счет отстройки температурных зависимостей аддитивной и мультипликативной составл ющих погрешности датчика. Выбирают участки аппроксимации , так что диапазону температур Tjj-T i соответствует первый участок с текущим значением приращени  температуры ti. диапазону Тз-Т2 соответствует второй участок с t2 и диапазону Т4-Тз соответствует третий участок с t.3. Полумост на сопротивлени х 7 и 8 совместно с вторым усилителем 9 обеспечивает нулевой сигнал на выходе тёрмо- канала при начальной температуре. Что обеспечивает посто нную чувствительность тензометрического устройства к измер емой величине при йзменеййи коэффициента передачи термоканала на различных участках аппроксимации. 2 ил. СП С

Description

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники,а именно к измерению неэлектрических величин в услови х широких диапазонов температур.

Известно устройство, содержащее мостовую схему включени  тензодатчика, включенную в качестве измен ющегос  от температуры плеча во внешний мост дл  получени  дополнительного термозависимого сигнала, используемого дл  коррекции аддитивной погрешности датчика. Точность устройства невелика,, поскольку корректируетс  только линейна  Составл юща  аддитивной погрешности.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению  вл етс  устройство , содержащее последовательно соединенные тензомост, усилитель, управл емый масштабный преобразователь и сумматор, источник питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани  тензомоста и со вторыми входами усилител  и сумматора, второй выход - через резистор с второй вершиной диагонали питани  тензомоста и с вторым входом управл емого масштабного преобразовател .

. Недостатком известного устройства  вл етс  то что оно имеет низкую точность в услови х нелинейного характера температурных зависимостей аддитивной и мультипликативной составл ющих погрешности датчика.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности в услови х нелинейных зависимостей составл ющих температурной погрешности датчика.

Цель достигаетс  тем, что тензометри- ческое устройство,содержащее тензомост, первый резистор, блок питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани  тензомоста, второй выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питани  тензомоста, первый усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управл емый масштабный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом первого усилител , а выход соединен с первым входом первого сумматора, выход которого  вл етс  выходом устройства, снабжено вторым и третьим резисторами, первые выводы которых сое- . динены с выходами блока питани , а вторые выводы соединены между собой, вторым усилителем, первый вход которого соедй- .нён с вторыми выводами второго и третьего ;резисторов, а второй вход соединен с второй вершиной диагонали питани  тензомоста , первым переключателем, вход которого

соединен с выходом второго усилител , первым , вторым и третьим масштабными преобразовател ми , входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим

выходами первого переключател , а выходы объединены и соединены с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока питани , а выход соединен с вторым входом управл 0 емого масштабного преобразовател , вторым переключателем вход которого соединен с первым выходом блока питани , четвертым, п тым и шестым масштабными преобразовател ми, входы которых соеди5 йены соответственно с первым, вторым и третьим выходами второго.переключател , а выходы объединены и соединены с третьим входом первого усилител , третьим пере- ; ключателем, вход которого соединен с

0 первым выходом блока питани ,-седьмым, восьмым и дев тым масштабными преобразовател ми , входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами третьего переключател , а выхо5 ды объединены и соединены с вторым входом первого сумматора, первым и вторым делител ми напр жени , входы которых соединены с первым выходом блока питани , сравнивающим узлом, первый вход которо0 то соединен с выходом второго усилител , второй вход соединен с выходом первого делител  напр жени , третий вход - с выходом второго делител  напр жени , а выход с управл ющими входами первого, второго и

5 третьего переключателей.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг,2 - зависимости: 1 - аддитивной погрешности от температуры; 2 - мультипликативной погрешности от темпе0 ратуры; 3 - сигнала на выходе второго усилител  9 от температуры,

Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензомост 1, первый усилитель 2, управл емый

5 масштабный преобразователь 3, первый сумматор 4, по которым проходит основной измер емый сигнал. Блок 5 питани  подключен через первый резистор 6 к диагонали питани  тензомоста Т. Второй 7 и третий

0 8 резисторы образуют полумост, выход которого соединен с первым входом второго усилител  9, второй вход которого соединен с полумостом, образованным тензомостом 1 и первым резистором 6. Через первый

5 переключатель 10 второй усилитель 9 соединен с первым 11, вторым 12 и третьим 13 масштабными преобразовател ми, выходы которых соединены с первым входом второго сумматора 25. Элементы 9, 10. 11, 12, 13 и 25 образуют дополнительный канал дл 

формировани  термозэвисимого сигнала, управл ющего коэффициентом передачи управл емого масштабного преобразовател  3. Вход второго переключател  14 соединен с первым выходом блока 5 питани , а выходы - с четвертым 15, п тым 16 и шестым 17 масштабными преобразовател ми, выходы которых соединены с третьим входом первого усилител  3. Элементы 14, 15, 16, 17 служат дл  задани  требуемого уров- н  смещени  на первом входе управл емого масштабного преобразовател  3. Вход третьего переключател  18 соединен с первым выходом блока 5 питани , а выходы - с седьмым 19, восьмым 20 и дев тым 21 мае- штабными преобразовател ми, выходы которых соединены со вторым входом первого сумматора 4. Элементы 18. 19, 20 и 21 служат дл  компенсации посто нного смещени  на выходе всего тензометрического устройства, Первый-22 и второй 23 делители напр жени  соединены с первым выходом блока 5 питани  и со вторым и третьим входами сравнивающего узла 24. Элементы 22 и 23 предназначены дл  формировани  по- роговых напр жений на втором и третьем входах сравнивающего узла 24, первый вход которого соединен с выходом второго усилител  9. Выход сравнивающего узла 24 соединен со входами переключателей 10,14 и i8. Сигнал с выхода сравнивающего узла 24 предназначен дл  управлени  положением переключателей 10, 14 и 18 в зависимости от величин сигнала с выхода второго усилител  9, пропорционального темпера- туре тензомоста 1.

Тензометрическое устройство работает следующим образом.

На тензодатчик 1 воздействует измер ема  физическа  величина X и температура Т. Сигнал U1 на первом входе управл емого масштабного преобразовател  3 на любом из участков аппроксимации можно представить в виде.

U.1 К X (1 + Ом t|) + U3 Ы ti + Unl, (1)

где Х -измен ема  физическа  величина;

К - коэффициент преобразовани ; ttMi относительна  мультипликативна  чувствительность датчика к температу- ре из i-ом участке;

Ua ctai - абсолютна  аддитивна  чувствительность датчика к температуре на 1-ом участке;

Oai - относительна  аддитивна  чувст- вительность датчика к температуре на 1-ом участке;

U - выходное напр жение блока 5 питани ;

Uni - напр жение смещени  на первом входе управл емого масштабного преобразовател  на 1-ом участке;

m - коэффициент передачи четвертого, п того или шестого масштабного преобразовател  в соответствии с f-тым участком аппроксимации температурной погрешности;

ti - приращение температуры на 1-ом участке аппроксимации погрешности.

Как видно из выражени  (1) сигнал на первом входе управл емого масштабного преобразовател  3 при одном и том же значении измер емой величины X, в зависимости от температуры и количества выбранных участков аппроксимаций температурной погрешности (в данном случае 3 участка, соответствующих трем выходным сигналам сравнивающего узла 24 и трем положени м второго переключател  14) будет иметь три различных смещени  Uni, завис щих от коэффициента передачи ni подключенного в. данный момент времени масштабного преобразовател .

п| ni - на первом участке аппроксимации ti ц. .

ni  г - на втором участке аппроксимаций ti -М . ni пз - на третьей участке аппроксима ЦИИ t| t3.

Участки аппроксимации выбраны так, что диапазону температур Тз-Ti соответствуют первый участок с текущим значением приращени  температуры ti, диапазону Гз Та соответствует второй участок аппроксимации с текущим приращением температуры 12, диапазону температур Тз соответствует третий участок аппроксимации с параметром т.з. Полумост на сопротивлени х 7, 8 совместно со вторым усилителем 8 введен дл  получени  нулевого сигнала на выходе термоканала при начальной температуре Т 20°С. Это обеспечивает посто нную чувствительность тензометрического устройства к измер емой величине при изменении коэффициента передачи термоканала на различных участках аппроксимации.

Сигнал 1)2 на втором входе управл емого масштабного преобразовател  3 может быть представлен 8 виде

U2 U «tljtj,(2) где Uok - абсолютна  чувствительность сигнала на выходе второго усилител  9 к температуре;

сск -. относительна  чувствительность этого сигнала к температуре;

li - коэффициент передачи первого 11, второго 12 или третьего 13 масштабных преобразователей , подключаемых через второй переключатель 10 к выходу второго усилител  9 в зависимости от номера участка , 2.3,

Сигнал на выходе управл емого масштабного преобразовател  3 равен:

Kp X

К х (1 4- ам ti) + Ua aa ti + Unt

ХU20+UOKlit|

Кр Км

где К2

.(3) (4)

Uao +UOKl ltl 1 +«к lltt

Кг -коэффициент передачи управл емого. масштабного преобразовател  3;

too KP/U20 - коэффициент передачи управл емого масштабного преобразовател  (УМП) 3 при Т 20°С;

U20 - напр жение, формируемое вне термоканала и обеспечивающее конечное значение коэффициента передачи УМПЗ приТ 20°С:

Кр - размерный коэффициент преобразовани  УМПЗ;.

i U

«к тт- относительна  чувствительность термрканала к температуре.

Аддитивна  составл юща  сигнала Ui может быть представлена в виде:

Ua од ti + Un| Uni (1 + «ai1 ti),(5)

где Oai

UaOal

- относительна  аддитив;

на  чувствительность сигнала Ui на 1-ом участке ..

С учетом (4) и (5 выражение (3) может быть записано следующим образом Us-Kzox

KX(r+OMiti) + Unt(i + rev хГ+lvTtj-W

Как видно из выражени  (6) линейные составл ющие температурной погрешности могут быть скомпенсированы на каждом из 1-тых участков аппроксимации, если выбором коэффициентов передачи li и щ элементов 1, 2.3,4,5, 6 обеспечит на этих участках следующие равенства:

«к li - ctMi

, , Ua Oal „(7) од ,

При обеспечении условий (7) сигнал на выходе УМП равен:

Уз - К20 КХ + K2oUni

и состоит из полезного сигнала КгоКХ и смещени  KaoUni, которое устран етс  в первом сумматоре 4, на второй вход которого подаетс  через масштабные преобразователи 19,20 или 21 соответствующие каждому участку компенсирующие смещени  от блока 5 питани 

UCM Um .-KzoUh l, .

Обеспечение равенства

mi -K200I

необходимо дл  компенсации смещени  выходного сигнала на каждом из участков аппроксимации .

Сравнивающий узел 24 управл етс  сигналом от второго усилител  9 (крива  3 на фиг.2). Опорные напр жени , формируемые делител ми 22.и 23 напр жени  соответствуют по уровню сигналам с выхода

0 усилител  9 при температурах Тз и 12 (см, фиг.2). Когда сигнал с выхода второго усилител  9 достигнет значени  первого опорного напр жени  на выходе сравнивающего узла 24 формируетс  сигнал, перевод щий пере5 ключатели 10, 14, 18 в положение, соответствующее следующему участку аппроксимации.

Точность предлагаемого устройства зависит от числа выбранных участков алпрок0 симации и может быть увеличена при выборе большего числа участков. При заданном числе участков аппроксимации дл  обеспечени  большей точности их следует выбирать исход  из минимума суммарной

5 погрешности на этих участках по наиболее нелинейной из зависимостей, представленной на фиг.2.

Технико-экономическими преимуществами тензометрическоро устройства по

0 сравнению с прототипом  вл етс  повышение точности коррекции температурной погрешности тензодатчика в услови х нелинейности температурных зависимостей мультипликативной и аддитивной со5 ставл ющих температурной погрешности тензодатчика путем их линейной аппроксимации и коррекции по каждой из линейных составл ющих на рассматриваемом участ- - ке.- .. . -

0 Ф-ррму.ла изобретен и  .

Тензометрическое устройство, содержащее тензомост, первый резистор, блок питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани  тензо5 моста, второй выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питани  тензомоста, первый усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензо0 моста, первый сумматор и управл емый масштабный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом первого усилител , а выход соединен с первым входом первого сумматора, выход которого  вл ет5 с  выходом устройства, бтличающее- с   тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено вторым и третьим резисторами , первые выводы которых соединены с выходами блока питани , а вторые выводы оединены между собой, вторым усилителем , первый вход которого соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов , а второй вход - с второй вершиной диагонали питани  тензомрста, первым пе- реключателем;ёход которого соединен с вы- ходом второго усилител , первым, вторым и третьим масштабными-преобразовател ми, входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами первого переключател , а выходы объединены и соединены с первым входом второго сумматора , второй вход которого соединен с первым выходом блока литани , а выход соединен с вторым входом управл емого масштабного преобразовател , вторым пе- реключателем, вход которого соединен с первым выходом блока питани , четвертым, п тым и шестым масштабными преобразовател ми , входы которых соединены соответственно С первым, вторым и третьим

выходами второго переключател , а выходы объединены и соединены с третьим входом первого усилител , третьим переключателем , вход которого соединен с первым выходом блока питани , седьмым, восьмым и дев тым масштабными преобразовател ми , входы которых соответственно соединены с первым, вторым и третьим выходами третьего переключател , а выходы обьеди- нены и соединены с вторым входом первого сумматора, первым и вторым делител ми напр жени , входы которых соединены с первым входом блока питани , сравнивающим узлом, первый вход которого соединен с выходом второго усилител , второй вход соединен с выходом первого делител  напр жени , третий вход соединен с выходом второго делител  напр жени , а выход - с управл ющими входами первого, второго и третьего переключателей.