RU2238570C1 - Bridge transformer - Google Patents
Bridge transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238570C1 RU2238570C1 RU2003105862A RU2003105862A RU2238570C1 RU 2238570 C1 RU2238570 C1 RU 2238570C1 RU 2003105862 A RU2003105862 A RU 2003105862A RU 2003105862 A RU2003105862 A RU 2003105862A RU 2238570 C1 RU2238570 C1 RU 2238570C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- bridge
- bridge sensors
- operational amplifier
- diagonal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к тензометрии, и может быть использовано в качестве преобразователя сигналов мостовых тензорезисторных датчиков.The invention relates to electrical engineering, in particular to strain measurement, and can be used as a signal converter of bridge strain gauge sensors.
Широко известен мостовой преобразователь с источником питания, подключенным к питающей диагонали моста, и выходным сигналом, снимаемым с выходной диагонали моста (Хорна О. Тензометрические мосты. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, рис.1). Однако сопротивление соединительных проводов и их вариации вносят существенные погрешности в результат преобразования.A bridge converter with a power source connected to the supply diagonal of the bridge and an output signal taken from the output diagonal of the bridge is widely known (O. Khorna. Strain gages. M.-L.: Gosenergoizdat, 1962, Fig. 1). However, the resistance of the connecting wires and their variations introduce significant errors in the conversion result.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является мостовой преобразователь, приведенный на фиг.1, содержащий источник питания моста I/E (генератор тока или генератор напряжения), подключенный к одному выводу питающей диагонали моста R1/R2/R3/R4, и операционный усилитель У, выход которого соединен с другим выводом питающей диагонали моста, а инверсный вход - с одним выводом выходной диагонали моста, неинверсный с общей шиной устройства (Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергия, 1980, рис.5-12в, стр.124 и рис.5-14а, стр.128). В таком мостовом преобразователе значительно уменьшены погрешности от влияния сопротивлений соединительных проводов и их вариаций, источник питания моста связан с общей шиной устройства, выходной сигнал преобразователя снимается относительно общей шины устройства.The closest in technical essence and the achieved effect is the bridge converter shown in figure 1, containing the power supply of the I / E bridge (current generator or voltage generator) connected to one output of the power diagonal of the bridge R1 / R2 / R3 / R4, and operating amplifier U, the output of which is connected to the other output of the bridge’s supply diagonal, and the inverse input is connected to one output of the bridge’s output diagonal, non-inverse with the device’s common bus (Gutnikov BC Integrated electronics in measuring devices. L .: Energy, 1980, Fig. 5-1 2c, p. 124 and fig. 5-14a, p. 128). In such a bridge converter, errors from the influence of the resistances of the connecting wires and their variations are significantly reduced, the bridge power supply is connected to the device common bus, the converter output signal is removed relative to the device common bus.
При источнике питания моста, представляющем собой источник напряжения Е, выходной сигнал U мостового преобразователя равен:When the bridge power supply, which is a voltage source E, the output signal U of the bridge converter is equal to:
(см. там же, формула 5-13).(see ibid., formula 5-13).
Для рабочего дисбаланса моста:For the working imbalance of the bridge:
R1=R+ΔR; R2=R-ΔR; R3=R+ΔR; R4=R-ΔR,R1 = R + ΔR; R2 = R-ΔR; R3 = R + ΔR; R4 = R-ΔR,
выходной сигнал имеет вид:the output signal has the form:
. .
При источнике питания моста, представляющем собой источник тока I, выходной сигнал U мостового преобразователя равен:When the bridge power supply, which is a current source I, the output signal U of the bridge converter is equal to:
Для рабочего дисбаланса моста здесь выходной сигнал имеет вид:For the working imbalance of the bridge, here the output signal has the form:
U=IΔR.U = IΔR.
Однако выходной сигнал U такого мостового преобразователя имеет малую величину, что, как известно, для большинства задач недостаточно, и требуется дополнительно вводить усилительные устройства, которые неизбежно вносят свои дополнительные погрешности (в частности, например, увеличивают шумовую составляющую полезного сигнала и соответствующий его дрейф).However, the output signal U of such a bridge converter is small, which, as is known, is not enough for most tasks, and it is necessary to introduce additional amplification devices that inevitably introduce additional errors (in particular, for example, increase the noise component of the useful signal and its corresponding drift) .
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности мостового преобразователя.An object of the present invention is to increase the sensitivity of a bridge converter.
Техническим результатом изобретения является существенное, например в 10 раз, увеличение выходного сигнала мостового преобразователя.The technical result of the invention is a significant, for example 10-fold, increase in the output signal of the bridge converter.
Технический результат достигается тем, что в мостовом преобразователе, содержащем источник питания моста, подключенный к одному выводу питающей диагонали моста, и операционный усилитель, выход которого соединен с другим выводом питающей диагонали моста, а инверсный вход с одним выводом выходной диагонали моста, между другим выводом выходной диагонали моста и неинверсным входом операционного усилителя включен делитель напряжения, при этом делитель напряжения выполнен в виде двух, последовательно соединенных резисторов.The technical result is achieved by the fact that in a bridge converter containing a bridge power supply connected to one output of the bridge’s supply diagonal, and an operational amplifier, the output of which is connected to the other output of the bridge’s supply diagonal, and an inverse input with one output of the bridge’s output diagonal, between the other terminal the output diagonal of the bridge and the non-inverse input of the operational amplifier include a voltage divider, while the voltage divider is made in the form of two resistors connected in series.
На фиг.1 дана схема прототипа; на фиг.2 - схема предлагаемого мостового преобразователя.Figure 1 is a diagram of a prototype; figure 2 - diagram of the proposed bridge Converter.
Мостовой преобразователь содержит мост R1/R2/R3/R4, операционный усилитель У, источник питания моста I/E и делитель напряжения Д, состоящий, например, из резисторов r1 и r2 (фиг.2).The bridge converter comprises a bridge R1 / R2 / R3 / R4, an operational amplifier U, an I / E bridge power supply and a voltage divider D, consisting, for example, of resistors r1 and r2 (Fig. 2).
Мостовой преобразователь работает следующим образом.The bridge converter operates as follows.
Мост R1/R2/R3/R4 через его диагональ питания запитывается совместно источником питания I/E и операционным усилителем У. В результате полезного дисбаланса имеется полезный выходной сигнал моста, равный разности потенциалов на его выходной диагонали φd-φb. Потенциалы на неинверсном и инверсном входах операционного усилителя У практически равны (из-за его большого коэффициента усиления), т.е. φb=φд. Поэтому поступление на неинверсный вход операционного усилителя части потенциала моста φd, т.е. потенциала φд, увеличивает потенциал φb и, естественно, в свою очередь увеличивает потенциал φd, который и является выходным сигналом мостового преобразователя U.The bridge R1 / R2 / R3 / R4 through its diagonal of power is powered jointly by the I / E power source and the operational amplifier U. As a result of the useful imbalance, there is a useful bridge output signal equal to the potential difference on its output diagonal φ d -φ b . The potentials at the non-inverse and inverse inputs of the operational amplifier U are almost equal (due to its large gain), i.e. φ b = φ d . Therefore, the input to the non-inverse input of the operational amplifier of the bridge potential part φ d , i.e. potential φ d , increases the potential φ b and, of course, in turn increases the potential φ d , which is the output signal of the bridge converter U.
При источнике питания моста, представляющем собой источник напряжения Е, имеем в первом приближении следующую систему уравнений:With a bridge power supply, which is a voltage source E, we have, as a first approximation, the following system of equations:
Здесь i1, i2, i3, i4 - токи через соответствующие сопротивления моста R1, R2, R3, R4; φa, φb, φc, φd - соответствующие потенциалы вершин моста; n - коэффициент деления делителя; r1, r2 - резисторы делителя; φд - потенциал на выходе делителя, Е - напряжение источника питания, U - выходное напряжение мостового преобразователя.Here i1, i2, i3, i4 are the currents through the corresponding bridge resistances R1, R2, R3, R4; φ a , φ b , φ c , φ d are the corresponding potentials of the bridge vertices; n is the division factor of the divider; r1, r2 - resistors of the divider; φ d is the potential at the output of the divider, E is the voltage of the power source, U is the output voltage of the bridge converter.
Проведем соответствующие преобразования:We carry out the corresponding transformations:
φc=φb-R2i2=U-R3i3;φ c = φ b -R2i2 = U-R3i3;
U-R3i3=φb-R2i2;U-R3i3 = φ b -R2i2;
UR1R4-ER1R3+UR1R3=nUR1R4-ER2R4+nUR2R4;UR1R4-ER1R3 + UR1R3 = nUR1R4-ER2R4 + nUR2R4;
U(R1R4+R1R3-nR1R4-nR2R4)=E(R1R3-R2R4);U (R1R4 + R1R3-nR1R4-nR2R4) = E (R1R3-R2R4);
Для рабочего дисбаланса моста:For the working imbalance of the bridge:
где - коэффициент усиления полезного сигнала.Where - gain of the useful signal.
При источнике питания моста, представляющем собой источник тока I, имеем в первом приближении следующую систему уравнений:With a bridge power supply, which is a current source I, we have, to a first approximation, the following system of equations:
Проведем соответствующие преобразования:We carry out the corresponding transformations:
R1i1+φb=R4(I-i1)+U;R1i1 + φ b = R4 (I-i1) + U;
R1i1+φb=R4I-R4i1+U;R1i1 + φ b = R4I-R4i1 + U;
φb-R2i1=U-R3(I-i1);φ b -R2i1 = U-R3 (I-i1);
U-φb=R3I-(R3+R2)i1;U-φ b = R3I- (R3 + R2) i1;
(U-φb)(R1+R4)-R3I(R1+R4)+R4I(R2+R3)+(U-φb)(R2+R3)=0;(U-φ b ) (R1 + R4) -R3I (R1 + R4) + R4I (R2 + R3) + (U-φ b ) (R2 + R3) = 0;
(U-φb)(R1+R2+R3+R4)=I[R3(R1+R4)-R4(R2+R3)];(U-φ b ) (R1 + R2 + R3 + R4) = I [R3 (R1 + R4) -R4 (R2 + R3)];
Для рабочего дисбаланса моста:For the working imbalance of the bridge:
U=KIΔR.U = KIΔR.
Т.е., как и в предыдущем случае, полезный сигнал усилен в К раз. Например, при коэффициенте деления делителя n=0,9 полезный сигнал предлагаемого мостового преобразователя в 10 раз больше, чем у прототипа, причем без каких-либо дополнительных усилительных элементов, которые могли бы внести дополнительные погрешности за счет своих шумовых и дрейфовых составляющих.That is, as in the previous case, the useful signal is amplified by a factor of K. For example, with a divisor dividing factor of n = 0.9, the useful signal of the proposed bridge converter is 10 times larger than that of the prototype, without any additional amplifying elements that could introduce additional errors due to their noise and drift components.
Следует заметить, что делитель напряжения может быть выполнен по любой известной схеме, например потенциометрической с регулировкой коэффициента деления с помощью переменных резисторов. Т.к. выход делителя нагружен на очень высокое входное сопротивление операционного усилителя, сам делитель всегда может быть выполнен с использованием высокоомных резисторов, что позволит практически не нагружать выходную диагональ моста и избежать влияния сопротивления выходного провода моста на результат преобразования.It should be noted that the voltage divider can be performed according to any known scheme, for example, potentiometric with adjustment of the division coefficient using variable resistors. Because the output of the divider is loaded with a very high input resistance of the operational amplifier, the divider itself can always be made using high-resistance resistors, which will practically not load the output diagonal of the bridge and avoid the influence of the resistance of the output wire of the bridge on the conversion result.
По данному предложению в институте выполнены соответствующие теоретические и экспериментальные исследования по созданию конкретных преобразователей, которые подтверждают возможность осуществления рассмотренных мостовых преобразователей и возможность получения заявленного технического результата.According to this proposal, the institute carried out the corresponding theoretical and experimental studies on the creation of specific converters, which confirm the possibility of implementing the considered bridge converters and the possibility of obtaining the claimed technical result.
Реализация предложения в ИИС для прочностных исследований авиационных конструкций позволит существенно повысить достоверность результатов испытаний, а следовательно, надежность рекомендаций, выдаваемых промышленности, по совершенствованию конструкций летательных аппаратов.The implementation of the proposal in the IMS for strength studies of aircraft structures will significantly increase the reliability of the test results, and therefore, the reliability of recommendations issued by the industry on improving the design of aircraft.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003105862A RU2238570C1 (en) | 2003-03-04 | 2003-03-04 | Bridge transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003105862A RU2238570C1 (en) | 2003-03-04 | 2003-03-04 | Bridge transformer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2238570C1 true RU2238570C1 (en) | 2004-10-20 |
RU2003105862A RU2003105862A (en) | 2004-12-20 |
Family
ID=33537671
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003105862A RU2238570C1 (en) | 2003-03-04 | 2003-03-04 | Bridge transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2238570C1 (en) |
-
2003
- 2003-03-04 RU RU2003105862A patent/RU2238570C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГУТНИКОВ В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергия, Ленинградское отд-е, 1980, с.124, рис. 5-12в. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20070103174A1 (en) | Direct current test apparatus | |
US20160091525A1 (en) | Acceleration sensor | |
KR101024220B1 (en) | Power applying circuit and testing apparatus | |
US5859561A (en) | Differential load amplifier for piezoelectric sensors | |
US5959463A (en) | Semiconductor test apparatus for measuring power supply current of semiconductor device | |
AU2012214000A1 (en) | Device and method for evaluating signals of load cells with strain gauges | |
RU2238570C1 (en) | Bridge transformer | |
US8835779B2 (en) | Coordinated ratiometric compensation for high-precision load-cells | |
CN113155159B (en) | Bridge detector | |
RU2586084C1 (en) | Multi-channel converter of resistance of resistive sensors into voltage | |
CN110727306B (en) | Half-bridge differential sensor | |
CN110337596B (en) | Sensor device with a sensor for performing environmental detection by means of sound waves | |
JP2015004592A (en) | Voltage measurement circuit | |
RU2610938C1 (en) | Device for magnetic fields measurement | |
US10044264B2 (en) | Microcontroller with average current measurement circuit using voltage-to-current converters | |
RU2451913C1 (en) | Temperature measuring device | |
JP4511717B2 (en) | Current / voltage measuring device | |
KR100983788B1 (en) | an interface circuit for multi-element gas sensor | |
EP4145099A1 (en) | Strain measuring assembly | |
KR101948715B1 (en) | System and method of simultaneous measurement of direct current and electric noise of semiconductor/metal | |
JP2008005104A (en) | Single differential converting circuit | |
JP5190103B2 (en) | Voltage generator, current generator | |
JPS61209331A (en) | Input apparatus of temperature measuring resistor | |
CN112444666A (en) | Current measuring system | |
RU2071065C1 (en) | Converter for mechanical quantities into electric signal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150305 |