RU2238570C1 - Bridge transformer - Google Patents

Bridge transformer Download PDF

Info

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
Application number
RU2003105862A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003105862A (en
Inventor
В.В. Шевчук (RU)
В.В. Шевчук
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Priority to RU2003105862A priority Critical patent/RU2238570C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2238570C1 publication Critical patent/RU2238570C1/en
Publication of RU2003105862A publication Critical patent/RU2003105862A/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: electric engineering.
SUBSTANCE: device has bridge sensors power source, connected to one output of power main for bridge sensors, and operational amplifier, output of which is connected to another output of bridge sensors power main, and inverse input - to one output of bridge sensors output line, while between resistor of another output of bridge sensors output line and non-inverse input of operational amplifier a voltage separator is switched in, which is made in form of two serially connected resistors. As output of voltage separator is loaded for a very high input resistance of operational amplifier, the very voltage separator may always by made with use of high-ohm resistors, to allow practically non-loaded bridge sensors output line and allow to evade effect from resistor of output line of bridge sensors as a result of transformation.
EFFECT: higher sensitivity of device, higher value of output signal of device.
2 cl, 2 dwg

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:

Figure 00000002
Figure 00000002

(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:

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

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:

Figure 00000004
Figure 00000004

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 φdb. Потенциалы на неинверсном и инверсном входах операционного усилителя У практически равны (из-за его большого коэффициента усиления), т.е. φbд. 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 db . 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:

Figure 00000005
Figure 00000005

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:

Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000006
Figure 00000007

φcb-R2i2=U-R3i3;φ c = φ b -R2i2 = U-R3i3;

U-R3i3=φb-R2i2;U-R3i3 = φ b -R2i2;

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

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);

Figure 00000010
Figure 00000010

Для рабочего дисбаланса моста:For the working imbalance of the bridge:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
- коэффициент усиления полезного сигнала.Where
Figure 00000013
- 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:

Figure 00000014
Figure 00000014

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;

Figure 00000015
Figure 00000015

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;

Figure 00000016
Figure 00000016

(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)];

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

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)

1. Преобразователь сигналов мостовых датчиков, содержащий 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, отличающийся тем, что между сопротивлением другого вывода выходной диагонали моста и неинверсным входом операционного усилителя включен делитель напряжения.1. A signal converter of bridge sensors, comprising a bridge power source connected to one output of the bridge’s power diagonal, and an operational amplifier, the output of which is connected to the other bridge’s power supply diagonal, and an inverse input with one output of the bridge’s output diagonal, characterized in that between the resistance of the other output of the output diagonal of the bridge and the non-inverse input of the operational amplifier includes a voltage divider. 2. Мостовой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что делитель напряжения выполнен в виде двух последовательно соединенных резисторов.2. The bridge converter according to claim 1, characterized in that the voltage divider is made in the form of two series-connected resistors.
RU2003105862A 2003-03-04 2003-03-04 Bridge transformer RU2238570C1 (en)

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)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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