RU2304283C1 - Device for transforming value of force to voltage - Google Patents
Device for transforming value of force to voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2304283C1 RU2304283C1 RU2005139407/28A RU2005139407A RU2304283C1 RU 2304283 C1 RU2304283 C1 RU 2304283C1 RU 2005139407/28 A RU2005139407/28 A RU 2005139407/28A RU 2005139407 A RU2005139407 A RU 2005139407A RU 2304283 C1 RU2304283 C1 RU 2304283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- amplifier
- bus
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке различного рода автоматизированных систем контроля, в частности при проектировании автоматизированного измерительного комплекса, используемого для определения физико-механических свойств материалов методом кинетического индентирования.The present invention relates to measuring technique and can be used in the development of various kinds of automated control systems, in particular when designing an automated measuring complex used to determine the physicomechanical properties of materials by kinetic indentation.
Известен инвариантный измерительный мост [1]. Известен также преобразователь механических величин в электрический сигнал, представляющий собой наиболее близкое техническое решение к предлагаемому изобретению [2].Known invariant measuring bridge [1]. Also known is a converter of mechanical quantities into an electrical signal, which is the closest technical solution to the proposed invention [2].
Основным недостатком этого преобразователя является высокая погрешность измерений малых сигналов. Этот недостаток значительно снижает точностные характеристики преобразователя.The main disadvantage of this converter is the high measurement error of small signals. This disadvantage significantly reduces the accuracy of the converter.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точностных характеристик во всем диапазоне измеряемых величин. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь величины силы воздействия в напряжение, далее - преобразователь, содержащий инструментальный усилитель 8 с подключенным к нему первым резистором 6, а также измерительный мост, состоящий из второго и третьего резисторов 2 и 3, соответственно, датчика 4 и компенсирующего элемента 5, причем входы второго и третьего резисторов 2 и 3, соответственно, объединены между собой и являются первым входом питания измерительного моста, выход второго резистора 2 связан с входом датчика 4 и первым входом инструментального усилителя 8, выход третьего резистора 3 соединен с входом компенсирующего элемента 5 и вторым входом инструментального усилителя 8, выходы датчика 4 и компенсирующего элемента 5 объединены между собой и являются вторым входом питания измерительного моста. Преобразователь дополнительно содержит источник 1 питания, генератор 7 импульсов, первый и второй логические элементы 9 и 10, соответственно, 4И-НЕ. В преобразователь также введены двоичный реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12, первый и второй источники 13 и 14, соответственно, опорного напряжения, логические элементы 15 и 17 8И-НЕ и 8ИЛИ, соответственно. В преобразователь также добавлены буферный формирователь 16, первый и второй операционные усилители 18 и 23, соответственно, первый компаратор 19, а также второй компаратор 20, четвертый и пятый резисторы 21 и 22, соответственно. Преобразователь также дополнительно содержит входную шину 24, первую выходную шину 25 и вторую выходную шину 26. Первый выход источника 1 питания соединен с первым входом питания измерительного моста, а второй выход - с вторым входом питания измерительного моста и общей шиной. Выход инструментального усилителя 8 подключен к Uоп - входу цифроаналогового преобразователя 12, выходы которого связаны с входами первого операционного усилителя 18. Выход первого операционного усилителя 18 соединен с входом обратной связи цифроаналогового преобразователя 12 и через четвертый резистор 21 - с первым входом второго операционного усилителя 23. Первый вход второго операционного усилителя 23 подключен через пятый резистор 22 с объединенными между собой выходом второго операционного усилителя 23, первыми входами первого и второго компараторов 19 и 20, соответственно, и второй выходной шиной 26. Вторые входы первого и второго компараторов 19 и 20, соответственно, связаны с выходами первого и второго источников 13 и 14, соответственно, опорного напряжения. Выходы первого и второго компараторов 19 и 20, соответственно, соединены с четвертыми входами второго и первого логических элементов 10 и 9, соответственно, 4И-НЕ, а третьи входы этих элементов подключены к выходам логических элементов 17 и 15, соответственно, 8ИЛИ и 8И-НЕ. Выход первого логического элемента 9 4 И-НЕ связан с+1-входом двоичного реверсивного счетчика 11, -1-вход этого счетчика подключен к выходу второго логического элемента 10 4И-НЕ. Кодовый выход двоичного реверсивного счетчика 11 связан с объединенными между собой входами логического элемента 15 8И-НЕ, логического элемента 17 8ИЛИ, буферного формирователя 16 и цифроаналогового преобразователя 12. Первые входы первого и второго логических элементов 9 и 10, соответственно, 4И-НЕ соединены с входной шиной 24, а вторые - с выходом генератора 7 импульсов. Второй вход второго операционного усилителя 23 связан с общей шиной, а кодовые выходы буферного формирователя 16 подключены к первой выходной шине 25.The aim of the invention is to increase the accuracy characteristics in the entire range of measured values. This goal is achieved by the fact that in the transducer is the magnitude of the force of influence into voltage, then a transducer containing a tool amplifier 8 with a first resistor 6 connected to it, as well as a measuring bridge consisting of the second and third resistors 2 and 3, respectively, of the sensor 4 and compensating element 5, and the inputs of the second and third resistors 2 and 3, respectively, are interconnected and are the first power input of the measuring bridge, the output of the second resistor 2 is connected to the input of the sensor 4 and the first input instrumentation amplifier 8, the output of the third resistor 3 is connected to the input of the compensating element 5 and the second input of the instrumentation amplifier 8, outputs of the sensor 4 and the compensating element 5 are united with each other and constitute the second input of the power measuring bridge. The converter further comprises a power source 1, a pulse generator 7, the first and second logic elements 9 and 10, respectively, 4I-NOT. A binary reversible counter 11, a digital-to-analog converter 12, first and second sources 13 and 14, respectively, of a reference voltage, logic elements 15 and 17 of 8 AND-NOT and 8 OR, respectively, are also introduced into the converter. A buffer former 16, first and second operational amplifiers 18 and 23, respectively, a first comparator 19, as well as a second comparator 20, fourth and fifth resistors 21 and 22, respectively, are also added to the converter. The converter also further comprises an input bus 24, a first output bus 25 and a second output bus 26. The first output of the power supply 1 is connected to the first power input of the measuring bridge, and the second output is connected to the second power input of the measuring bridge and the common bus. The output of the instrument amplifier 8 is connected to the U op - input of the digital-to-analog converter 12, the outputs of which are connected to the inputs of the first operational amplifier 18. The output of the first operational amplifier 18 is connected to the feedback input of the digital-to-analog converter 12 and through the fourth resistor 21 to the first input of the second operational amplifier 23 The first input of the second operational amplifier 23 is connected through the fifth resistor 22 with the interconnected output of the second operational amplifier 23, the first inputs of the first and second omparatorov 19 and 20, respectively, and a second output line 26. The second inputs of the first and second comparators 19 and 20, respectively, are connected to the outputs of the first and second sources 13 and 14, respectively, of the reference voltage. The outputs of the first and second comparators 19 and 20, respectively, are connected to the fourth inputs of the second and first logic elements 10 and 9, respectively, 4I-NOT, and the third inputs of these elements are connected to the outputs of the logic elements 17 and 15, respectively, 8OR and 8I- NOT. The output of the first logic element 9 4 AND is NOT connected to the + 1-input of the binary reverse counter 11, the -1-input of this counter is connected to the output of the second logic element 10 4I-NOT. The code output of the binary reversible counter 11 is connected to the inputs of a logical element 15 8I-NOT, a logical element 17 8OR, a buffer driver 16 and a digital-to-analog converter 12. The first inputs of the first and second logic elements 9 and 10, respectively, 4I-NOT connected to input bus 24, and the second with the output of the generator 7 pulses. The second input of the second operational amplifier 23 is connected to a common bus, and the code outputs of the buffer driver 16 are connected to the first output bus 25.
Преобразователь работает следующим образом. При отсутствии силы воздействия на датчик 4 на выходе измерительного моста и, соответственно, на входе инструментального усилителя 8 дифференциальное напряжение будет равно нулю. Это приведет к формированию нулевого уровня на выходе инструментального усилителя 8 и, соответственно, на Uоп - входе цифроаналогового преобразователя 12. Цифроаналоговый преобразователь 12, операционные усилители 18 и 23, а также резисторы 21 и 22 с представленными на чертеже их взаимосвязями образуют управляемый усилитель, коэффициент усиления которого определяется величиной кода, поступающего на вход цифроаналогового преобразователя 12 с кодового выхода двоичного реверсивного счетчика 11. Нулевой уровень с Uоп - входа цифроаналогового преобразователя 12 поступит на первые входы первого и второго компараторов 19 и 20, соответственно. Выходное напряжение второго источника 14 опорного напряжения устанавливается ниже максимально допустимого напряжения на выходной шине 26, тогда нулевой уровень на первом входе второго компаратора 20 сформирует разрешающий сигнал на выходе этого компаратора и, соответственно, на четвертом входе первого логического элемента 9 4И-НЕ. При наличии разрешающего сигнала на входной шине 24 и выходного кода, не равного 11...1, двоичного реверсивного счетчика 11 импульсы с выхода генератора 7 импульсов через первый логический элемент 9 4И-НЕ будут поступать на +1-вход двоичного реверсивного счетчика 11, увеличивая его выходной код на «единицу» с каждым импульсом. При достижении величины этого кода значения 11...1 коэффициент усиления управляемого усилителя будет максимальным, а на выходе логического элемента 158 И-НЕ будет сформирован сигнал, который запретит прохождение импульсов с выхода генератора 7 импульсов через первый логический элемент 9 4И-НЕ на +1-вход двоичного реверсивного счетчика 11. При воздействии силы на датчик 4 на выходе измерительного моста формируется дифференциальное напряжение, которое усиливается инструментальным усилителем 8, коэффициент усиления которого определяется величиной первого резистора 6, и далее усиливается управляемым усилителем с установленным максимальным коэффициентом усиления (код 11...1). Выходное напряжение источника 13 опорного напряжения равно максимально допустимому напряжению на второй выходной шине 26 и при достижении усиленного дифференциального напряжения с выхода измерительного моста величины, равной величине выходного напряжения первого источника 13 опорного напряжения, на выходе первого компаратора 19 будет сформирован сигнал, который, при наличии разрешающего сигнала на входной шине 24, обеспечит прохождение импульсов с выхода генератора 7 импульсов через второй логический элемент 10 4И-НЕ на -1-вход реверсивного двоичного счетчика 11. Очередным импульсом выходной код двоичного реверсивного счетчика 11 будет уменьшен на «единицу», что приведет к уменьшению коэффициента усиления управляемого усилителя и, соответственно, уменьшению напряжения на второй выходной шине 26 и первых входах первого и второго компараторов 19 и 20, соответственно, до величины ниже порога срабатывания этих компараторов. Дальнейшее увеличение дифференциального напряжения с выхода измерительного моста вновь приведет к уменьшению выходного кода двоичного реверсивного счетчика 11 и, соответственно, уменьшению коэффициента усиления управляемого усилителя. Уменьшение же дифференциального напряжения с выхода измерительного моста ниже порога срабатывания второго компаратора 20 приведет к формированию на выходе этого компаратора сигнала, разблокирующего первый логический элемент 9 4И-НЕ, в результате чего очередным импульсом с выхода генератора 7 импульсов выходной код двоичного реверсивного счетчика 11 будет увеличен и, соответственно, увеличен коэффициент усиления управляемого усилителя. Таким образом, во всем диапазоне дифференциальных напряжений на второй выходной шине 26 будет автоматически поддерживаться напряжение, по величине предельно близкое к максимальному, а на выходной шине 25 - двоичный код коэффициента усиления управляемого усилителя, на который необходимо разделить величину напряжения на второй выходной шине 26 для получения ее действительного значения. Логический элемент 17 8ИЛИ необходим для запрета дальнейшего вычитания двоичным реверсивным счетчиком 11 после формирования кода 00...0 на его выходе. Для получения однозначного кода на первой выходной шине 25 на входной шине 24 устанавливается логический "0", который блокирует первый и второй логические элементы 9 и 10, соответственно, 4И-НЕ, исключая переходные процессы двоичного реверсивного счетчика 11 на время действия этого логического "0".The converter operates as follows. If there is no force acting on the sensor 4 at the output of the measuring bridge and, accordingly, at the input of the instrumental amplifier 8, the differential voltage will be zero. This will lead to the formation of a zero level at the output of the instrumentation amplifier 8 and, accordingly, at the U op - input of the digital-to-analog converter 12. The digital-to-analog converter 12, operational amplifiers 18 and 23, as well as resistors 21 and 22 with their interconnections shown in the drawing, form a controlled amplifier, the gain of which is determined by the value of the code received at the input of the digital-to-analog converter 12 from the code output of the binary reversible counter 11. The zero level with U op is the input of the digital-to-analog pre the browser 12 will go to the first inputs of the first and second comparators 19 and 20, respectively. The output voltage of the second reference voltage source 14 is set below the maximum allowable voltage on the output bus 26, then a zero level at the first input of the second comparator 20 will generate an enable signal at the output of this comparator and, accordingly, at the fourth input of the first logic element 9 4I-NOT. If there is an enable signal on the input bus 24 and the output code is not equal to 11 ... 1, the binary reversible counter 11 pulses from the output of the generator 7 pulses through the first logic element 9 4I-NOT will be sent to the + 1-input binary counter counter 11, increasing its output code by “one” with each pulse. When the value of this code reaches 11 ... 1, the gain of the controlled amplifier will be maximum, and a signal will be generated at the output of the AND-NOT logic element 158, which will prevent the pulses from passing from the output of the 7-pulse generator through the first logic element 9 4I-NOT to + 1-input of the binary reversible counter 11. When a force is applied to the sensor 4, a differential voltage is generated at the output of the measuring bridge, which is amplified by an instrumental amplifier 8, the gain of which is determined by the value first resistor 6, and then amplified by a controlled amplifier with a set maximum gain (code 11 ... 1). The output voltage of the reference voltage source 13 is equal to the maximum allowable voltage on the second output bus 26 and when the amplified differential voltage from the output of the measuring bridge is reached equal to the output voltage of the first reference voltage source 13, a signal will be generated at the output of the first comparator 19, which, if any enable signal on the input bus 24, will ensure the passage of pulses from the output of the generator 7 pulses through the second logic element 10 4I-NOT on the -1-input reverse binary counter 11. With the next pulse, the output code of the binary reverse counter 11 will be reduced by “one”, which will lead to a decrease in the gain of the controlled amplifier and, accordingly, a decrease in voltage on the second output bus 26 and the first inputs of the first and second comparators 19 and 20, respectively , up to a value below the threshold of operation of these comparators. A further increase in the differential voltage from the output of the measuring bridge will again lead to a decrease in the output code of the binary reversible counter 11 and, accordingly, to a decrease in the gain of the controlled amplifier. Reducing the differential voltage from the output of the measuring bridge below the threshold of the second comparator 20 will lead to the formation of a signal at the output of this comparator that unlocks the first logical element 9 4I-NOT, as a result of which the output code of the binary reversible counter 11 will be increased by the next pulse from the output of the 7 pulse generator and, accordingly, the gain of the controlled amplifier is increased. Thus, in the entire range of differential voltages on the second output bus 26, the voltage that is extremely close to the maximum will be automatically maintained, and on the output bus 25, the binary code of the gain of the controlled amplifier, into which it is necessary to divide the voltage on the second output bus 26 for getting its actual value. Logic element 17 8 OR is necessary to prohibit further subtraction by the binary reverse counter 11 after the formation of the code 00 ... 0 at its output. To obtain a unique code on the first output bus 25, a logical "0" is set on the input bus 24, which blocks the first and second logic elements 9 and 10, respectively, 4I-NOT, excluding transients of the binary reverse counter 11 for the duration of this logical "0 "
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2117304 от 27.09.93 г.1. RF patent No. 2117304 from 09/27/93.
2. Патент РФ №2071065 от 13.04.93 г.2. RF patent No. 2071065 from 04/13/93.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139407/28A RU2304283C1 (en) | 2005-12-16 | 2005-12-16 | Device for transforming value of force to voltage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005139407/28A RU2304283C1 (en) | 2005-12-16 | 2005-12-16 | Device for transforming value of force to voltage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2304283C1 true RU2304283C1 (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=38510898
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005139407/28A RU2304283C1 (en) | 2005-12-16 | 2005-12-16 | Device for transforming value of force to voltage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2304283C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486465C1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Converter of linear movements into voltage |
-
2005
- 2005-12-16 RU RU2005139407/28A patent/RU2304283C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486465C1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный индустриальный университет" | Converter of linear movements into voltage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108172152B (en) | Current detection device and detection method of display panel | |
CN105388356A (en) | Current measurement device | |
CN106685421B (en) | Analog signal acquisition method and device | |
DE112018005096T5 (en) | HIGHLY PRECISE CURRENT DETECTION USING A DETECTION AMPLIFIER WITH DIGITAL AZ OFFSET COMPENSATION | |
Georgakopoulou et al. | A capacitive-to-digital converter with automatic range adaptation for readout instrumentation | |
CN102507997A (en) | Measuring circuit | |
RU2304283C1 (en) | Device for transforming value of force to voltage | |
RU2424533C2 (en) | Measuring transducer for high-speed strain-measuring system | |
EP2197117B1 (en) | Switching unit for creating an output voltage depending on a digital data value and method for calibrating the switching unit | |
KR20220143866A (en) | Differential Measurement Circuit Calibration | |
CN102594276B (en) | Gain calibration system for instrument amplifier and gain calibration method | |
JP5282370B2 (en) | Pressure sensor device | |
RU2296945C1 (en) | Transformer of linear movements to voltage with automatic selection of spectrum | |
US8653840B2 (en) | Fast current saturation recovery for a digital source measure unit (SMU) | |
GB1569390A (en) | Voltmeters | |
JP4898539B2 (en) | D / A converter and operation test method thereof | |
RU2486465C1 (en) | Converter of linear movements into voltage | |
RU2619828C1 (en) | High-speed converter of changing sensor resistance into electrical signal | |
RU2515079C2 (en) | Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis | |
US10873340B2 (en) | Feed-forward high resolution sensor measurement using low resolution ADC | |
JPS60259018A (en) | Calibration system of comparator | |
CN110967548A (en) | Program-controlled variable resistor device with current detection function and working method | |
RU2469283C1 (en) | Multichannel measuring device for aerodynamic intramodel weights | |
RU2304284C2 (en) | Device for transforming mechanical values to voltage with automatic balancing of "zero" | |
CN213986629U (en) | Precision sensitivity measuring circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151217 |