RU2379695C2

RU2379695C2 - Converter of signals from single resistance strain gauges (versions)

Info

Publication number: RU2379695C2
Application number: RU2007102253/28A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Васильевич Шевчук (RU); Вячеслав Васильевич Шевчук
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М"
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-01-23
Publication date: 2010-01-20
Also published as: RU2007102253A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention is related to electric measurement equipment, in particular to electrotensometry, and may be used to convert signals of remote single strain gauges with various nominal resistances in multipoint measurement systems. According to invention, converter comprises source of reference voltage, operational amplifier with insulated supply, operational amplifier related to common bus, set of reference resistors and switchboard for two directions and number of changeovers equal to number of reference resistors. Operational amplifiers with their inlets are connected to sign-alternating current terminals of converter. Switching contacts of switchboard are connected accordingly to non-inverse inlet and common outlet of operational amplifier with insulated supply, contacts of all switchboard changeovers are accordingly joined and connected to other outlets of reference resistors. Versions of converter design are suggested.

EFFECT: increased accuracy and stability of converter in its operation with remote strain gauges in multipoint measurement systems.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к электротензометрии, и предназначено для использования в качестве преобразователя сигналов удаленных одиночных четырехпроводных тензорезисторов с различными номинальными сопротивлениями в многоточечных измерительных системах для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrotensometry, and is intended for use as a signal converter of remote single four-wire strain gauges with different nominal resistances in multi-point measuring systems for analyzing the stress-strain state of structures.

Известен преобразователь с источником питания, подключенным к питающей диагонали моста, выходной сигнал с которого снимают с выходной диагонали моста, в одно плечо которого включен одиночный тензорезистор (Хорна О. Тензометрические мосты. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1962, рис.1 - стр.13). Однако сопротивление соединительных проводов и их вариации вносят существенные погрешности в результат преобразования. Например, при проведении полевых (натурных) экспериментов длина соединительных измерительных линий, связывающих датчики с измерительным оборудованием, достигает 200 м и более [Глаговский Б.А., Пивен И.Д. Электротензометры сопротивления. - Л.: Энергия, 1972, стр.59]. Многоточечные измерительные системы для переключения тензорезисторов имеют на входе коммутаторы. которые по переходному сопротивлению вносят дополнительные погрешности преобразования. Применение многопроводных схем включения тензорезистора в мост устраняет влияние начальных сопротивлений проводов и коммутирующих элементов (М.Л.Дайчик, Н.И.Пригоровский, Г.Х.Хуршудов. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник Основы проектирования машин - М.: Машиностроение, 1989, стр.51, рис.6), но остаются погрешности из-за неидентичности их сопротивлений и их девиаций (например, температурных). Кроме того, такие преобразователи имеют существенную нелинейную зависимость от деформации [там же, стр.52], к тому же не могут быть использованы для различных номинальных сопротивлений тензорезисторов.A known converter with a power source connected to the supply diagonal of the bridge, the output signal from which is removed from the output diagonal of the bridge, in one shoulder of which a single strain gauge is connected (Horna O. Strain gages. - M. - L .: Gosenergoizdat, 1962, Fig. 1 - p. 13). However, the resistance of the connecting wires and their variations introduce significant errors in the conversion result. For example, when conducting field (field) experiments, the length of the connecting measuring lines connecting the sensors to the measuring equipment reaches 200 m or more [Glagovsky B.A., Piven I.D. Resistance electrotensometers. - L .: Energy, 1972, p. 59]. Multipoint measuring systems for switching strain gages have commutators at the input. which, with respect to transient resistance, introduce additional conversion errors. The use of multi-wire circuits for connecting a strain gauge to a bridge eliminates the influence of the initial resistances of wires and switching elements (M.L.Daychik, N.I. Prigorovsky, G.Kh. Khurshudov. Methods and means of full-scale strain gauge measurement: Reference for the Basics of Designing Machines - M .: Mechanical Engineering, 1989, p. 51, fig. 6), but errors remain due to the non-identity of their resistances and their deviations (for example, temperature). In addition, such converters have a significant nonlinear dependence on deformation [ibid., P. 52]; moreover, they cannot be used for various nominal resistance of strain gauges.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является преобразователь, состоящий из операционного усилителя с изолированным питанием, двух разнополярных источников одинакового опорного напряжения и опорного резистора (Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. Изд-во «Советское радио», 1971, стр.247, рис.4.21б). Один источник опорного напряжения подключен к инверсному входу операционного усилителя, неинверсный вход и общий вывод которого соединен с одним выводом опорного резистора, подключенного другим выводом к общей шине устройства. Сопротивление опорного резистора равно номинальному сопротивлению используемого тензорезистора. Тензорезистор включен между общей шиной устройства и выходом операционного усилителя. Выходной сигнал (напряжение) преобразователя образуется между выходами операционного усилителя и второго источника опорного напряжения. Такой преобразователь обладает малыми погрешностями. Выходной сигнал равен:The closest in technical essence and the achieved effect is a converter consisting of an operational amplifier with isolated power supply, two sources of the same reference voltage and a reference resistor (Volgin LI Linear electrical converters for measuring instruments and systems. Publishing House "Soviet Radio" , 1971, p. 247, Fig. 4.21b). One reference voltage source is connected to the inverse input of the operational amplifier, a non-inverse input and a common terminal of which is connected to one output of the reference resistor connected by another terminal to the device common bus. The resistance of the reference resistor is equal to the nominal resistance of the strain gauge used. A strain gauge is connected between the common bus of the device and the output of the operational amplifier. The output signal (voltage) of the converter is formed between the outputs of the operational amplifier and the second reference voltage source. Such a converter has small errors. The output signal is:

или

,

or

,

где E - напряжение источников опорного напряжения, R - сопротивление тензорезистора, R0 - сопротивление опорного резистора (номинальное сопротивление тензорезистора), ΔR - полезное (преобразуемое) приращение тензорезистора.where E is the voltage of the reference voltage sources, R is the resistance of the strain gauge, R0 is the resistance of the reference resistor (nominal resistance of the strain gauge), ΔR is the useful (convertible) increment of the strain gauge.

С другой стороны: U=E·S·ε, т.к.

,On the other hand: U = E · S · ε, because

,

где ε - относительная деформация и S - чувствительность тензорезистора (Клокова Н.П., Лукашик В.Ф., Воробьева Л.М., Волчек А.В. Тензодатчики для экспериментальных исследований. - М.: Машиностроение. 1972, стр.7, формула 3). Т.е. выходной сигнал преобразователи пропорционален деформации, однако имеет значительную синфазную составляющую относительно общей шины, что отрицательно сказывается на точности и стабильности преобразования, а с точки зрения агрегатирования - на построение всего измерительного оборудования в целом. Кроме того, один провод (соединения тензорезистора с общей шиной устройства) вносит дополнительные погрешности. При этом такой преобразователь может работать с тензорезисторами только одного номинального сопротивления.where ε is the relative deformation and S is the sensitivity of the strain gauge (Klokova N.P., Lukashik V.F., Vorobyeva L.M., Volchek A.V. Strain gages for experimental studies. - M.: Mechanical Engineering. 1972, p. 7 , formula 3). Those. the output signal of the converters is proportional to the deformation, however, it has a significant in-phase component relative to the common bus, which negatively affects the accuracy and stability of the conversion, and from the point of view of aggregation, the construction of the entire measuring equipment as a whole. In addition, one wire (the connection of the strain gauge with the common device bus) introduces additional errors. Moreover, such a converter can work with strain gages of only one nominal resistance.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных и метрологических возможностей преобразователя.The objective of the present invention is to expand the functional and metrological capabilities of the Converter.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности преобразования сигналов одиночных тензорезисторов с различными номинальными сопротивлениями и повышение точности и стабильности при работе с удаленными тензорезисторами в многоточечных измерительных системах.The technical result of the invention is the ability to convert signals from single strain gauges with different nominal resistances and increase accuracy and stability when working with remote strain gauges in multi-point measuring systems.

С этой целью предлагаются четыре варианта устройств одинакового назначения, обеспечивающих получение одного и того же технического результата.To this end, four variants of devices of the same purpose are offered, providing the same technical result.

В первом варианте технический результат достигается тем, что в преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов, содержащий операционный усилитель с изолированным питанием, опорный резистор и источник опорного напряжения, выход операционного усилителя с изолированным питанием подключен к одной клемме преобразователя, одни выводы опорного резистора и источника опорного напряжения подключены к общей шине преобразователя, другой вывод источника опорного напряжения подключен к инверсному входу операционного усилителя с изолированным питанием, введены второй операционный усилитель, дополнительные опорные резисторы и коммутатор на два направления и число переключений, равное числу опорных резисторов, одни выводы дополнительных опорных резисторов подключены к общей шине преобразователя, выход второго операционного усилителя образует вторую клемму преобразователя, инверсный вход второго операционного усилителя образует третью клемму преобразователя, а неинверсный вход соединен с инверсным входом операционного усилителя с изолированным питанием, один переключающий контакт коммутатора соединен с неинверсным входом операционного усилителя с изолированным питанием, а другой - с общим выводом операционного усилителя с изолированным питанием, одноименные контакты переключений обоих направлений коммутатора соответственно объединены и подключены к другим выводам опорных резисторов.In the first embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one conclusions of the reference resistor and the reference voltage source are connected to the common bus of the converter, the other output of the reference voltage source is connected to the inverse input of the operational amplifier with isolated power supply, a second operational amplifier, additional reference resistors and a two-way switch are introduced and the number of switching operations equal to the number of reference resistors, some outputs of the additional reference resistors are connected to the converter common bus, the output of the second operational amplifier forms the second converter terminal, the inverse input of the second operational amplifier forms the third terminal of the converter, and a non-inverse input is connected to the inverse input of an operational amplifier with isolated power supply, one switch The switching contact of the switch is connected to the non-inverse input of the operational amplifier with isolated power, and the other is connected to the common output of the operational amplifier with isolated power, the switching contacts of the same direction in both directions of the switch are respectively combined and connected to other terminals of the reference resistors.

Во втором варианте технический результат достигается тем, что в преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов, содержащий операционный усилитель с изолированным питанием, опорный резистор и источник опорного напряжения, выход операционного усилителя с изолированным питанием подключен к одной клемме преобразователя, одни выводы опорного резистора и источника опорного напряжения подключены к общей шине преобразователя, другой вывод источника опорного напряжения подключен к инверсному входу операционного усилителя с изолированным питанием, введены второй операционный усилитель, дополнительные опорные резисторы и коммутатор на два направления и число переключений, равное числу опорных резисторов, одни выводы дополнительных опорных резисторов подключены к общей шине преобразователя, выход второго операционного усилителя образует вторую клемму преобразователя, инверсный вход второго операционного усилителя образует третью клемму преобразователя, а неинверсный вход второго операционного усилителя и один переключающий контакт коммутатора соединен с неинверсным входом операционного усилителя с изолированным питанием, а другой переключающий контакт коммутатора соединен с общим выводом операционного усилителя с изолированным питанием, одноименные контакты переключений обоих направлений коммутатора соответственно объединены и подключены к другим выводам опорных резисторов.In the second embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one conclusions of the reference resistor and the reference voltage source are connected to the common bus of the converter, the other output of the reference voltage source is connected to the inverse input of the operational amplifier from the isolator power supply, a second operational amplifier, additional reference resistors and a two-way switch are introduced and the number of switching operations equal to the number of reference resistors, some outputs of additional reference resistors are connected to the converter common bus, the output of the second operational amplifier forms the second converter terminal, the inverse input of the second operational amplifier forms the third terminal of the converter, and the non-inverse input of the second operational amplifier and one switching contact of the switch is connected to non-in rsnym input operational amplifier with an insulated power and the other changeover switch contact connected to the common terminal of the operational amplifier with an insulated power, the same name switching contacts of both switch directions respectively combined and connected to the other terminals of reference resistor.

В третьем варианте технический результат достигается тем, что в преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов, содержащий операционный усилитель с изолированным питанием, опорный резистор и источник опорного напряжения, выход операционного усилителя с изолированным питанием подключен к одной клемме преобразователя, одни выводы опорного резистора и источника опорного напряжения подключены к общей шине преобразователя, введены второй операционный усилитель, дополнительные опорные резисторы и коммутатор на два направления и число переключений, равное числу опорных резисторов, одни выводы дополнительных опорных резисторов подключены к общей шине преобразователя, выход второго операционного усилителя образует вторую клемму преобразователя, инверсные входы операционных усилителей объединены и образуют третью клемму преобразователя, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с другим выводом источника опорного напряжения, один переключающий контакт коммутатора соединен с неинверсным входом операционного усилителя с изолированным питанием, а другой - с общим выводом операционного усилителя с изолированным питанием, одноименные контакты переключений обоих направлений коммутатора соответственно объединены и подключены к другим выводам опорных резисторов.In the third embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one terminal of the reference resistor and a reference voltage source are connected to the common bus of the converter, a second operational amplifier, additional reference resistors and a two-way switch are introduced, and The number of switching resistors is equal to the number of reference resistors, some conclusions of additional reference resistors are connected to the common bus of the converter, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse inputs of the operational amplifiers are combined and form the third terminal of the converter, the non-inverse input of the second operational amplifier is connected to the other output of the reference source voltage, one switching contact of the switch is connected to a non-inverse input of an operational amplifier with isolated power, and the other with the common output of an operational amplifier with isolated power supply, the switching contacts of the same name in both directions of the switch are respectively combined and connected to other terminals of the reference resistors.

В четвертом варианте технический результат достигается тем, что в преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов, содержащий операционный усилитель с изолированным питанием, опорный резистор и источник опорного напряжения, выход операционного усилителя с изолированным питанием подключен к одной клемме преобразователя, одни выводы опорного резистора и источника опорного напряжения подключены к общей шине преобразователя, введены второй операционный усилитель, дополнительные опорные резисторы и коммутатор на два направления и число переключений, равное числу опорных резисторов, одни выводы дополнительных опорных резисторов подключены к общей шине преобразователя, выход второго операционного усилителя образует вторую клемму преобразователя, инверсный вход операционного усилителя с изолированным питанием образует третью клемму преобразователя, неинверсный вход второго операционного усилителя соединен с другим выводом источника опорного напряжения, инверсный вход второго операционного усилителя и один переключающий контакт коммутатора соединен с неинверсным входом операционного усилителя с изолированным питанием, а другой - с общим выводом операционного усилителя с изолированным питанием, одноименные контакты переключений обоих направлений коммутатора соответственно объединены и подключены к другим выводам опорных резисторов.In the fourth embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one terminals of the reference resistor and the reference voltage source are connected to the common bus of the converter, a second operational amplifier, additional reference resistors and a two-way switch are introduced and The switching number is equal to the number of reference resistors, some conclusions of additional reference resistors are connected to the common bus of the converter, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse input of the operational amplifier with isolated power forms the third terminal of the converter, the non-inverse input of the second operational amplifier is connected to the other output of the source reference voltage, the inverse input of the second operational amplifier and one switching contact of the switch is connected to non With the input of the operational amplifier with isolated power supply, and the other with the common output of the operational amplifier with isolated power, the switching contacts of the same direction in both directions of the switch are respectively combined and connected to other terminals of the reference resistors.

Проведенные патентные исследования не выявили идентичных и сходных технических решений. Предлагаемый преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов, может быть изготовлен в промышленных масштабах и пригоден для определение деформаций, напряжений, перемещений и усилий, вызываемых силовыми нагрузками, измерительными системами, способными измерять сигналы с различных тензорезисторных датчиков, представляющих собой одиночные тензорезисторы Заявляемое устройство успешно прошло испытания. Совокупность существенных признаков заявляемого устройства не следует явным образом из изученного уровня техники, имеет существенные отличия от рассмотренных аналогов. Поэтому заявитель считает, что заявляемое устройство соответствует критерию «новизна» и имеет изобретательский уровень.Conducted patent research did not reveal identical and similar technical solutions. The proposed signal converter of single strain gages can be manufactured on an industrial scale and is suitable for determining deformations, stresses, displacements and forces caused by power loads, measuring systems capable of measuring signals from various strain gages, which are single strain gages, The inventive device has successfully passed the test. The set of essential features of the claimed device does not follow explicitly from the studied prior art, has significant differences from the considered analogues. Therefore, the applicant believes that the claimed device meets the criterion of "novelty" and has an inventive step.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана схема первого варианта выполнения преобразователя, на фиг.2 - схема второго варианта выполнения преобразователя, на фиг.3 - схема третьего варианта выполнения преобразователя, на фиг.4 - схема четвертого варианта выполнения преобразователя.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a diagram of a first embodiment of a converter, figure 2 is a diagram of a second embodiment of a converter, figure 3 is a diagram of a third embodiment of a converter, figure 4 is a diagram of a fourth embodiment of a converter.

На чертежах обозначены: операционный усилитель 1 с изолированным питанием, опорные резисторы 2, источник 3 опорного напряжения, одна клемма 4 преобразователя, второй операционный усилитель 5, коммутатор 6 на два направления и число переключений, равное числу опорных резисторов 2, вторая клемма 7, третья клемма 8 преобразователя, один переключающий контакт 9, другой переключающий контакт 10 коммутатора 6, соответственно объединенные одноименные контакты 11 и 12 переключений коммутатора 6, точка 13 съема выходного сигнала преобразователя. Позицией 14 отмечен тензорезистор, контролируемый преобразователем, а позицией 15 - общая шина преобразователя. Так как операционные усилители показаны на чертежах стандартным образом, их выходы, инверсные и неинверсные входы не обозначены, чтобы не перегружать чертеж, так как, по мнению заявителя, это не затрудняет понимание и реализацию технического решения.The drawings indicate: operational amplifier 1 with isolated power supply, reference resistors 2, reference voltage source 3, one terminal 4 of the converter, second operational amplifier 5, switch 6 in two directions and the number of switches equal to the number of reference resistors 2, second terminal 7, third converter terminal 8, one switching contact 9, another switching contact 10 of the switch 6, respectively, the combined switching contacts 11 and 12 of the same name 6, the output signal pick-up point 13 of the converter. Position 14 marks the strain gauge controlled by the converter, and position 15 marks the common bus of the converter. Since operational amplifiers are shown in the drawings in a standard way, their outputs, inverse and non-inverse inputs are not marked so as not to overload the drawing, since, according to the applicant, this does not complicate the understanding and implementation of the technical solution.

Во всех вариантах предложение реализуется следующим образом: клемму 4 преобразователя подключают через подсоединительный провод к одному выводу тензорезистора 14. К этому же выводу (точка 13) и общей шине 15 преобразователя подключают измерительный прибор для съема выходного сигнала, клеммы 7 и 8 преобразователя через другие подсоединитнельные провода присоединяют к другому выводу тензорезистора 14. Коммутатор 6 устанавливают в положение, при котором номинал подключенного опорного резистора 2 равен номиналу тензорезистора 14.In all cases, the proposal is implemented as follows: the terminal 4 of the converter is connected through a connecting wire to one terminal of the strain gauge 14. To the same terminal (point 13) and the common bus 15 of the converter, a measuring device is connected to pick up the output signal, terminals 7 and 8 of the converter through other connecting the wires are connected to another terminal of the strain gauge 14. The switch 6 is set to a position in which the value of the connected reference resistor 2 is equal to the value of the strain gauge 14.

Потенциалы на входах операционных усилителей 1 и 5 и подключенного коммутатором 6 опорного резистора 2 равны напряжению источника 3 опорного напряжения, так как в первом варианте напряжение источника 3 опорного напряжения поступает на инверсный вход операционного усилителя 1 и неинверсный вход операционного усилителя 5 непосредственно, а потенциалы на неинверсном входе операционного усилителя 1 и инверсном входе операционного усилителя 5 также практически равны напряжению источника 3 (из-за наличия отрицательной обратной связи этих операционных усилителей). Во втором варианте напряжение источника 3 поступает непосредственно на инверсный вход операционного усилителя 1, потенциал на объединенных неинверсных входах операционных усилителей 1 и 5 практически равны напряжению источника 3 (также из-за наличия отрицательной обратной связи этих операционных усилителей), и далее потенциал на инверсном входе операционного усилителя 5 аналогично также равен напряжению источника 3. В третьем варианте напряжение источника 3 опорного напряжения поступает непосредственно на неинверсный вход операционного усилителя 5, потенциал на объединенных инверсных входах операционных усилителей 1 и 5 практически равны напряжению Е (также из-за наличия глубокой отрицательной обратной связи этих операционных усилителей), и далее потенциал на неинверсном входе операционного усилителя 1 аналогично также равен напряжению источника 3. В четвертом варианте напряжение источника 3 опорного напряжения поступает непосредственно на неинверсный вход операционного усилителя 5; потенциал на объединенных инверсном входе операционного усилителя 5 и неинверсном входе операционного усилителя 1 практически равны напряжению источника 3 (из-за наличия отрицательной обратной связи этих операционных усилителей), и далее потенциал на инверсном входе операционного усилителя 1 также равен напряжению Е. Потенциал на подключенном коммутатором 6 опорном резисторе 2 также равен напряжению источника 3, поскольку этот резистор 2 в каждом предлагаемом варианте схемы соединен с неинверсным (находящимся под потенциалом источника 3) входом операционного усилителя 1 через коммутатор 6.The potentials at the inputs of the operational amplifiers 1 and 5 and the reference resistor 2 connected by the switch 6 are equal to the voltage of the reference voltage source 3, since in the first embodiment, the voltage of the reference voltage source 3 is supplied to the inverse input of the operational amplifier 1 and the non-inverse input of the operational amplifier 5 directly, and the potentials to the non-inverse input of the operational amplifier 1 and the inverse input of the operational amplifier 5 are also almost equal to the voltage of the source 3 (due to the negative feedback of these amplifiers). In the second embodiment, the voltage of source 3 goes directly to the inverse input of the operational amplifier 1, the potential at the combined non-inverse inputs of the operational amplifiers 1 and 5 are almost equal to the voltage of the source 3 (also due to the negative feedback of these operational amplifiers), and then the potential at the inverse input the operational amplifier 5 is likewise also equal to the voltage of the source 3. In the third embodiment, the voltage of the source 3 of the reference voltage is supplied directly to the non-inverse input of the operational about amplifier 5, the potential at the combined inverse inputs of the operational amplifiers 1 and 5 is almost equal to the voltage E (also due to the presence of deep negative feedback from these operational amplifiers), and then the potential at the non-inverse input of the operational amplifier 1 is similarly equal to the voltage of source 3. V in the fourth embodiment, the voltage of the reference voltage source 3 is supplied directly to the non-inverse input of the operational amplifier 5; the potential at the combined inverse input of the operational amplifier 5 and the non-inverse input of the operational amplifier 1 are almost equal to the voltage of the source 3 (due to the negative feedback of these operational amplifiers), and then the potential at the inverse input of the operational amplifier 1 is also equal to the voltage E. The potential on the connected switch 6, the reference resistor 2 is also equal to the voltage of the source 3, since this resistor 2 in each proposed version of the circuit is connected to a non-inverse (under the potential of the source 3) the input of the operational amplifier 1 through the switch 6.

Использование коммутатора 6 на два направления позволяет исключить влияние на точность измерения падения напряжения на внутреннем переходном сопротивлении самого коммутатора 6.The use of the switch 6 in two directions eliminates the influence on the accuracy of measuring the voltage drop on the internal transient resistance of the switch 6 itself.

Т.к. потенциал на опорном резисторе 2 равен напряжению источника 3, ток через него (и по всей указанной цепи) будет равен:Because the potential at the reference resistor 2 is equal to the voltage of the source 3, the current through it (and throughout the specified circuit) will be equal to:

и, протекая через тензорезистор 14, создает на нем падение напряжения:and, flowing through the strain gauge 14, creates a voltage drop on it:

Ur=IR или

.Ur = IR or

.

Вывод тензорезисторе 14, подключенный к выходу операционного усилителя 5, находится под потенциалом источника 3, т.к. связан проводом, на котором нет падения напряжения, с одним из входов, находящихся под потенциалом источника 3 операционных усилителей 1 и 5.The output of the strain gauge 14 connected to the output of the operational amplifier 5 is under the potential of the source 3, because connected by a wire on which there is no voltage drop, with one of the inputs under the potential of the source 3 of operational amplifiers 1 and 5.

Следовательно, с учетом падения напряжения сигнал (полезный) на другом выводе тензорезистора 1 будет равен;Therefore, taking into account the voltage drop, the signal (useful) at the other terminal of the strain gauge 1 will be equal to;

,

или U=E·S·ε, т.к.

,or U = E · S · ε, because

,

где Е - напряжение источника 3 опорного напряжения;where E is the voltage of the source 3 of the reference voltage;

Ri - сопротивление опорного резистора 2;Ri is the resistance of the reference resistor 2;

R - сопротивление тензорезистора 14;R is the resistance of the strain gauge 14;

S - чувствительность тензорезистора 14;S is the sensitivity of the strain gauge 14;

ε - относительная деформация тензорезистора 14;ε is the relative deformation of the strain gauge 14;

U - выходной сигнал;U is the output signal;

ES - чувствительность преобразователя.ES is the sensitivity of the converter.

Заметим, что при равенстве номиналов опорного резистора 2 и тензорезистора 14 чувствительность ES преобразователя относительно деформации ε сохраняется постоянной. Это позволяет не менять коэффициент усиления используемого далее усилителя полезного сигнала, что упрощает использование и увеличивает надежность и стабильность всего измерительного оборудования в целом.Note that when the values of the reference resistor 2 and the strain gauge 14 are equal, the sensitivity of the ES transducer with respect to the strain ε remains constant. This allows you to not change the gain of the useful signal amplifier used next, which simplifies the use and increases the reliability and stability of the entire measuring equipment as a whole.

Следует заметить, что выходной провод (точка 13) не принадлежит собственно преобразователю, т.к. не участвует в процессе выработки полезного сигнала, а лишь снимает (выводит) его - полезный сигнал уже сформирован на соответствующем выводе тензорезистора 14. Этот провод даже может быть отведен не в сторону расположения преобразователя, а совсем в другую. Его наличие или отсутствие не влияет на формирование положительного эффекта. К полезным характеристикам заявляемого технического решения следует отнести также простоту автоматизации переключения номиналов тензорезисторов преобразователя выполнением коммутатора 6 на базе электронных КМОП-схем с управляющим входом.It should be noted that the output wire (point 13) does not belong to the converter itself, because does not participate in the process of generating a useful signal, but only removes (outputs) it - a useful signal has already been generated on the corresponding output of the strain gauge 14. This wire can even be tapped not to the side of the transducer, but to a completely different one. Its presence or absence does not affect the formation of a positive effect. The useful characteristics of the proposed technical solution should also include the simplicity of automating the switching of the strain gauge ratings of the converter by making switch 6 based on electronic CMOS circuits with a control input.

Claims

1. The signal Converter single strain gages containing an operational amplifier with isolated power, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power is connected to one terminal of the converter, one terminal of the reference resistor and the reference voltage source is connected to a common converter bus, another source terminal the reference voltage is connected to the inverse input of an operational amplifier with isolated power, characterized in that a second opera an amplifier, additional reference resistors and a two-way switch and the number of switching operations equal to the number of reference resistors, some outputs of the additional reference resistors are connected to the converter common bus, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse input of the second operational amplifier forms the third terminal of the converter, and a non-inverse input is connected to the inverse input of an operational amplifier with isolated power supply, one switching contact of the switch is connected with a non-inverse input of an operational amplifier with isolated power, and the other with a common output of an operational amplifier with isolated power, the same switching contacts of both directions of the switch are respectively combined and connected to other terminals of the reference resistors.

2. A signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one terminal of the reference resistor and a reference voltage source are connected to a common converter bus, another source terminal the reference voltage is connected to the inverse input of an operational amplifier with isolated power, characterized in that a second opera an amplifier, additional reference resistors and a two-way switch and the number of switching operations equal to the number of reference resistors, some outputs of the additional reference resistors are connected to the converter common bus, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse input of the second operational amplifier forms the third terminal of the converter, and the non-inverse input of the second operational amplifier and one switching contact of the switch are connected to the non-inverse input of the operational amplifier of Tell insulated power and the other changeover switch contact connected to the common terminal of the operational amplifier with an insulated power, the same name switching contacts of both switch directions respectively combined and connected to the other terminals of reference resistor.

3. The signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one terminal of the reference resistor and a reference voltage source are connected to a common converter bus, characterized in that that a second operational amplifier, additional supporting resistors and a two-way switch and a number of switching equal to resistors, some conclusions of additional reference resistors are connected to the common bus of the converter, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse inputs of the operational amplifiers are combined and form the third terminal of the converter, the non-inverse input of the second operational amplifier is connected to the other output of the reference voltage source, one switching contact switch connected to a non-inverse input of an operational amplifier with isolated power, and the other with a common output operation nnogo insulated power amplifier, the switching contacts of the same name in both directions commutator respectively combined and connected to the other terminals of reference resistor.

4. The signal converter of single strain gages containing an operational amplifier with isolated power supply, a reference resistor and a reference voltage source, the output of an operational amplifier with isolated power supply is connected to one terminal of the converter, one terminal of the reference resistor and a reference voltage source are connected to a common converter bus, characterized in that that a second operational amplifier, additional supporting resistors and a two-way switch and a number of switching equal to resistors, some pins of additional reference resistors are connected to the common bus of the converter, the output of the second operational amplifier forms the second terminal of the converter, the inverse input of the operational amplifier with isolated power forms the third terminal of the converter, the non-inverse input of the second operational amplifier is connected to the other output of the reference voltage source, inverse input a second operational amplifier and one switching contact of the switch are connected to a non-inverse input of the operational amplifier For isolated power supply, and the other with the common output of an operational amplifier with isolated power supply, the switching contacts of the same direction in both directions of the switch are respectively combined and connected to other terminals of the reference resistors.