RU2396705C1 - Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста - Google Patents
Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста Download PDFInfo
- Publication number
- RU2396705C1 RU2396705C1 RU2009129559/09A RU2009129559A RU2396705C1 RU 2396705 C1 RU2396705 C1 RU 2396705C1 RU 2009129559/09 A RU2009129559/09 A RU 2009129559/09A RU 2009129559 A RU2009129559 A RU 2009129559A RU 2396705 C1 RU2396705 C1 RU 2396705C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- integrator
- strain
- output
- input
- bridge
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста относится к области измерительной техники и предназначен для измерения давления в условиях длинных соединительных кабельных линий. Техническим результатом является повышение точности преобразования сигнала разбаланса тензомоста датчика за счет уменьшения влияния сопротивления интегратора Rи. Интегратор включает в себя выходное сопротивление тензометрического моста и сопротивление кабельной линии, а также уменьшения температуры разогрева тензорезисторов от токопрохождения на выходной сигнал. Частотный преобразователь сигнала тензомоста, состоящий из тензомоста датчика, интегратора, выполненного на операционном усилителе с первым конденсатором в цепи отрицательной обратной связи и резистором, соединенным с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к одной из вершин диагонали питания тензомоста, вход интегратора соединен с одной из вершин измерительной диагонали тензомоста, а ее другая вершина подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора и второму входу компаратора, отличающийся тем, что второй конденсатор включен между выходом компаратора и входом интегратора, а вторая вершина диагонали питания тензомоста соединена с шиной «земля» через дополнительный резистор. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как в системах автоматического контроля, так и в цифровых приборах специального и универсального назначения.
Известен преобразователь сигнала разбаланса тензомоста в частоту, содержащий последовательно соединенные интегратор, компаратор и усилитель-ограничитель с трансформаторным выходом, причем одна из обмоток трансформатора подключена к диагонали питания тензомоста, а другая - к второму входу компаратора [1].
Недостатком данного устройства является пониженная точность и наличие трансформатора, затрудняющего выполнение устройства в интегральном исполнении.
Известен преобразователь сигнала разбаланса тензомоста в частоту, содержащий тензомост, компаратор, выход которого подключен к диагонали питания тензомоста, и интегратор, выполненный на операционном усилителе с первым конденсатором в цепи отрицательной обратной связи, выход которого подключен к первому входу компаратора, между выходом компаратора и инвертирующим входом операционного усилителя интегратора включен второй конденсатор, вход интегратора соединен с одной из вершин измерительной диагонали тензомоста, а ее другая вершина подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора и второму входу компаратора [2].
На фиг.1 представлена функциональная электрическая схема преобразователя.
Преобразователь содержит тензомост 7, интегратор 2 на операционном усилителе 3 с конденсатором 4 в цепи отрицательной обратной связи, компаратор 5, выход которого подключен к диагонали питания тензомоста 1 и через конденсатор 6 соединен с инвертирующим входом усилителя 3, первый вход подключен к выходу интегратора 2, а второй вход - к одной из вершин измерительной диагонали тензомоста 7 и к неинвертирующему входу усилителя 3. Другая вершина измерительной диагонали моста 1 подключена к входу интегратора 2. Выходная частота данного преобразователя определяется по формуле
где εR - относительное изменение сопротивлений тензомоста от воздействия измеряемого давления; Rи - сопротивление интегратора 2, которое включает в себя выходное сопротивление тензометрического моста 1 и сопротивление кабельной линии; С6 - емкость конденсатора 6.
Как видно из формулы (1), сопротивление интегратора Rи, включающее в себя выходное сопротивление тензометрического моста и сопротивление кабельной линии, входят в функцию преобразования и определяют частоту выходного сигнала преобразователя, а их изменение увеличивает погрешность измерения преобразователя.
Однако формула (1) справедлива для данного устройства в случае, когда рабочая температура тензомоста не претерпевает значительных изменений.
В реальных условиях эксплуатации датчиков (давления, силы и др. механических величин) при длительном и непрерывном времени работы и недостаточном отводе тепла рабочая температура тензомоста может изменяться за счет разогрева при протекании тока через тензорезисторы и тогда, с изменением температуры, сопротивление тензорезисторов, включенных по мостовой схеме, и сопротивление тензометрического моста в целом будет изменяться пропорционально температуре в соответствии со значением температурного коэффициента сопротивления, который, к примеру, для металлопленочных тензорезисторов имеет величину порядка 3·10-3 %/10°С. При этом напряжение разбаланса с выхода измерительной диагонали тензометрического моста будет равно не εU0, a где - относительное изменение сопротивления тензометрического моста при изменении температуры.
Тогда формула (1) преобразуется к виду:
Как видно из выражения (2), частота выходного сигнала преобразователя с увеличением температуры будет уменьшаться. Относительная температурная погрешность при этом может достигать 2% и более.
Таким образом, недостатком прототипа является низкая точность при изменении сопротивлений кабельной линии и суммирующего сопротивления интегратора, а также при изменении сопротивлений тензорезисторов с изменением температуры разогрева тензомоста.
Техническим решением изобретения является повышение точности преобразования сигнала разбаланса тензомоста датчика за счет уменьшения влияния сопротивления интегратора Rи, включающего в себя выходное сопротивление тензометрического моста и сопротивление кабельной линии, а также уменьшения температуры разогрева тензорезисторов на выходной сигнал.
Это достигается тем, что в известном частотном преобразователе сигнала тензомоста, состоящем из тензомоста датчика, интегратора, выполненного на операционном усилителе с первым конденсатором в цепи отрицательной обратной связи и резистором, соединенным с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к одной из вершин диагонали питания тензомоста, вход интегратора соединен с одной из вершин измерительной диагонали тензомоста, а ее другая вершина подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора и второму входу компаратора, второй конденсатор включен между выходом компаратора и входом интегратора, а вторая вершина диагонали питания тензомоста соединена с шиной «земля» через дополнительный резистор.
На фиг.2 представлена функциональная электрическая схема частотного преобразователя сигнала.
Преобразователь содержит тензомост 1 датчика, интегратор 2, выполненный на операционном усилителе 3 с первым конденсатором 4 в цепи отрицательной обратной связи, компаратор 5, первый вход которого подключен к выходу интегратора 2, выход - к одной из вершин диагонали питания тензомоста 1, а второй вход соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя 3 интегратора 2 и с одной из вершин измерительной диагонали тензомоста 1, другая вершина которой подключена к входу интегратора 2. Второй конденсатор 6 включен между выходом компаратора 5 и входом интегратора 2, а вторая вершина диагонали питания тензомоста 1 соединена с шиной «земля» через дополнительный резистор 7.
Преобразователь работает следующим образом.
В установившемся режиме работы устройства с выхода преобразователя следуют разнополярные импульсы амплитудой ±U0. Пусть в момент времени t1 произошла смена полярности выходного напряжения с -U0 на +U0. При этом напряжение в точке "а" схемы будет изменяться по закону
где - относительное изменение сопротивления резисторов при разбалансе тензомоста; - отношение сопротивлений дополнительного резистора 7 и тензомоста 1; - эквивалентное сопротивление разряда конденсатора 6, учитывающее параллельное соединение сопротивлений плеч тензомоста 1 и добавленного резистора 7.
В то же время в точке "б" напряжение равно
то есть напряжение разбаланса тензометрического моста Uε(t) изменяется по закону
где τд=СдRэкв. Таким образом, напряжение Uε(t) в начальный момент времени имеет положительное значение и по мере заряда конденсатора Сд стремится к отрицательному значению Следовательно, в результате интегрирования Uε(t) напряжение на емкости интегратора будет сначала скачкообразно возрастать, а затем экспоненциально убывать. Математически изменение напряжения на выходе интегратора Uи описывается выражением
где Rи и Си - сопротивление и емкость интегратора соответственно. В результате период следования выходных импульсов определяется как решение уравнения
или
Поскольку τд выбирается из условия
где T - период следования импульсов, из выражения (8) следует
При малых относительных изменениях сопротивлений тензомоста в результате разбаланса от измеряемого давления методической погрешностью от нелинейности второго порядка малости можно пренебречь и тогда выражение (10) примет вид
Выражение (11) не учитывает температурные изменения сопротивлений тензомоста, вызванные протеканием тока через тензорезисторы. С введением в выражение (11) температурного коэффициента сопротивления тензорезисторов в мостовой схеме и тензомоста в целом, равного где T - температура разогрева тензомоста, получим
Изменение сопротивления тензомоста ΔR(T) пропорционально связано с потребляемой мощностью тензорезисторов, которая в свою очередь зависит от номинала сопротивления и напряжения питания тензомоста (P=U2/R). При введении в схему преобразователя дополнительного резистора Rд, включенного последовательно в диагональ питания тензомоста, уменьшается падение напряжения на тензорезисторах в (1+n) раз, где n=Rд/R - отношение сопротивлений добавленного резистора и тензомоста, и следовательно, уменьшится потребляемая тензомостом мощность, приводящая к разогреву тензорезисторов, в (1+n)2 раз.
Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретения повышается точность преобразования сигнала разбаланса тензомоста датчика давления за счет уменьшения влияния сопротивления интегратора Rи, включающего в себя выходное сопротивление тензометрического моста и сопротивление кабельной линии, а также уменьшения температуры разогрева тензорезисторов от токопрохождения на выходной сигнал.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №363206, М.Кл. Н03К 13/20, 29.03.71.
2. Авторское свидетельство СССР №828406, М.Кл. Н03К 13/20. Опубл. 07.05.81. Бюл. №17.
Claims (1)
- Частотный преобразователь сигнала тензомоста, состоящий из тензомоста датчика, интегратора, выполненного на операционном усилителе с первым конденсатором в цепи отрицательной обратной связи и резистором, соединенным с инвертирующим входом операционного усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к одной из вершин диагонали питания тензомоста, вход интегратора соединен с одной из вершин измерительной диагонали тензомоста, а ее другая вершина подключена к неинвертирующему входу операционного усилителя интегратора и второму входу компаратора, отличающийся тем, что второй конденсатор включен между выходом компаратора и входом интегратора, а вторая вершина диагонали питания тензомоста соединена с шиной «земля» через дополнительный резистор.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009129559/09A RU2396705C1 (ru) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009129559/09A RU2396705C1 (ru) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2396705C1 true RU2396705C1 (ru) | 2010-08-10 |
Family
ID=42699224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009129559/09A RU2396705C1 (ru) | 2009-07-31 | 2009-07-31 | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2396705C1 (ru) |
-
2009
- 2009-07-31 RU RU2009129559/09A patent/RU2396705C1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101109662B (zh) | 一种热电阻温度测量电路 | |
JP5554686B2 (ja) | 電力量測定装置およびこれを用いた電力量計の校正方法 | |
CN103235189A (zh) | 一种基于双电流电压比率法的微电阻高精度测量方法及实现该方法的测量系统 | |
RU2529598C1 (ru) | Электромагнитный расходомер и способ контроля измерения расхода текучих сред | |
CN201402145Y (zh) | 模拟传感器电路 | |
CN112229457B (zh) | 一种新型电磁流量计及其测量方法 | |
Narayanan et al. | A novel single-element inductance-to-digital converter with automatic offset eliminator | |
RU2408857C1 (ru) | Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом | |
RU2396705C1 (ru) | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста | |
KR101074599B1 (ko) | 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 | |
CN102759647B (zh) | 仪表用变换器 | |
RU2395060C1 (ru) | Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста с уменьшенной температурной погрешностью | |
RU2586084C1 (ru) | Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение | |
RU2398196C1 (ru) | Устройство для измерения давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом | |
Jain et al. | An efficient digitization scheme for resistive sensors interfaced through quarter bridge | |
CN102080994A (zh) | 应变桥电路的隔离测量技术 | |
RU2654905C1 (ru) | Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение | |
Schäck | Underestimated impact of measuring cables on high-precision carrier frequency amplifier results and compensation methods there for | |
Jain et al. | Self-balancing digitizer for resistive half-bridge | |
CN206670832U (zh) | 一种提升温度测量精准度的装置 | |
Hunasekattte | A Resistance-to-time convertor to enhance resistive sensitivity of embedded systems | |
RU2549255C1 (ru) | Цифровой измеритель температуры | |
RU2366965C1 (ru) | Полумостовой преобразователь приращения сопротивления в напряжение | |
JP5877262B1 (ja) | 電磁流量計用キャリブレータ | |
CN219574243U (zh) | 一种铁路信号电缆高阻故障环阻精密测量电路 |