RU2469338C1 - Измерительное устройство - Google Patents
Измерительное устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469338C1 RU2469338C1 RU2011120282/28A RU2011120282A RU2469338C1 RU 2469338 C1 RU2469338 C1 RU 2469338C1 RU 2011120282/28 A RU2011120282/28 A RU 2011120282/28A RU 2011120282 A RU2011120282 A RU 2011120282A RU 2469338 C1 RU2469338 C1 RU 2469338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- adder
- amplifier
- strain gauge
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрических мостовых датчиков, подключенных к инструментальному усилителю и запитанных постоянным током. Техническим результатом является исключение аддитивных составляющих погрешностей, входящих в рабочий измерительный сигнал. Для этого измерительное устройство дополнено ключевым элементом, тремя коммутирующими устройствами, аналогово-цифровым преобразователем, устройством управления, регистром энергонезависимой памяти и сумматором. Переключение с режима определения величины аддитивной составляющей погрешности на штатный режим измерения производится устройством управления либо через заданный интервал изменения температуры, либо через заданный промежуток времени. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к разделу измерения неэлектрических величин электрическим способом. Оно может быть применено в устройствах, в которых используются тензометрические мостовые датчики и инструментальные усилители, запитанные однополярным постоянным током.
Характерным примером, аналогом предлагаемого устройства, является устройство, описанное в статье «Инструментальный усилитель AD8555: измерительные системы на мостовых тензодатчиках становятся проще и совершеннее», автор Реза Могими, журнал «Компоненты и технологии», №2, 2005 г. В этой статье приведен традиционный способ подключения мостовых тензометрических датчиков к измерительным усилителям. В качестве недостатков устройства указаны погрешности, возникающие при питании датчиков данного типа постоянным током, в том числе аддитивные погрешности в линиях связи тензометрического датчика с инструментальным усилителем, но не указаны пути их исключения.
В качестве другого аналога может служить описание инструментального усилителя типа AD8221 (eicom.ru/data_sheets/Analog/…/Ad8221/), где приведена схема его использования совместно с тензометрическим мостовым датчиком. В этом устройстве, как и в предыдущем аналоге, не приводятся средства снижения систематических аддитивных погрешностей в измерительном канале.
В приведенных аналогах применяется традиционная схема соединений мостовых датчиков и инструментальных усилителей, в которой мостовой датчик включается по четырехпроводной схеме, т.е. два провода подают напряжение питания на вершины диагонали питания мостового датчика, два других провода соединяют вершины измерительной диагонали мостового датчика с дифференциальным входом инструментального усилителя. При однополярном питании измерительных систем на корректирующий вход инструментального усилителя подается напряжение смещения нулевого уровня его выходного сигнала.
В качестве прототипа выбрана схема измерительного устройства, представленная в патенте US №4142405, МПК G01K 7/20, G01L 1/22. В этом патенте приведена схема, состоящая из тензометрического мостового датчика, инструментального усилителя и схемы активной компенсации, обеспечивающей подачу постоянного напряжения питания на вершину высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика от источника питания однополярным постоянным током.
Схема активной компенсации выполнена на базе операционного усилителя, соединенного выходом и инверсным входом с вершиной высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика, а прямым входом с источником питания однополярным постоянным током.
Недостатками предложенного прототипа является отсутствие технических возможностей исключения из полезного сигнала аддитивных погрешностей, возникающих от влияния температурных факторов на линии связи датчик-инструментальный усилитель. Одним из источников этих погрешностей, например, является термо-ЭДС, возникающая в местах соединения вершин измерительной диагонали тензометрического мостового датчика с проводами измерительных линий, а также дрейф инструментального усилителя, что снижает точность измерения.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении точности работы измерительных систем, использующих тензометрические мостовые датчики, за счет устранения аддитивных погрешностей посредством независимого измерения этих погрешностей, а затем вычитания их из общего результата измерения.
Достижение данного результата обеспечивается тем, что измерительное устройство, содержащее тензометрический мостовой датчик, инструментальный усилитель, схему активной компенсации, в которой операционный усилитель соединен прямым входом с источником питания однополярным постоянным током, вершина нулевого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика подключена к шине «земля», а вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика связаны с дифференциальным входом инструментального усилителя, подключенного к этому же источнику питания, корректирующий вход инструментального усилителя соединен с источником напряжения смещения нулевого уровня его выходного сигнала, дополнено ключевым элементом, тремя коммутирующими устройствами, аналогово-цифровым преобразователем, устройством управления, регистром энергонезависимой памяти и сумматором, при этом входы первого коммутирующего устройства соединены с выходом и инверсным входом операционного усилителя схемы активной компенсации, между которыми расположен ключевой элемент, соответствующие выходы первого коммутирующего устройства соединены с шиной "земля" и вершиной высокого потенциала диагонали питания мостового датчика, выход инструментального усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входами второго и третьего коммутирующих устройств, выход второго коммутирующего устройства соединен с входом регистра энергонезависимой памяти, выход которого связан с инверсным входом сумматора, прямой вход сумматора подключен к выходу третьего коммутирующего устройства, выход сумматора является выходом измерительного устройства, управляющие входы ключевого элемента и всех коммутирующих устройств соединены с выходом устройства управления, на входы устройства управления поступают сигналы от таймера Δτ либо от датчика температуры ΔT.
На фигуре показана структурная схема измерительного устройства:
1, 2, 3, 4 - тензорезисторы мостового датчика;
5 - первое коммутирующее устройство;
6 - ключевой элемент;
7 - операционный усилитель;
8 - инструментальный усилитель;
9 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
10 - устройство управления;
11, 12 - второе и третье коммутирующие устройства (мультиплексоры);
13 - сумматор;
14 - регистр энергонезависимой памяти.
Тензорезисторы 1, 2, 3, 4 образуют тензометрический мостовой датчик, у которого общая точка резисторов 1, 3 представляет вершину высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика, общая точка резисторов 2, 4 представляет вершину нулевого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика. Общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4 являются вершинами измерительной диагонали тензометрического мостового датчика. Вершина высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика соединена с первым и вторым выходами первого коммутирующего устройства 5. Третий выход устройства 5 соединен с шиной "земля". Входные контакты коммутирующего устройства 5 соединены с инверсным входом и выходом операционного усилителя 7. Прямой вход операционного усилителя 7 соединен с положительной клеммой источника питания Un. Между инверсным входом и выходом усилителя 7 расположен ключевой элемент 6. Операционный усилитель 7 с приведенными линиями связи, коммутирующим устройством 5 и ключевым элементом 6 представляют собой схему активной компенсации падения напряжения между источником питания и вершиной высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика.
Вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика (общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4) соединены с дифференциальным входом инструментального усилителя 8. Вход питания инструментального усилителя 8 соединен с источником питания однополярным постоянным током Un, а корректирующий вход инструментального усилителя 8 соединен с источником напряжения смещения нулевого уровня выходного сигнала Uсм, равного, например, половине напряжения питания тензометрического мостового датчика. Выход инструментального усилителя 8 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 9. Выход аналого-цифрового преобразователя 9 через второе и третье коммутирующие устройства 11 и 12 соединен с регистром энергонезависимой памяти 14 и прямым входом сумматора 13. Инверсный вход сумматора 13 соединен с выходом регистра 14. Выход сумматора 13 является выходом измерительного устройства.
Выход управляющего устройства 10 соединен с управляющими входами коммутирующих устройств 5, 11, 12 и ключевого элемента 6.
Работа устройства выполняется в два этапа. На первом этапе определяется величина аддитивной погрешности. На втором этапе определяется величина измеряемого сигнала без аддитивной погрешности, для чего из рабочего измерительного сигнала вычитается ранее найденная величина аддитивной погрешности. На первом этапе коммутирующее устройство 11 замкнуто, а коммутирующее устройство 12 разомкнуто. Коммутирующее устройство 5 соединяет общую точку резисторов 1 и 3 с шиной "земля". Ключевой элемент 6 замкнут, тем самым тензометрический мостовой датчик обесточен. Паразитные термо-ЭДС и сигналы других источников аддитивной погрешности поступают на дифференциальный вход инструментального усилителя 8. На его корректирующий вход подано напряжение смещения нулевого уровня его выходного сигнала. На выходе инструментального усилителя 8 появляется сигнал Δад·К+Нсм, где Δад - аддитивная погрешность, К - коэффициент усиления усилителя 8.
Этот сигнал на АЦП 9 преобразуется в цифровую форму и через замкнутое коммутирующее устройство 11 поступает на вход регистра 14 и там запоминается. С выхода регистра 14 сигнал Δад·К+Uсм подается на инверсный вход сумматора 13. На втором этапе коммутирующее устройство 5 отключает общую точку резисторов 1 и 3 от шины "земля" и соединяет ее с выходом и инверсным входом операционного усилителя 7, ключевой элемент 6 и коммутирующее устройство 11 размыкаются. Коммутирующее устройство 12 замыкается. Напряжение питания через схему активной компенсации, содержащую операционный усилитель 7, поступает на вершину высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика (общая точка резисторов 1, 3). С вершин измерительной диагонали этого датчика (общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4) рабочий измерительный сигнал поступает на дифференциальный вход инструментального усилителя 8. На выходе инструментального усилителя 8 появится сигнал , где R - сопротивление тензорезисторов, ΔR - изменение сопротивления тензорезисторов от воздействия измеряемых факторов.
Этот сигнал через АЦП 9 и замкнутое коммутирующее устройство 12 передается на прямой вход сумматора 13. Из сигнала, пришедшего на прямой вход сумматора 13, вычитается сигнал, пришедший на его инверсный вход. На выходе сумматора 13 образуется сигнал . Тем самым исключается аддитивная составляющая помехи. Управление коммутирующими устройствами 5, 11, 12 и ключевым элементом 6 для выбора этапов процессов измерения осуществляется устройством управления 10 через определенные температурные промежутки (ΔT) либо через задание интервала времени (Δτ).
Claims (1)
- Измерительное устройство, содержащее тензометрический мостовой датчик, инструментальный усилитель, схему активной компенсации, в которой операционный усилитель соединен прямым входом с источником питания однополярным постоянным током, при этом вершина нулевого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика подключена к шине «земля», вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика связаны с дифференциальным входом инструментального усилителя, подключенного к этому же источнику питания, а корректирующий вход инструментального усилителя соединен с источником напряжения смещения нулевого уровня его выходного сигнала, отличающееся тем, что измерительное устройство дополнено ключевым элементом, тремя коммутирующими устройствами, аналого-цифровым преобразователем, устройством управления, регистром энергонезависимой памяти и сумматором, при этом входы первого коммутирующего устройства соединены с выходом и инверсным входом операционного усилителя схемы активной компенсации, между которыми расположен ключевой элемент, соответствующие выходы первого коммутирующего устройства соединены с шиной "земля" и вершиной высокого потенциала диагонали питания мостового датчика, выход инструментального усилителя подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого связан с входами второго и третьего коммутирующих устройств, выход второго коммутирующего устройства соединен с входом регистра энергонезависимой памяти, выход которого связан с инверсным входом сумматора, прямой вход сумматора подключен к выходу третьего коммутирующего устройства, выход сумматора является выходом измерительного устройства, управляющие входы ключевого элемента и всех коммутирующих устройств соединены с выходом устройства управления, на входы устройства управления поступают сигналы от таймера Δτ, либо от датчика температуры ΔT.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120282/28A RU2469338C1 (ru) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Измерительное устройство |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011120282/28A RU2469338C1 (ru) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Измерительное устройство |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2469338C1 true RU2469338C1 (ru) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011120282/28A RU2469338C1 (ru) | 2011-05-23 | 2011-05-23 | Измерительное устройство |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2469338C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4142405A (en) * | 1976-10-27 | 1979-03-06 | Stevens Robin T A | Strain gauge arrangements |
SU781704A1 (ru) * | 1979-01-03 | 1980-11-23 | Предприятие П/Я Г-4903 | Тензометрическое устройство с пр моугольным напр жением питани моста |
EP1286146A1 (en) * | 2000-05-31 | 2003-02-26 | Ishida Co., Ltd. | Load cell |
RU2247952C2 (ru) * | 2003-03-31 | 2005-03-10 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Силоизмерительное устройство |
RU2267757C2 (ru) * | 2003-11-24 | 2006-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Датчик и способ измерения давления |
-
2011
- 2011-05-23 RU RU2011120282/28A patent/RU2469338C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4142405A (en) * | 1976-10-27 | 1979-03-06 | Stevens Robin T A | Strain gauge arrangements |
SU781704A1 (ru) * | 1979-01-03 | 1980-11-23 | Предприятие П/Я Г-4903 | Тензометрическое устройство с пр моугольным напр жением питани моста |
EP1286146A1 (en) * | 2000-05-31 | 2003-02-26 | Ishida Co., Ltd. | Load cell |
RU2247952C2 (ru) * | 2003-03-31 | 2005-03-10 | Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) | Силоизмерительное устройство |
RU2267757C2 (ru) * | 2003-11-24 | 2006-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Датчик и способ измерения давления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108700618B (zh) | 多通道系统的串扰校准 | |
Nagarajan et al. | An improved direct digital converter for bridge-connected resistive sensors | |
WO2015039499A1 (zh) | 温度检测方法和温度检测装置 | |
US11500039B2 (en) | Digitally-controlled output amplitude of analog sensor signal | |
KR20100035138A (ko) | 유량계에 있어서의 온도계측회로 | |
JP4920487B2 (ja) | 基準電圧生成装置 | |
KR101306407B1 (ko) | 압력저항 센서를 이용한 온도측정방법 및 온도측정장치 | |
RU2469338C1 (ru) | Измерительное устройство | |
US9052247B2 (en) | Device and method for evaluating signals of load cells with strain gauges | |
JP5128910B2 (ja) | 温度補正装置及び温度補正方法 | |
RU2677786C1 (ru) | Измеритель температуры и способ ее измерения | |
WO2018025470A1 (ja) | センサ装置 | |
JP2006279839A (ja) | A/d変換装置、およびa/d変換装置を備えたセンサ装置 | |
RU2469339C1 (ru) | Измерительное устройство | |
JP2013098803A (ja) | オフセット電圧補償装置 | |
CN110987223B (zh) | 一种改进的高精度铂电阻测温电路 | |
RU2654905C1 (ru) | Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение | |
JPS6248280B2 (ru) | ||
RU2469341C1 (ru) | Измерительное устройство | |
RU2469262C1 (ru) | Способ коррекции результатов измерений тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем | |
RU2477865C2 (ru) | Измерительное устройство | |
RU2473919C1 (ru) | Устройство для преобразования изменения сопротивления в напряжение | |
RU2469340C1 (ru) | Способ коррекции результатов измерения тензометрическим мостовым датчиком с инструментальным усилителем | |
JP2013167520A (ja) | 抵抗値測定回路 | |
JPH064307Y2 (ja) | 圧力計測器の温度補正回路 |