RU2469339C1 - Measuring device - Google Patents

Measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2469339C1
RU2469339C1 RU2011120284/28A RU2011120284A RU2469339C1 RU 2469339 C1 RU2469339 C1 RU 2469339C1 RU 2011120284/28 A RU2011120284/28 A RU 2011120284/28A RU 2011120284 A RU2011120284 A RU 2011120284A RU 2469339 C1 RU2469339 C1 RU 2469339C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
divider
adder
instrument amplifier
Prior art date
Application number
RU2011120284/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Быков
Юрий Николаевич Петроченко
Андрей Яковлевич Стерлин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2011120284/28A priority Critical patent/RU2469339C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2469339C1 publication Critical patent/RU2469339C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method is realised by providing the measuring device with two switching devices, five switches, four multiplexers, two analogue-to-digital converters, five dividers, one multiplier, three nonvolatile memory registers, two adders and a control unit, which enables to exclude systematic additive and multiplicative errors from the operating measuring signal.
EFFECT: high accuracy of measuring devices using tensometric bridge sensors connected to an instrumentation amplifier powered by direct current, owing to elimination of systematic additive and multiplicative errors through independent measurement of these errors and removal from the overall result during normal measurement of the useful signal.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к разделу измерений неэлектрических величин электрическим способом. Оно может быть применено в устройствах, где используются тензометрические мостовые датчики (запитанные постоянным током), изменяющие свои параметры при изменении измеряемых физических величин.The invention relates to measuring technique, in particular to the section of measuring non-electrical quantities by electrical means. It can be used in devices that use strain gauge bridge sensors (powered by direct current), which change their parameters when the measured physical quantities change.

Построение устройств на базе тензометрических мостовых датчиков с дальнейшим усилением сигналов инструментальными усилителями (нормирующими преобразователями) - известный прием, широко освещенный в технической литературе. Как правило, к устройствам измерения этого типа предъявляются высокие требования к точности измерений при воздействии внешних мешающих факторов (колебания температуры, электромагнитные помехи, изменение напряжения питания и т.д.). Предлагаемое изобретение направленно на создание средств уменьшения систематических аддитивных и мультипликативных погрешностей в измерительном сигнале при использовании в измерительных цепях тензометрических мостовых датчиков с инструментальными усилителями. К указанному классу погрешностей относятся погрешности, вызываемые, например, паразитными термо-ЭДС, возникающими в линиях связи датчика с инструментальным усилителем (аддитивные погрешности), а также погрешности, связанные с изменением коэффициента усиления нормирующего преобразователя (мультипликативные погрешности).The construction of devices based on strain gauge bridge sensors with further signal amplification by instrumental amplifiers (normalizing converters) is a well-known technique widely covered in the technical literature. Typically, measurement devices of this type are subject to high demands on the accuracy of measurements when exposed to external disturbing factors (temperature fluctuations, electromagnetic interference, changes in supply voltage, etc.). The present invention is directed to creating means of reducing systematic additive and multiplicative errors in a measuring signal when using strain gauge bridge sensors with instrumental amplifiers in the measuring circuits. The specified class of errors includes errors caused, for example, by parasitic thermo-EMFs arising in the sensor and instrumentation amplifier communication lines (additive errors), as well as errors associated with a change in the gain of the normalizing transducer (multiplicative errors).

Известны измерительные устройства, в которых предусмотрены средства подавления систематических погрешностей. Например, в патенте US №4142405, МПК G01K 7/20, G01L 1/22, G01R 17/10 предусмотрена так называемая схема активной компенсации падения напряжения в линии связи источника питания с тензометрическим мостовым датчиком. Эта схема позволяет минимизировать погрешности от влияния колебаний температуры и изменения длины проводов на изменение активного сопротивления линий связи.Known measuring devices that provide means for suppressing systematic errors. For example, in US patent No. 4142405, IPC G01K 7/20, G01L 1/22, G01R 17/10, a so-called active voltage drop compensation circuit is provided in a communication line of a power source with a strain gauge bridge sensor. This scheme allows you to minimize errors from the influence of temperature fluctuations and changes in the length of wires on the change in the active resistance of communication lines.

Схема активной компенсации выполняется на базе операционного усилителя, выход которого и один из входов в зависимости от полярности подаваемого напряжения соединяется с соответствующей вершиной (+ или -) диагоналей питания тензометрического мостового датчика. Другой вход этого усилителя соединяется с соответствующей клеммой (+ или -) двуполярного источника питания. Однако в устройстве по патенту US №4142405 отсутствует техническая возможность устранения систематических погрешностей, возникающих в линиях связи датчика с инструментальным усилителем и в самом инструментальном усилителе.The active compensation scheme is based on an operational amplifier, the output of which and one of the inputs, depending on the polarity of the supplied voltage, is connected to the corresponding vertex (+ or -) of the power diagonals of the strain gauge bridge sensor. The other input of this amplifier is connected to the corresponding terminal (+ or -) of the bipolar power source. However, in the device according to US patent No. 4142405 there is no technical possibility of eliminating systematic errors arising in the communication lines of the sensor with the instrumental amplifier and in the instrumental amplifier itself.

Из литературных источников («Измерение электрических и неэлектрических величин». Учебное пособие для вузов / Н.Н.Евтихеев, Я.А.Купершмидт и др.; Под общей ред. Н.Н.Евтихеева. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.120-123) известны схемы устройства для минимизации систематических аддитивных и мультипликативных погрешностей, возникающих в линиях связи датчика с усилителем. Схемы этого устройства взяты за прототип.From literary sources ("Measurement of electrical and non-electrical quantities." Textbook for high schools / N.N. Evtikheev, Ya.A. Kupershmidt and others; Under the general editorship of N.N. Evtikheev. - M .: Energoatomizdat, 1989, p. 120-123) device circuits are known for minimizing systematic additive and multiplicative errors that occur in the sensor and amplifier communication lines. Schemes of this device are taken as a prototype.

Недостатком прототипа, приведенного в указанной литературе, является необходимость организации двух абсолютно идентичных измерительных каналов, по одному из которых передается эталонный сигнал, а затем, в случае исключения аддитивных погрешностей, проводится операция вычитания показаний результатов измерения одного канала из другого, а в случае исключения мультипликативных погрешностей производится деление результатов измерения одного канала на другой. Реализация двух абсолютно идентичных каналов с одинаковыми погрешностями практически недостижима, что снижает точность измерения.The disadvantage of the prototype described in the literature is the need to organize two absolutely identical measuring channels, one of which gives a reference signal, and then, in the case of eliminating additive errors, the operation is performed to subtract the readings of the measurement results of one channel from the other, and if multiplicative of errors, the measurement results of one channel are divided into another. The implementation of two absolutely identical channels with the same errors is practically unattainable, which reduces the accuracy of the measurement.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении точности работы измерительных устройств, использующих тензометрические мостовые датчики, подключенные к инструментальному усилителю, с питанием постоянным током, за счет устранения систематических аддитивных и мультипликативных погрешностей посредством независимого измерения этих погрешностей и удаления их из общего результата при штатном измерении полезного сигнала.The technical result of the invention consists in improving the accuracy of measuring devices using strain gauge bridge sensors connected to an instrument amplifier with DC power, by eliminating systematic additive and multiplicative errors by independently measuring these errors and removing them from the overall result during regular measurement of useful signal.

Достижение данного результата обеспечивается тем, что в измерительное устройство, содержащее тензометрический мостовой датчик, инструментальный усилитель, две схемы активной компенсации, в каждой из которых один из входов операционного усилителя соответственно соединен с положительной или отрицательной клеммами двуполярного источника питания, вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика подключены к дифференциальному входу инструментального усилителя, введены два коммутатора, пять ключей, четыре мультиплексора, два аналого-цифровых преобразователя, пять делителей, одно умножающее устройство, три регистра энергонезависимой памяти, два сумматора и блок управления, соединенные так, что коммутаторы, расположенные в линиях связи операционных усилителей и диагонали питания тензометрического мостового датчика, соединяют вершины этих диагоналей либо с выходами и соответствующими входами операционных усилителей, либо с шиной «земля», при этом первый и второй ключи установлены в линиях связи вершин измерительной диагонали тензометрического мостового датчика с дифференциальным входом инструментального усилителя, третий ключ расположен в линии связи выхода первого делителя на постоянный коэффициент M>>1 с положительным входом инструментального усилителя, четвертый ключ расположен в линии связи отрицательного входа инструментального усилителя с шиной «земля», пятый ключ установлен в линии между дифференциальными входами инструментального усилителя, выход инструментального усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, причем выход первого мультиплексора подключен к входу первого регистра энергонезависимой памяти, выход этого регистра соединен с инверсным входом первого сумматора, прямой вход которого связан с выходом второго мультиплексора, выход первого сумматора подключен к входу умножающего устройства на постоянный коэффициент M>>1, выход умножающего устройства соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого связан с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход второго аналого-цифрового преобразователя, так же как и вход первого делителя, соединен с положительной клеммой источника питания, выход второго делителя связан с входом второго регистра энергонезависимой памяти, выход второго регистра энергонезависимой памяти связан со вторыми входами третьего и четвертого делителей, выход третьего мультиплексора подключен к первому входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с входом третьего регистра энергонезависимой памяти, выход третьего регистра энергонезависимой памяти соединен с инверсным входом второго сумматора, прямой вход второго сумматора подключен к выходу четвертого делителя, первый вход которого связан с выходом четвертого мультиплексора, выход второго сумматора связан с первым входом пятого делителя, второй вход пятого делителя подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, выход пятого делителя является выходом измерительного устройства, управление коммутаторами, ключами, мультиплексорами и регистрами энергонезависимой памяти осуществляется четырьмя цифровыми сигналами, поступающими с выхода блока управления, переключение ключевых элементов устройства производится через заданные интервалы изменения времени Δτ или изменения температуры ΔT датчика или других элементов устройства измерения, сигналы Δτ или ΔT подаются на соответствующие входы блока управления от внешних устройств.The achievement of this result is ensured by the fact that in a measuring device containing a strain gauge bridge sensor, an instrument amplifier, two active compensation circuits, in each of which one of the inputs of the operational amplifier is respectively connected to the positive or negative terminals of a bipolar power source, the vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor connected to the differential input of the instrument amplifier, two switches, five keys, four multiples Xor, two analog-to-digital converters, five dividers, one multiplying device, three non-volatile memory registers, two adders and a control unit connected so that the switches located in the communication lines of operational amplifiers and the power diagonal of the strain gauge bridge sensor connect the vertices of these diagonals or with outputs and corresponding inputs of operational amplifiers, or with a ground bus, while the first and second keys are installed in the communication lines of the vertices of the measuring diagonal of the strain gauge sensor with a differential input of the instrument amplifier, the third key is located in the communication line of the output of the first divider by a constant coefficient M >> 1 with the positive input of the instrument amplifier, the fourth key is located in the communication line of the negative input of the instrument amplifier with the ground bus, the fifth key is set to lines between the differential inputs of the instrument amplifier, the output of the instrument amplifier is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the output of the first analog-to-digital of the second converter is connected to the inputs of the first, second, third and fourth multiplexers, the output of the first multiplexer connected to the input of the first non-volatile memory register, the output of this register connected to the inverse input of the first adder, the direct input of which is connected to the output of the second multiplexer, the output of the first adder is connected to the input of the multiplying device by a constant coefficient M >> 1, the output of the multiplying device is connected to the first input of the second divider, the second input of which is connected with the output of the second a of a tax-to-digital converter, the input of the second analog-to-digital converter, as well as the input of the first divider, is connected to the positive terminal of the power supply, the output of the second divider is connected to the input of the second non-volatile memory register, the output of the second non-volatile memory register is connected to the second inputs of the third and fourth dividers, the output of the third multiplexer is connected to the first input of the third divider, the output of the third divider is connected to the input of the third register of non-volatile memory, the output of the third p the non-volatile memory histogram is connected to the inverse input of the second adder, the direct input of the second adder is connected to the output of the fourth divider, the first input of which is connected to the output of the fourth multiplexer, the output of the second adder is connected to the first input of the fifth divider, the second input of the fifth divider is connected to the output of the second analog-digital converter, the output of the fifth divider is the output of the measuring device, the management of switches, keys, multiplexers and non-volatile memory registers four digital signals coming from the control unit output, the key elements of the device are switched at specified intervals of time change Δτ or temperature change ΔT of the sensor or other elements of the measuring device, Δτ or ΔT signals are supplied to the corresponding inputs of the control unit from external devices.

На чертеже показана структурная схема измерительного устройства:The drawing shows a structural diagram of a measuring device:

1, 2, 3, 4 - тензорезисторы мостового датчика;1, 2, 3, 4 - strain gauges of the bridge sensor;

5, 6 - коммутаторы;5, 6 - switches;

7, 8 - операционные усилители;7, 8 - operational amplifiers;

9, 10, 11, 12, 13 - ключи;9, 10, 11, 12, 13 - keys;

14, 15, 16, 17, 18 - делители;14, 15, 16, 17, 18 - dividers;

19 - инструментальный усилитель;19 - instrumental amplifier;

20, 21 - аналого-цифровые преобразователи (АЦП);20, 21 - analog-to-digital converters (ADC);

22, 23, 24, 25 - мультиплексоры;22, 23, 24, 25 - multiplexers;

26, 27, 28 - регистры энергонезависимой памяти;26, 27, 28 - non-volatile memory registers;

29 - умножающее устройство на постоянный коэффициент M>>1;29 - multiplying device by a constant coefficient M >> 1;

30, 31 - сумматоры;30, 31 - adders;

32 - блок управления.32 - control unit.

Тензорезисторы 1, 2, 3, 4 образуют тензометрический мостовой датчик, у которого общая точка резисторов 1 и 3 представляет вершину высокого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика, общая точка резисторов 2 и 4 представляет вершину низкого потенциала диагонали питания тензометрического мостового датчика. Общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4 являются вершинами измерительной диагонали тензометрического мостового датчика. Вершины диагонали питания мостового датчика соответственно соединены с выходами первого и второго коммутаторов 5, 6. Входы этих коммутаторов подключены к выходам и соответствующим входам первого и второго операционных усилителей 7, 8, при этом прямой вход операционного усилителя 7 соединен с положительной клеммой источника питания Uп, а инверсный вход операционного усилителя 8 подключен к отрицательной клемме источника питания -Uп.Strain gages 1, 2, 3, 4 form a strain gauge bridge sensor, in which the common point of resistors 1 and 3 represents the peak of the high potential of the power diagonal of the strain gauge bridge sensor, the common point of resistors 2 and 4 represents the peak of the low potential of the power diagonal of the strain gauge bridge sensor. The common points of the resistors 1, 2 and 3, 4 are the vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor. The vertices of the diagonal power supply of the bridge sensor are respectively connected to the outputs of the first and second switches 5, 6. The inputs of these switches are connected to the outputs and the corresponding inputs of the first and second operational amplifiers 7, 8, while the direct input of the operational amplifier 7 is connected to the positive terminal of the power supply U p , and the inverse input of the operational amplifier 8 is connected to the negative terminal of the power supply -U p .

Вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика (общие точки резисторов 1, 2 и 3, 4) через первый и второй ключи 9, 10 соединены с дифференциальным входом инструментального усилителя 19. Входы питания инструментального усилителя 19 соединены с двуполярным источником питания (Uп, -Uп). Выход инструментального усилителя 19 соединен с входом первого АЦП 20. Выход АЦП 20 через мультиплексоры 22, 23, 24, 25 соответственно соединен с входами первого регистра энергонезависимой памяти 26, первого сумматора 30, третьего и четвертого делителей 16, 17. Выход регистра 26 связан с инверсным входом сумматора 30. Выход сумматора 30 соединен с входом умножающего устройства 29. Выход умножающего устройства 29 подключен к первому входу второго делителя 15, второй вход которого связан с выходом второго АЦП 21. Вход АЦП 21, так же как и вход первого делителя 14, связан с клеммой Uп источника питания. Выход делителя 14 через третий ключ 11 подключен к положительному входу инструментального усилителя 19. Положительный и отрицательный входы инструментального усилителя связаны между собой через четвертый ключ 12. Отрицательный вход усилителя 19 через пятый ключ 13 связан с шиной «земля». Выход второго делителя 15 соединен с входом второго регистра 27 энергонезависимой памяти. Выход регистра 27 связан со вторыми входами третьего и четвертого делителей 16, 17. Выход делителя 16 подключен к входу третьего регистра энергонезависимой памяти 28. Выход регистра 28 соединен с инверсным входом второго сумматора 31. Выход делителя 17 подключен к прямому входу сумматора 31. Выход сумматора 31 связан с первым входом пятого делителя 18, второй вход которого соединен с выходом второго АЦП 21. Выход делителя 18 является выходом измерительного устройства.The vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor (common points of resistors 1, 2 and 3, 4) are connected through the first and second keys 9, 10 to the differential input of the instrument amplifier 19. The power inputs of the instrument amplifier 19 are connected to a bipolar power source (U p , -U n ). The output of the instrumentation amplifier 19 is connected to the input of the first ADC 20. The output of the ADC 20 through the multiplexers 22, 23, 24, 25 is respectively connected to the inputs of the first register of non-volatile memory 26, the first adder 30, the third and fourth dividers 16, 17. The output of the register 26 is connected with the inverse input of the adder 30. The output of the adder 30 is connected to the input of the multiplying device 29. The output of the multiplying device 29 is connected to the first input of the second divider 15, the second input of which is connected to the output of the second ADC 21. The input of the ADC 21, as well as the input of the first divider 14, from connected to the terminal U p the power source. The output of the divider 14 through the third key 11 is connected to the positive input of the instrument amplifier 19. The positive and negative inputs of the instrument amplifier are interconnected through the fourth key 12. The negative input of the amplifier 19 through the fifth key 13 is connected to the ground bus. The output of the second divider 15 is connected to the input of the second register 27 of non-volatile memory. The output of the register 27 is connected with the second inputs of the third and fourth dividers 16, 17. The output of the divider 16 is connected to the input of the third register of non-volatile memory 28. The output of the register 28 is connected to the inverse input of the second adder 31. The output of the divider 17 is connected to the direct input of the adder 31. The output of the adder 31 is connected to the first input of the fifth divider 18, the second input of which is connected to the output of the second ADC 21. The output of the divider 18 is the output of the measuring device.

Управление переключением всех ключей, коммутаторов и мультиплексоров, а также управление регистрами памяти производится четырьмя цифровыми сигналами (а, б, в, г), подаваемыми с блока управления 32.The switching control of all keys, switches and multiplexers, as well as the management of memory registers is performed by four digital signals ( a , b, c, d) supplied from the control unit 32.

Работает устройство следующим образом. В режиме контроля производится независимое измерение аддитивных и мультипликативных погрешностей, для чего первоначально сигналом «a» с блока управления 32 замыкают ключи 12, 13 и мультиплексор 22. Остальные ключи и мультиплексоры разомкнуты. При таком состоянии ключей и мультиплексоров дифференциальный вход инструментального усилителя 19 закорочен и заземлен. На его выходе появляется сигнал

Figure 00000001
где Δади - внутренняя аддитивная погрешность инструментального усилителя, k - коэффициент усиления инструментального усилителя, Δk - мультипликативная погрешность инструментального усилителя. Величина
Figure 00000002
запоминается по сигналу «а» в первом регистре 26 энергонезависимой памяти и с выхода этого регистра подается на инверсный вход первого сумматора 30. По второму управляющему сигналу «б» ключи 11, 13 и мультиплексор 23 замкнуты. Остальные ключи и мультиплексоры разомкнуты. При таком состоянии переключающих элементов данного устройства напряжение питания Uп, поделенное на первом делителе 14 на коэффициент M>>1, подается на вход инструментального усилителя 19. Величина M выбирается из расчета, чтобы инструментальный усилитель работал в штатном режиме. Сигнал с выхода инструментального усилителя 19 величиной
Figure 00000003
подается на вход первого АЦП 20. С выхода АЦП 20 через мультиплексор 23 сигнал поступает на прямой вход первого сумматора 30. На выходе сумматора 30 образуется сигнал
Figure 00000004
Полученный сигнал умножающим устройством 29 преобразуется в сигнал видаThe device operates as follows. In the control mode, an independent measurement of additive and multiplicative errors is performed, for which the keys 12, 13 and multiplexer 22 are closed by the signal “ a ” from the control unit 32. The remaining keys and multiplexers are open. With this state of the keys and multiplexers, the differential input of the instrumentation amplifier 19 is shorted and grounded. A signal appears at its output.
Figure 00000001
where Δ adi is the internal additive error of the instrument amplifier, k is the gain of the instrument amplifier, Δk is the multiplicative error of the instrument amplifier. Value
Figure 00000002
memorized by the signal " a " in the first register 26 of non-volatile memory and from the output of this register is fed to the inverse input of the first adder 30. By the second control signal "b" keys 11, 13 and the multiplexer 23 are closed. The remaining keys and multiplexers are open. With this state of the switching elements of this device, the supply voltage U p divided by the coefficient M >> 1 on the first divider 14 is supplied to the input of the instrument amplifier 19. The value of M is selected from the calculation so that the instrument amplifier operates in the normal mode. The signal from the output of the instrument amplifier 19 magnitude
Figure 00000003
fed to the input of the first ADC 20. From the output of the ADC 20 through the multiplexer 23, the signal is fed to the direct input of the first adder 30. A signal is generated at the output of the adder 30
Figure 00000004
The received signal by the multiplying device 29 is converted into a signal of the form

Uп·(k+Δk). Этот сигнал через делитель 15 в виде сигнала (k+Δk) запоминается по команде «б» в регистре 27. Из регистра 27 сигнал (k+Δk) поступает на вторые входы третьего и четвертого делителей 16, 17. После этого сигнал «б» с блока управления 32 снимается и подается сигнал «в». По этой команде ключи 9, 10 и мультиплексор 24 замыкаются. Коммутаторы 5, 6 заземляют диагональ питания мостового датчика. Остальные ключи и мультиплексоры находятся в разомкнутом состоянии. В результате произведенных переключений тензометрический мостовой датчик, состоящий из тензорезисторов 1, 2, 3, 4, обесточен. С измерительной диагонали этого датчика на вход инструментального усилителя 19 поступает сигнал Δади, определяемый аддитивной погрешностью, обусловленной паразитными ЭДС, возникающими в линиях соединения вершин измерительной диагонали датчика с дифференциальным входом инструментального усилителя 19. На выходе усилителя 19 появится сигнал Δад(k+Δk), где

Figure 00000005
Этот сигнал через третий мультиплексор 24 и третий делитель 16 в виде сигнала Δад поступает на вход регистра 28 и по команде «в» запоминается в нем. С выхода регистра 28 сигнал Δад поступает на инверсный вход сумматора 31. На этом режим контроля прекращается. Сигнал «в» с выхода блока управления 32 снимается и подается сигнал «г». По этому сигналу организуется режим штатных измерений. Коммутаторы 5, 6 соединяют вершины диагонали питания датчика с источником двуполярного питания. Ключи 9, 10 и мультиплексор 25 замыкаются. Остальные ключи и мультиплексоры разомкнуты. Сигнал
Figure 00000006
с измерительной диагонали мостового датчика (резисторы 1, 2, 3, 4) поступает на дифференциальный вход инструментального усилителя 19, здесь R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика; ΔR - приращение сопротивления, вызванное изменением измеряемого параметра. На выходе усилителя 19 образуется сигнал
Figure 00000007
Этот сигнал через мультиплексор 25 и делитель 17 в виде сигнала
Figure 00000008
поступает на прямой вход второго сумматора 31. Так как на инверсном входе сумматора 31 находится сигнал Δад, то на выходе сумматора 31 появится сигнал
Figure 00000009
. С выхода сумматора 31 сигнал
Figure 00000010
поступает на первый вход пятого делителя 18. Поскольку на втором входе этого делителя находится сигнал Uп, то на выходе делителя 18 будет сигнал
Figure 00000011
, т.е. чистый сигнал, вызванный изменением входного параметра, измеряемого тензометрическим мостом, без влияния систематических аддитивных и мультипликативных помех, а также без влияния колебаний напряжения питания мостового датчика. Режим коррекции осуществляют либо через заданные интервалы изменения температуры ΔT тензометрического мостового датчика, либо через заданные промежутки времени Δτ. Отслеживание указанных интервалов и переключение режимов работы измерительного устройства осуществляется блоком управления 32 по сигналам Δτ и ΔT от внешних устройств.U p (k + Δk). This signal through the divider 15 in the form of a signal (k + Δk) is stored by the command "b" in the register 27. From the register 27, the signal (k + Δk) is supplied to the second inputs of the third and fourth dividers 16, 17. After that, the signal "b" from the control unit 32 is removed and the signal "in". On this command, the keys 9, 10 and the multiplexer 24 are closed. Switches 5, 6 ground the power diagonal of the bridge sensor. The remaining keys and multiplexers are in open state. As a result of the switching, the strain gauge bridge sensor, consisting of strain gauges 1, 2, 3, 4, is de-energized. From the measuring diagonal of this sensor, the signal Δ adi , determined by the additive error due to spurious emf arising in the connection lines of the vertices of the measuring diagonal of the sensor with the differential input of the instrumental amplifier 19, is received at the input of the instrument amplifier 19. The signal Δ hell (k + Δk ), where
Figure 00000005
This signal through the third multiplexer 24 and the third divider 16 in the form of a signal Δ hell enters the input of the register 28 and is stored in it by the command “c”. From the output of register 28, the signal Δ hell enters the inverse input of the adder 31. At this, the monitoring mode is terminated. The signal "in" from the output of the control unit 32 is removed and the signal "g". This signal organizes the standard measurement mode. Switches 5, 6 connect the vertices of the diagonal of the sensor power supply with a bipolar power source. The keys 9, 10 and the multiplexer 25 are closed. The remaining keys and multiplexers are open. Signal
Figure 00000006
from the measuring diagonal of the bridge sensor (resistors 1, 2, 3, 4) it enters the differential input of the instrumentation amplifier 19, here R is the resistance of the strain gauges of the bridge sensor; ΔR is the increment of resistance caused by a change in the measured parameter. The output of the amplifier 19 produces a signal
Figure 00000007
This signal through the multiplexer 25 and the divider 17 in the form of a signal
Figure 00000008
arrives at the direct input of the second adder 31. Since the signal Δ ad is located at the inverse input of the adder 31, a signal appears at the output of the adder 31
Figure 00000009
. From the output of the adder 31 signal
Figure 00000010
arrives at the first input of the fifth divider 18. Since the signal U p is at the second input of this divider, there will be a signal at the output of the divider 18
Figure 00000011
, i.e. pure signal caused by a change in the input parameter measured by the strain gauge bridge, without the influence of systematic additive and multiplicative noise, and also without the influence of fluctuations in the supply voltage of the bridge sensor. The correction mode is carried out either at specified intervals of temperature change ΔT of the strain gauge bridge sensor, or at specified intervals of time Δτ. Tracking these intervals and switching the operating modes of the measuring device is carried out by the control unit 32 by the signals Δτ and ΔT from external devices.

Claims (1)

Измерительное устройство, содержащее тензометрический мостовой датчик, инструментальный усилитель, две схемы активной компенсации, в каждой из которых один из входов операционного усилителя соответственно соединен с положительной или отрицательной клеммами двуполярного источника питания, вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика подключены к дифференциальному входу инструментального усилителя, отличающееся тем, что в устройство введены два коммутатора, пять ключей, четыре мультиплексора, два аналого-цифровых преобразователя, пять делителей, одно умножающее устройство, три регистра энергонезависимой памяти, два сумматора и блок управления, соединенные так, что коммутаторы, расположенные в линиях связи операционных усилителей, и диагонали питания тензометрического мостового датчика соединяют вершины этих диагоналей либо с выходами и соответствующими входами операционных усилителей, либо с шиной «земля», при этом первый и второй ключи установлены в линиях связи вершин измерительной диагонали тензометрического мостового датчика с дифференциальным входом инструментального усилителя, третий ключ расположен в линии связи выхода первого делителя на постоянный коэффициент М>>1 с положительным входом инструментального усилителя, четвертый ключ расположен в линии связи отрицательного входа инструментального усилителя с шиной «земля», пятый ключ установлен в линии между дифференциальными входами инструментального усилителя, выход инструментального усилителя соединен с входом первого аналого-цифрового преобразователя, выход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к входам первого, второго, третьего и четвертого мультиплексоров, причем выход первого мультиплексора подключен к входу первого регистра энергонезависимой памяти, выход этого регистра соединен с инверсным входом первого сумматора, прямой вход которого связан с выходом второго мультиплексора, выход первого сумматора подключен к входу умножающего устройства на постоянный коэффициент М>>1, выход умножающего устройства соединен с первым входом второго делителя, второй вход которого связан с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход второго аналого-цифрового преобразователя, также как и вход первого делителя, соединен с положительной клеммой источника питания, выход второго делителя связан с входом второго регистра энергонезависимой памяти, выход второго регистра энергонезависимой памяти связан со вторыми входами третьего и четвертого делителей, выход третьего мультиплексора подключен к первому входу третьего делителя, выход третьего делителя соединен с входом третьего регистра энергонезависимой памяти, выход третьего регистра энергонезависимой памяти соединен с инверсным входом второго сумматора, прямой вход второго сумматора подключен к выходу четвертого делителя, первый вход которого связан с выходом четвертого мультиплексора, выход второго сумматора связан с первым входом пятого делителя, второй вход пятого делителя подключен к выходу второго аналого-цифрового преобразователя, выход пятого делителя является выходом измерительного устройства, управление коммутаторами, ключами, мультиплексорами и регистрами энергонезависимой памяти осуществляется четырьмя цифровыми сигналами, поступающими с выхода блока управления, переключение ключевых элементов устройства производится через заданные интервалы изменения времени Δτ или изменения температуры ΔT датчика или других элементов устройства измерения, сигналы Δτ или ΔT подаются на соответствующие входы блока управления от внешних устройств. A measuring device containing a strain gauge bridge sensor, an instrument amplifier, two active compensation circuits, in each of which one of the inputs of the operational amplifier is respectively connected to the positive or negative terminals of a bipolar power source, the vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor are connected to the differential input of the instrument amplifier, different the fact that two switches, five keys, four multiplexers, two analog-qi are introduced into the device level converters, five dividers, one multiplying device, three non-volatile memory registers, two adders and a control unit connected so that the switches located in the communication lines of operational amplifiers and the power diagonal of the strain gauge bridge sensor connect the vertices of these diagonals either with outputs and corresponding inputs operational amplifiers, or with a ground bus, with the first and second keys installed in the communication lines of the vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor with differential by the input of the instrument amplifier, the third key is located in the communication line of the output of the first divider to a constant coefficient M >> 1 with the positive input of the instrument amplifier, the fourth key is located in the communication line of the negative input of the instrument amplifier with the ground bus, the fifth key is installed in the line between the differential the inputs of the instrument amplifier, the output of the instrument amplifier is connected to the input of the first analog-to-digital converter, the output of the first analog-to-digital converter connected to the inputs of the first, second, third and fourth multiplexers, the output of the first multiplexer connected to the input of the first non-volatile memory register, the output of this register connected to the inverse input of the first adder, the direct input of which is connected to the output of the second multiplexer, the output of the first adder is connected to the input of the multiplier devices at a constant coefficient M >> 1, the output of the multiplying device is connected to the first input of the second divider, the second input of which is connected to the output of the second analog-digital pre the educator, the input of the second analog-to-digital converter, as well as the input of the first divider, is connected to the positive terminal of the power supply, the output of the second divider is connected to the input of the second non-volatile memory register, the output of the second non-volatile memory register is connected to the second inputs of the third and fourth dividers, the output of the third the multiplexer is connected to the first input of the third divider, the output of the third divider is connected to the input of the third register of non-volatile memory, the output of the third register of non-volatile the memory is connected to the inverse input of the second adder, the direct input of the second adder is connected to the output of the fourth divider, the first input of which is connected to the output of the fourth multiplexer, the output of the second adder is connected to the first input of the fifth divider, the second input of the fifth divider is connected to the output of the second analog-to-digital converter , the output of the fifth divider is the output of the measuring device, the management of switches, keys, multiplexers and non-volatile memory registers is carried out by four digital E signals outputted from the control unit, the switching device key element is made at predetermined time intervals Δτ change or temperature change ΔT of the sensor elements or other measuring device, the signals Δτ or ΔT are applied to respective inputs of the control unit from external devices.
RU2011120284/28A 2011-05-23 2011-05-23 Measuring device RU2469339C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120284/28A RU2469339C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120284/28A RU2469339C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2469339C1 true RU2469339C1 (en) 2012-12-10

Family

ID=49255853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120284/28A RU2469339C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469339C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4142405A (en) * 1976-10-27 1979-03-06 Stevens Robin T A Strain gauge arrangements
SU781704A1 (en) * 1979-01-03 1980-11-23 Предприятие П/Я Г-4903 Strain-gauge device with square supply voltage of bridge
EP1286146A1 (en) * 2000-05-31 2003-02-26 Ishida Co., Ltd. Load cell
RU2247952C2 (en) * 2003-03-31 2005-03-10 Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Dynamometer
RU2267757C2 (en) * 2003-11-24 2006-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method and device for measuring pressure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4142405A (en) * 1976-10-27 1979-03-06 Stevens Robin T A Strain gauge arrangements
SU781704A1 (en) * 1979-01-03 1980-11-23 Предприятие П/Я Г-4903 Strain-gauge device with square supply voltage of bridge
EP1286146A1 (en) * 2000-05-31 2003-02-26 Ishida Co., Ltd. Load cell
RU2247952C2 (en) * 2003-03-31 2005-03-10 Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ им. А.Н. Туполева) Dynamometer
RU2267757C2 (en) * 2003-11-24 2006-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method and device for measuring pressure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20080116880A1 (en) Harmonics measurement instrument with in-situ calibration
US20140358317A1 (en) Output value correction method for physical quantity sensor apparatus, output correction method for physical quantity sensor, physical quantity sensor apparatus and output value correction apparatus for physical quantity sensor
CN108700618B (en) Crosstalk calibration for multi-channel systems
KR101446669B1 (en) Method for calibrating the measurement output distortion using continuous full-scale voltage/current sampling about circuit
JP4274385B1 (en) Temperature measurement circuit in a flow meter
US10879920B2 (en) Device and method for absolute voltage measurement
KR100339090B1 (en) Low-frequency noise removing method and a related cmos sensing circuit
IE46337B1 (en) Error correction in electrical meters
RU2562749C2 (en) Temperature control interface module
JP4682668B2 (en) A / D converter and sensor device including A / D converter
RU2677786C1 (en) Temperature meter and method of measurement
RU2469339C1 (en) Measuring device
Schäck High-precision measurement of strain gauge transducers at the physical limit without any calibration interruptions
RU2469341C1 (en) Measuring device
JP2013098803A (en) Offset voltage compensation device
RU2469340C1 (en) Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier
RU2477865C2 (en) Measuring device
JP4941164B2 (en) Reference voltage calibration circuit and method
JP2004093416A (en) Voltage / current measuring instrument
RU2469338C1 (en) Measuring device
RU2468334C1 (en) Method of correction of results of measurement by strain gage bridge transducer with tool amplifier
CN112739999A (en) Fractional mirror ratio techniques for digital remote temperature sensors and related systems, methods, and devices
RU2731033C1 (en) Bridge-type pressure transducer
JPH11118617A (en) Temperature controller
JP2013024808A (en) Measuring apparatus and measuring method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130524

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150610

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170524

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20180118

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190524