RU2469340C1 - Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier - Google Patents

Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier Download PDF

Info

Publication number
RU2469340C1
RU2469340C1 RU2011120287/28A RU2011120287A RU2469340C1 RU 2469340 C1 RU2469340 C1 RU 2469340C1 RU 2011120287/28 A RU2011120287/28 A RU 2011120287/28A RU 2011120287 A RU2011120287 A RU 2011120287A RU 2469340 C1 RU2469340 C1 RU 2469340C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
output
input
divider
amplifier
Prior art date
Application number
RU2011120287/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Быков
Игорь Игоревич Клементьев
Андрей Яковлевич Стерлин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е.Жуковского (ФГУП "ЦАГИ")
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), Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е.Жуковского (ФГУП "ЦАГИ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2011120287/28A priority Critical patent/RU2469340C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2469340C1 publication Critical patent/RU2469340C1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: additive and multiplicative error components are periodically determined based on command unit signals, for which the high potential vertex of the supply diagonal of the tensometric bridge sensor is disconnected from the power supply and storage devices record additive and multiplicative error values from the output of the instrumentation amplifier. Normal operating measurements are then taken with the bridge power on and the values of additive and multiplicative error components stored earlier are eliminated from the value of the signal measured in normal mode. Switching from the mode of determining the additive and multiplicative error component values to the normal measurement mode is carried out by the control unit through a given temperature change interval of measurement channel components, e.g., a sensor, or a given time interval.
EFFECT: excluding systematic additive and multiplicative error components from the operating measuring signal.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к разработке методов повышения точности измерений при воздействии мешающих факторов (изменение температуры, электрические помехи, изменение напряжения питания и т.д.). Оно может быть использовано в устройствах с тензометрическими мостовыми датчиками, подключенными к инструментальным усилителям и запитанными постоянным током при измерении физических параметров.The invention relates to measuring technique, in particular, to the development of methods for improving the accuracy of measurements when exposed to interfering factors (temperature change, electrical noise, change in supply voltage, etc.). It can be used in devices with strain gauge bridge sensors connected to instrumental amplifiers and powered by direct current when measuring physical parameters.

Известен ряд методов, способствующих получению достоверных результатов измерения при воздействии мешающих факторов, например «Способ калибровки измерительных систем» патент РФ №2262713 МПК G01R 35/00, «Способ градуировки измерительных каналов тензометрических систем» патент РФ №2006789 МПК G01B 7/18.A number of methods are known that contribute to obtaining reliable measurement results under the influence of interfering factors, for example, “Method of calibration of measuring systems” RF patent No. 2262713 IPC G01R 35/00, “Method of calibration of measuring channels of strain gauge systems” RF patent No. 20066789 IPC G01B 7/18.

Указанные способы предполагают создание образцовых сигналов разных уровней и проведение на их основе методом аппроксимации процедуры коррекции градуировочных характеристик измерительного канала.These methods involve the creation of model signals of different levels and carrying out on their basis the approximation procedure for the correction of the calibration characteristics of the measuring channel.

Недостатком приведенных способов является необходимость большого объема вычислительных операций, что значительно снижает быстродействие измерительных устройств.The disadvantage of these methods is the need for a large amount of computational operations, which significantly reduces the performance of measuring devices.

Наиболее близким (прототипом) предлагаемого способа является способ, приведенный в учебном пособии для вузов «Измерение электрических и неэлектрических величин» авторы Н.Н.Евтихеев, Я.А.Купершмидт и др. под общей редакцией Н.Н.Евтихеева М.: Энергоатомиздат, 1989 г. (с.120-123).The closest (prototype) of the proposed method is the method described in the textbook for universities "Measurement of electrical and non-electrical quantities" authors N.N. Evtikheev, Ya.A. Kupershmidt and others, edited by N.N. Evtikheev M: Energoatomizdat , 1989 (p. 120-123).

Известный способ основан на наличии двух идентичных измерительных цепей. По одной из которых проходит измерительный рабочий сигнал, а по другой - эталонный сигнал. Затем операциями вычитания и деления из измерительного сигнала удаляются систематические аддитивные и мультипликативные погрешности.The known method is based on the presence of two identical measuring circuits. One of which passes the measuring working signal, and the other a reference signal. Then, the systematic additive and multiplicative errors are removed from the measuring signal by the operations of subtraction and division.

Недостатком данного способа является наличие двух измерительных каналов, абсолютно одинаковые характеристики которых труднодостижимы по причине необходимости полной идентичности элементов их составляющих и внешних воздействий, в которых они находятся, нарушение перечисленных условий вносят искажения в процедуру исключения указанных погрешностей, что приводит к снижению точности измерения.The disadvantage of this method is the presence of two measuring channels, absolutely identical characteristics of which are difficult to achieve due to the need for complete identity of the elements of their components and the external influences in which they are located, violation of the listed conditions introduces distortions into the procedure for eliminating the indicated errors, which leads to a decrease in the measurement accuracy.

В предлагаемом способе используется только один измерительный канал, который периодически переводится в режим измерения величин аддитивных и мультипликативных составляющих систематической погрешности, а затем в режиме штатных измерений посредством операций вычитания и деления производится очищение рабочего измерительного сигнала от названных выше погрешностей. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений.In the proposed method, only one measuring channel is used, which is periodically transferred to the mode of measuring the values of the additive and multiplicative components of the systematic error, and then, in the standard measurement mode, by means of subtraction and division operations, the working measuring signal is cleared of the above errors. The technical result of the invention is to improve the accuracy of measurements.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ коррекции результатов измерения тензометрическим мостовым датчиком с инструментальным усилителем, запитанным однополярным постоянным напряжением, вводится режим контроля систематических аддитивных и мультипликативных погрешностей, с дальнейшим исключением их из результатов измерений посредством операций вычитания и деления, для чего периодически измерительную диагональ тензометрического мостового датчика по первому управляющему сигналу отключают от дифференциального входа инструментального усилителя, корректирующий вход инструментального усилителя соединяют с шиной «земля», замыкают дифференциальный вход инструментального усилителя и соединяют с шиной "земля", сигнал с выхода инструментального усилителя, равный Δади·(К+ΔK), где Δади - аддитивная систематическая погрешность инструментального усилителя,The specified technical result is achieved by the fact that in the method of correcting the measurement results with a strain gauge bridge sensor with an instrument amplifier powered by a unipolar constant voltage, a control mode for systematic additive and multiplicative errors is introduced, with their further exception from the measurement results by means of subtraction and division, for which periodically measuring the diagonal of the strain gauge bridge sensor according to the first control signal is disconnected from the differential of the input of the instrument amplifier, the correcting input of the instrument amplifier is connected to the ground bus, the differential input of the instrument amplifier is closed and connected to the ground bus, the signal from the output of the instrument amplifier is Δ adi · (K + ΔK), where Δ adi is additive systematic error of the instrumental amplifier,

K - коэффициент усиления инструментального усилителя,K is the gain of the instrumental amplifier,

ΔK - систематическая мультипликативная погрешность инструментального усилителя, запоминают в первом запоминающем устройстве, затем по второму управляющему сигналу размыкают дифференциальный вход инструментального усилителя и подключают к нему напряжение питания Un тензометрического мостового датчика, которое предварительно делят на первом делителе на коэффициент M>>1, выбранный из условия функционирования инструментального усилителя в рабочем диапазоне, выходной сигнал с инструментального усилителя, равный

Figure 00000001
, подают на положительный вход первого сумматора, где из него вычитают величину Δади·(K+ΔK), которую подают на отрицательный вход первого сумматора с выхода первого запоминающего устройства, полученный сигнал
Figure 00000002
умножают на коэффициент M>>1 и величину Un·(K+ΔK) запоминают во втором запоминающем устройстве, затем величину Un·(K+ΔK), взятую с выхода второго запоминающего устройства, на втором делителе делят на величину напряжения питания тензометрического мостового датчика Un, и получившуюся величину (К+ΔK) с выхода второго делителя подают на вторые входы третьего и четвертого делителей, после этого, по третьему управляющему сигналу прекращают подачу сигнала
Figure 00000003
с выхода первого делителя на дифференциальный вход инструментального усилителя, корректирующий вход инструментального усилителя соединяют с источником напряжения смещения выходного сигнала инструментального усилителя Uсм, вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика отключают от напряжения питания Un, и соединяют с шиной "земля", тем самым обесточивают тензометрический мостовой датчик и на его выходе оставляют лишь систематическую аддитивную составляющую погрешности, равную Δадд, создаваемую внешними мешающими факторами, эту погрешность подают на вход инструментального усилителя и на его выходе получают сигнал Δад(К+ΔK)+Uсм, где Δад=Δадд+Δади, который записывают в третье запоминающее устройство, с выхода этого устройства сигнал Δад(K+ΔK)+Uсм подают на прямой вход второго сумматора, на инверсный вход второго сумматора подают сигнал Uсм, в результате чего на его выходе получают сигнал Δад(K+ΔK), этот сигнал посылают на вход третьего делителя в качестве делимого, чем на выходе третьего делителя формируют сигнал Δад, который подают на инверсный вход третьего сумматора, после этого, по четвертому управляющему сигналу, на питающую диагональ тензометрического мостового датчика подают напряжение питания Un, в результате на измерительной диагонали, т.е на выходе тензометрического мостового датчика, получают рабочий измерительный сигнал, равныйΔK is the systematic multiplicative error of the instrument amplifier, stored in the first storage device, then the differential input of the instrument amplifier is opened by the second control signal and the supply voltage U n of the strain gauge bridge sensor is connected to it, which is previously divided by the factor M >> 1 on the first divider, selected from the operating condition of the instrument amplifier in the operating range, the output signal from the instrument amplifier is equal to
Figure 00000001
, fed to the positive input of the first adder, where Δ adi · (K + ΔK), which is fed to the negative input of the first adder from the output of the first storage device, is subtracted from it, the received signal
Figure 00000002
multiplied by a coefficient M >> 1 and the value of U n · (K + ΔK) is stored in the second storage device, then the value of U n · (K + ΔK) taken from the output of the second storage device is divided by the voltage divider voltage on the second divider bridge sensor U n , and the resulting value (K + ΔK) from the output of the second divider is fed to the second inputs of the third and fourth dividers, after which, the third control signal stops the signal
Figure 00000003
from the output of the first divider to the differential input of the instrument amplifier, the correction input of the instrument amplifier is connected to a source of bias voltage of the output signal of the instrument amplifier U cm , the peak of the high potential of the feed diagonal of the strain gauge bridge sensor is disconnected from the supply voltage U n , and connected to the ground bus, de-energize the strain gauge bridge sensor and leave only the systematic additive error component, equal to Δ add , at its output, we create by external interfering factors, this error is fed to the input of the instrument amplifier and its output receives the signal Δ ad (K + ΔK) + U cm , where Δ ad = Δ add + Δ adi , which is recorded in the third storage device, from the output of this device the signal Δ hell (K + ΔK) + U cm is fed to the direct input of the second adder, the signal U cm is fed to the inverse input of the second adder, as a result of which the signal Δ hell (K + ΔK) is received at its output, this signal is sent to the input of the third divider as a dividend, than at the output of the third divider they form a signal Δ hell , which fed to the inverse input of the third adder, then, according to the fourth control signal, a supply voltage U n is supplied to the supply diagonal of the strain gauge bridge sensor, as a result, a working measurement signal is obtained on the measurement diagonal, i.e., at the output of the strain gauge bridge sensor, equal to

Figure 00000004
,
Figure 00000004
,

гдеWhere

R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика,R is the resistance of the strain gages of the bridge sensor,

ΔR - изменение сопротивлений тензорезисторов при изменении измеряемых физических параметров,ΔR is the change in the resistance of the strain gages when changing the measured physical parameters,

этот сигнал подают на дифференциальный вход инструментального усилителя, в котором его преобразуют в сигнал

Figure 00000005
+Uсм, полученный сигнал с выхода инструментального усилителя посылают на прямой вход четвертого сумматора, на инверсный вход которого подают сигнал Uсм, на выходе четвертого сумматора получают сигнал
Figure 00000006
, этот сигнал подают на первый вход четвертого делителя в качестве делимого, на выходе четвертого делителя получают сигнал
Figure 00000007
, этот сигнал посылают на прямой вход третьего сумматора, на выходе которого формируют сигнал
Figure 00000008
, этот сигнал подают на первый вход пятого делителя в качестве делимого, на второй вход этого делителя подают сигнал Un так, что на выходе пятого делителя, т.е. на выходе измерительного устройства, получают сигнал
Figure 00000009
, очищенный от систематических погрешностей, возникших в линиях связи тензометрического мостового датчика и инструментального усилителя, причем переключения с режима измерения аддитивных и мультипликативных погрешностей на рабочий режим измерений производят через заданные интервалы изменения температуры элементов измерительного канала, например датчика, или через заданные промежутки времени.this signal is fed to the differential input of the instrumental amplifier, in which it is converted into a signal
Figure 00000005
+ U cm , the received signal from the output of the instrumental amplifier is sent to the direct input of the fourth adder, to the inverse input of which a signal U cm is supplied, the signal is received at the output of the fourth adder
Figure 00000006
, this signal is fed to the first input of the fourth divider as a dividend, the output of the fourth divider receives a signal
Figure 00000007
, this signal is sent to the direct input of the third adder, at the output of which a signal is generated
Figure 00000008
, this signal is fed to the first input of the fifth divider as a dividend, to the second input of this divider is fed a signal U n so that the output of the fifth divider, i.e. at the output of the measuring device, receive a signal
Figure 00000009
, cleared of systematic errors that occurred in the communication lines of the strain gauge bridge sensor and the instrument amplifier, moreover, switching from the measurement mode of additive and multiplicative errors to the operating mode of measurements is made at specified intervals of temperature change of the elements of the measuring channel, for example, a sensor, or at specified intervals.

На фигуре схематически показана структура устройства, реализующего предложенный способ.The figure schematically shows the structure of a device that implements the proposed method.

Измерительное устройство состоит из тензометрического мостового датчика (тензорезисторы 1, 2, 3, 4), двенадцати коммутирующих ключей (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16), инструментального усилителя 17, пяти делителей (18, 19, 20, 21, 22), устройства умножения 23, трех запоминающих устройств (24, 25, 26) и четырех сумматоров (27, 28, 29, 30).The measuring device consists of a strain gauge bridge sensor (strain gauges 1, 2, 3, 4), twelve switching keys (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16), an instrument amplifier 17 , five dividers (18, 19, 20, 21, 22), a multiplication device 23, three storage devices (24, 25, 26) and four adders (27, 28, 29, 30).

Перекидной ключ 5 соединяет с вершиной высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика (общая точка соединения резисторов 1 и 3) либо источник питания, либо шину "земля". Вершина нулевого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика (общая точка соединения резисторов 2 и 4) соединена с шиной «земля». Вершины измерительной диагонали тензометрического мостового датчика (общие точки соединения резисторов 1, 2 и 3, 4) соединены через ключи 6, 7 с дифференциальным входом инструментального усилителя 17. Положительный вход инструментального усилителя 17 через ключ 8 и первый делитель 18 соединен с источником питания тензометрического мостового датчика Un. Инверсный вход инструментального усилителя 17 через ключ 9 соединен с шиной «земля». Между дифференциальными входами усилителя 17 расположен ключ 16. Корректирующий вход инструментального усилителя 17 через перекидной ключ 10 соединяют или с источником напряжения смещения Uсм выходного сигнала инструментального усилителя 17, или с шиной «земля». Выход инструментального усилителя 17 через ключи 11, 12, 15, 13 соответственно соединен с положительным входом первого сумматора 30, входами запоминающих устройств 25, 26 и прямым входом четвертого сумматора 27. Отрицательный вход сумматора 30 соединен с выходом первого запоминающего устройства 26. Выход первого сумматора 30 соединен с входом устройства умножения 23. Инверсный вход четвертого сумматора 27 подключен к источнику напряжения смещения выходного сигнала инструментального усилителя Uсм, а выход - к первому входу четвертого делителя 21. Выход третьего запоминающего устройства 25 соединен с прямым входом второго сумматора 29. Инверсный вход сумматора 29 связан с источником напряжения смещения выходного сигнала инструментального усилителя Uсм, а выход сумматора 29 соединен с первым входом третьего делителя 20. Выход устройства умножения 23 через второе запоминающее устройство 24 соединен с первым входом второго делителя 19. Второй вход делителя 19 соединен с источником питания Un. Выход делителя 19 соединен со вторыми входами третьего и четвертого делителей 20, 21. Выход третьего делителя 20 соединен с инверсным входом третьего сумматора 28. Выход четвертого делителя 21 соединен через ключ 14 с прямым входом третьего сумматора 28. При этом выход сумматора 28 связан с первым входом пятого делителя 22, на второй вход которого подано напряжение питания тензометрического мостового датчика Un. Выход делителя 22 является выходом измерительного устройства.The cross over switch 5 connects either the power source or the ground bus to the top of the high potential of the feed diagonal of the strain gauge bridge sensor (common point of connection of resistors 1 and 3). The peak of the zero potential of the supply diagonal of the strain gauge bridge sensor (common point of connection of resistors 2 and 4) is connected to the ground bus. The vertices of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor (common connection points of the resistors 1, 2 and 3, 4) are connected via keys 6, 7 to the differential input of the instrument amplifier 17. The positive input of the instrument amplifier 17 through key 8 and the first divider 18 is connected to the power source of the strain gauge bridge sensor U n . The inverse input of the instrumentation amplifier 17 through a key 9 is connected to the ground bus. A key 16 is located between the differential inputs of the amplifier 17. The correction input of the instrument amplifier 17 is connected via a cross-over key 10 either to a bias voltage source U cm of the output signal of the instrument amplifier 17 or to the ground bus. The output of the instrumentation amplifier 17 through the keys 11, 12, 15, 13 is respectively connected to the positive input of the first adder 30, the inputs of the storage devices 25, 26, and the direct input of the fourth adder 27. The negative input of the adder 30 is connected to the output of the first storage device 26. The output of the first adder 30 is connected to the input of the multiplication device 23. The inverse input of the fourth adder 27 is connected to a bias voltage source of the output signal of the instrument amplifier U cm , and the output to the first input of the fourth divider 21. Output the third storage device 25 is connected to the direct input of the second adder 29. The inverse input of the adder 29 is connected to a bias voltage source of the output signal of the instrument amplifier U cm , and the output of the adder 29 is connected to the first input of the third divider 20. The output of the multiplier 23 through the second storage device 24 is connected with the first input of the second divider 19. The second input of the divider 19 is connected to a power source U n . The output of the divider 19 is connected to the second inputs of the third and fourth dividers 20, 21. The output of the third divider 20 is connected to the inverse input of the third adder 28. The output of the fourth divider 21 is connected via key 14 to the direct input of the third adder 28. The output of the adder 28 is connected to the first the input of the fifth divider 22, the second input of which is supplied with the voltage of the strain gauge bridge sensor U n . The output of the divider 22 is the output of the measuring device.

Реализуется предлагаемый способ следующим образом. Режим контроля погрешностей производится в два этапа. На первом этапе определяют и запоминают фактический коэффициент усиления инструментального усилителя при существующих в данный момент мешающих факторах. Для этого перекидной ключ 5 замыкают на шину "земля", а ключи 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 размыкают. Перекидным ключом 10 отключают напряжение смещения Uсм и соединяют корректирующий вход инструментального усилителя с шиной «земля». Ключи 9, 15, 16 замыкают. В результате проведенных переключений дифференциальный вход инструментального усилителя закорочен и соединен с шиной «земля». На выходе инструментального усилителя получают сигнал Δади·(K+ΔK), который запоминают в первом запоминающем устройстве 26. Затем ключи 15, 16 размыкают и замыкают ключи 8, 11. На вход инструментального усилителя подают сигнал Un/M (при Un=5 B коэффициент M≈250). На выходе инструментального усилителя 17 получают сигнал

Figure 00000010
. Этот сигнал подают на прямой вход первого сумматора 30, т.к. на инверсном входе этого сумматора находится сигнал Δади·(K+ΔK), то на выходе сумматора 30 получают сигнал Un(K+ΔK)/M.Implemented the proposed method as follows. The error control mode is performed in two stages. At the first stage, the actual gain of the instrumental amplifier is determined and stored with the currently interfering factors. To do this, the cross over key 5 is closed on the ground bus, and the keys 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14 are opened. With a cross over switch 10, the bias voltage U cm is turned off and the correction input of the instrument amplifier is connected to the ground bus. Keys 9, 15, 16 close. As a result of the switchings, the differential input of the instrumental amplifier is shorted and connected to the ground bus. At the output of the instrument amplifier, a signal Δ adi · (K + ΔK) is obtained, which is stored in the first memory 26. Then, the keys 15, 16 open and close the keys 8, 11. The signal U n / M is supplied to the input of the instrument amplifier (at U n = 5 V coefficient M≈250). The output of the instrument amplifier 17 receive a signal
Figure 00000010
. This signal is fed to the direct input of the first adder 30, because at the inverse input of this adder is a signal Δ adi · (K + ΔK), then at the output of the adder 30 receive a signal U n (K + ΔK) / M.

На устройстве умножения 23 этот сигнал преобразуют в форму Un·(K+ΔK). Далее этот сигнал запоминают во втором запоминающем устройстве 24 и подают на первый вход второго делителя 19, где его преобразуют в вид (K+ΔK). Далее сигнал (K+ΔK) подают в качестве делителя на входы третьего и четвертого делителей 20, 21. На этом этап определения систематической мультипликативной погрешности завершают. После этого осуществляют второй этап режима контроля для определения аддитивной погрешности, для этого ключи 8, 9, 11 размыкают. Ключи 6, 7, 12 замыкают. Перекидным ключом 10 соединяют корректирующий вход инструментального усилителя 17 с источником напряжения смещения Uсм. Перекидной ключ 5 соединяют с шиной "земля". Тем самым обесточенный тензометрический мостовой датчик подключают к инструментальному усилителю 17. На выходе инструментального усилителя 17 получают сигнал Δад·(K+ΔK)+Uсм. Этот сигнал через замкнутый ключ 12 записывают в третье запоминающее устройство 25. С выхода устройства 25 сигнал Δад·(K+ΔK)+Uсм подают на прямой вход второго сумматора 29. На инверсный вход сумматора 29 подают сигнал Uсм. На выходе сумматора 29 получают сигнал Δад·(K+ΔK). Этот сигнал подают на первый вход третьего делителя 20. На выходе делителя 20 формируют сигнал Δад. Этот сигнал подают на инверсный вход третьего сумматора 28. На этом режим контроля погрешностей заканчивают и начинают режим рабочих измерений. Ключ 12 размыкают. Ключи 6, 7 замыкают. Ключи 8, 9, 11, 15, 16 размыкают. Ключи 5 замыкают на источник питания, ключи 13, 14 замыкают, перекидным ключом 10, подключают напряжение смещения Uсм к корректирующему входу инструментального усилителя 17. Сигнал Un·ΔR/R+Δадд с измерительной диагонали тензометрического мостового датчика подают на дифференциальный вход инструментального усилителя 17. На выходе инструментального усилителя 17 получают сигнал (Un·ΔR/R+Δад)·(K+ΔK)+Uсм. Этот сигнал через ключ 13 подают на прямой вход четвертого сумматора 27. На инверсный вход сумматора 27 подают сигнал Uсм. На выходе сумматора 27 получают сигнал (Un·ΔR/R+Δад)·(K+ΔK), который подают на первый вход четвертого делителя 21. Так как на втором входе этого делителя уже присутствует сигнал (K+ΔK), то на выходе делителя 21 получают сигнал Un·ΔR/R+Δад. Этот сигнал через замкнутый ключ 14 подают на прямой вход сумматора 28 и на выходе сумматора 28 получают сигнал Un·ΔR/R. Сигнал Un·ΔR/R - это сигнал с выхода измерительной диагонали тензометрического мостового датчика без систематических аддитивной и мультипликативной погрешностей. Далее этот сигнал подают на первый вход делителя 22, а на второй вход этого делителя подают напряжение питания тензометрического мостового датчика Un. На выходе делителя 22 получают полезный сигнал ΔR/R, очищенный от систематических погрешностей.On the multiplication device 23, this signal is converted into the form U n · (K + ΔK). Further, this signal is stored in the second storage device 24 and fed to the first input of the second divider 19, where it is converted into a form (K + ΔK). Next, the signal (K + ΔK) is supplied as a divider to the inputs of the third and fourth dividers 20, 21. At this stage, the determination of the systematic multiplicative error is completed. After that, the second stage of the control mode is carried out to determine the additive error; for this, the keys 8, 9, 11 are opened. Keys 6, 7, 12 close. A cross over wrench 10 connects the correction input of the instrumental amplifier 17 with a bias voltage source of U cm . The cross over key 5 is connected to the ground bus. Thus, the de-energized strain gauge bridge sensor is connected to the instrumentation amplifier 17. At the output of the instrumentation amplifier 17, a signal Δ ad · (K + ΔK) + U cm is obtained. This signal through a closed key 12 is recorded in the third storage device 25. From the output of the device 25, the signal Δ ad · (K + ΔK) + U cm is fed to the direct input of the second adder 29. The signal U cm is sent to the inverse input of the adder 29 The output of the adder 29 receives a signal Δ ad · (K + ΔK). This signal is fed to the first input of the third divider 20. At the output of the divider 20, a signal Δ ad is generated. This signal is fed to the inverse input of the third adder 28. At this, the error control mode is completed and the operating measurement mode is started. Key 12 open. Keys 6, 7 close. Keys 8, 9, 11, 15, 16 open. The keys 5 are closed to the power source, the keys 13, 14 are closed, with the cross over key 10, the bias voltage U cm is connected to the correction input of the instrument amplifier 17. The signal U n · ΔR / R + Δ add from the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor is fed to the differential input of the instrument amplifier 17. At the output of the instrumental amplifier 17 receive a signal (U n · ΔR / R + Δ hell ) · (K + ΔK) + U see This signal through the key 13 is fed to the direct input of the fourth adder 27. At the inverse input of the adder 27 a signal U see The output of the adder 27 receives the signal (U n · ΔR / R + Δ hell ) · (K + ΔK), which is fed to the first input of the fourth divider 21. Since the signal (K + ΔK) is already present at the second input of this divider at the output of the divider 21 receive a signal U n · ΔR / R + Δ hell . This signal through a closed key 14 is fed to the direct input of the adder 28 and at the output of the adder 28 receive a signal U n · ΔR / R. The signal U n · ΔR / R is the signal from the output of the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor without systematic additive and multiplicative errors. Further, this signal is supplied to the first input of the divider 22, and the voltage of the strain gauge bridge sensor U n is supplied to the second input of this divider. At the output of the divider 22 receive a useful signal ΔR / R, cleared of systematic errors.

Переключение с режима измерения аддитивных и мультипликативных погрешностей на режим рабочих измерений производят устройством управления ключами через заданный интервал изменения температуры или заданный промежуток времени.Switching from the mode of measuring additive and multiplicative errors to the mode of working measurements is performed by the key management device after a predetermined interval of temperature change or a predetermined period of time.

Устройство управления ключами на фигуре не приведено.The key management device is not shown in the figure.

Claims (1)

Способ коррекции результатов измерений тензометрического мостового датчика с инструментальным усилителем, запитанных однополярным постоянным током, основанный на исключении посредством операций вычитания и деления систематических аддитивных и мультипликативных погрешностей, возникающих в измерительной цепи, отличающийся тем, что периодически измерительную диагональ тензометрического мостового датчика по первому управляющему сигналу отключают от дифференциального входа инструментального усилителя, корректирующий вход инструментального усилителя соединяют с шиной «земля», замыкают дифференциальный вход инструментального усилителя и соединяют с шиной "земля", сигнал с выхода инструментального усилителя, равный Δади·(K+ΔK), где Δади - аддитивная систематическая погрешность инструментального усилителя,
К - коэффициент усиления инструментального усилителя,
ΔК - систематическая мультипликативная погрешность инструментального усилителя,
запоминают в первом запоминающем устройстве, затем по второму управляющему сигналу размыкают дифференциальный вход инструментального усилителя и подключают к нему напряжение питания Uп тензометрического мостового датчика, которое предварительно делят на первом делителе на коэффициент М>>1, выбранный из условия функционирования инструментального усилителя в рабочем диапазоне, выходной сигнал с инструментального усилителя, равный
Figure 00000011
, подают на положительный вход первого сумматора, где из него вычитают величину Δади·(K+ΔK), которую подают на отрицательный вход первого сумматора с выхода первого запоминающего устройства, полученный сигнал
Figure 00000012
умножают на коэффициент М>>1 и величину Uп·(K+ΔK) запоминают во втором запоминающем устройстве, затем величину Uп·(K+ΔK), взятую с выхода второго запоминающего устройства, на втором делителе делят на величину напряжения питания тензометрического мостового датчика Uп, и получившуюся величину (К+ΔК) с выхода второго делителя подают на вторые входы третьего и четвертого делителей, после этого по третьему управляющему сигналу прекращают подачу сигнала
Figure 00000013
с выхода первого делителя на дифференциальный вход инструментального усилителя, корректирующий вход инструментального усилителя соединяют с источником напряжения смещения выходного сигнала инструментального усилителя Uсм, вершину высокого потенциала питающей диагонали тензометрического мостового датчика отключают от напряжения питания Uп и соединяют с шиной "земля", тем самым обесточивают тензометрический мостовой датчик и на его выходе оставляют лишь систематическую аддитивную составляющую погрешности, равную Δадд, создаваемую внешними мешающими факторами, эту погрешность подают на вход инструментального усилителя и на его выходе получают сигнал Δад(K+ΔK)+Uсм, где Δад=Δадд+Δади, который записывают в третье запоминающее устройство, с выхода этого устройства сигнал Δад(K+ΔK)+Uсм подают на прямой вход второго сумматора, на инверсный вход второго сумматора подают сигнал Uсм, в результате чего на его выходе получают сигнал Δад(K+ΔK), этот сигнал посылают на вход третьего делителя в качестве делимого, чем на выходе третьего делителя формируют сигнал Δад, который подают на инверсный вход третьего сумматора, после этого по четвертому управляющему сигналу на питающую диагональ тензометрического мостового датчика подают напряжение питания Uп, в результате на измерительной диагонали, т.е. на выходе тензометрического мостового датчика получают рабочий измерительный сигнал, равный
Figure 00000014

где R - сопротивление тензорезисторов мостового датчика,
ΔR - изменение сопротивлений тензорезисторов при изменении измеряемых физических параметров,
этот сигнал подают на дифференциальный вход инструментального усилителя, в котором его преобразуют в сигнал
Figure 00000015
полученный сигнал с выхода инструментального усилителя посылают на прямой вход четвертого сумматора, на инверсный вход которого подают сигнал Uсм, на выходе четвертого сумматора получают сигнал
Figure 00000016
этот сигнал подают на первый вход четвертого делителя в качестве делимого, на выходе четвертого делителя получают сигнал
Figure 00000017
, этот сигнал посылают на прямой вход третьего сумматора, на выходе которого формируют сигнал
Figure 00000018
этот сигнал подают на первый вход пятого делителя в качестве делимого, на второй вход этого делителя подают сигнал Uп так, что на выходе пятого делителя т.е. на выходе измерительного устройства получают сигнал
Figure 00000019
очищенный от систематических погрешностей, возникших в линиях связи тензометрического мостового датчика и инструментального усилителя, причем переключения с режима измерения аддитивных и мультипликативных погрешностей на рабочий режим измерений производят через заданные интервалы изменения температуры элементов измерительного канала, например датчика, или через заданные промежутки времени. A method for correcting the measurement results of a strain gauge bridge sensor with an instrument amplifier powered by unipolar direct current, based on the exclusion by means of subtraction and division of systematic additive and multiplicative errors arising in the measuring circuit, characterized in that the measuring diagonal of the strain gauge bridge sensor is periodically disconnected by the first control signal from the differential input of the instrumental amplifier, the correcting input of the instrument a digital amplifier is connected to the ground bus, the differential input of the instrument amplifier is closed and connected to the ground bus, the signal from the output of the instrument amplifier is Δ adi · (K + ΔK), where Δ adi is the additive systematic error of the instrument amplifier,
K is the gain of the instrumental amplifier,
ΔK is the systematic multiplicative error of the instrumental amplifier,
they are stored in the first memory device, then the differential input of the instrument amplifier is opened by the second control signal and the supply voltage U p of the strain gauge bridge sensor is connected to it, which is previously divided by the factor M >> 1 on the first divider, selected from the operating condition of the instrument amplifier in the operating range , the output signal from the instrumental amplifier equal to
Figure 00000011
, fed to the positive input of the first adder, where Δ adi · (K + ΔK), which is fed to the negative input of the first adder from the output of the first storage device, is subtracted from it, the received signal
Figure 00000012
multiplied by the coefficient M >> 1 and the value of U p · (K + ΔK) is stored in the second storage device, then the value of U p · (K + ΔK) taken from the output of the second storage device is divided by the voltage voltage of the strain gauge on the second divider the bridge sensor U p , and the resulting value (K + ΔK) from the output of the second divider is fed to the second inputs of the third and fourth dividers, after which the signal is stopped by the third control signal
Figure 00000013
from the output of the first divider to the differential input of the instrument amplifier, the correction input of the instrument amplifier is connected to a source of bias voltage of the output signal of the instrument amplifier U cm , the peak of the high potential of the feed diagonal of the strain gauge bridge sensor is disconnected from the supply voltage U p and connected to the ground bus, thereby deenergize the strain gauge bridge and its output allowed only additive systematic error component equal to Δ add, create th external disturbing factors, this error is fed to the input of the instrumentation amplifier and its output is obtained a signal Δ al (K + ΔK) + U cm, where Δ ad = Δ add + Δ adi, which is recorded in the third memory device, the output of the device the signal Δ hell (K + ΔK) + U cm is fed to the direct input of the second adder, the signal U cm is fed to the inverse input of the second adder, as a result of which the signal Δ hell (K + ΔK) is received at its output, this signal is sent to the input of the third divider as dividend than the output signal of the third divider formed Δ hell that odayut on inverted input of the third adder, then the fourth control signal on the supply diagonal strain gauge bridge is supplied power voltage U n, resulting in the measuring diagonals, i.e. at the output of the strain gauge bridge sensor receive a working measuring signal equal to
Figure 00000014

where R is the resistance of the strain gages of the bridge sensor,
ΔR is the change in the resistance of the strain gages when changing the measured physical parameters,
this signal is fed to the differential input of the instrumental amplifier, in which it is converted into a signal
Figure 00000015
the received signal from the output of the instrumental amplifier is sent to the direct input of the fourth adder, to the inverse input of which a signal U cm is supplied, the output of the fourth adder receives a signal
Figure 00000016
this signal is fed to the first input of the fourth divider as a dividend, the output of the fourth divider receives a signal
Figure 00000017
, this signal is sent to the direct input of the third adder, at the output of which a signal is generated
Figure 00000018
this signal is fed to the first input of the fifth divider as a dividend, the second input of this divider is fed a signal U p so that the output of the fifth divider is at the output of the measuring device receive a signal
Figure 00000019
cleared of systematic errors that occurred in the communication lines of the strain gauge bridge sensor and the instrument amplifier, and switching from the measurement mode of additive and multiplicative errors to the operating measurement mode is performed at predetermined intervals of temperature change of the elements of the measuring channel, for example, a sensor, or at predetermined time intervals.
RU2011120287/28A 2011-05-23 2011-05-23 Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier RU2469340C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120287/28A RU2469340C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120287/28A RU2469340C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2469340C1 true RU2469340C1 (en) 2012-12-10

Family

ID=49255854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120287/28A RU2469340C1 (en) 2011-05-23 2011-05-23 Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2469340C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2262713C2 (en) * 2002-01-28 2005-10-20 Чекушкин Всеволод Викторович Method for calibration of measuring systems
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
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
RU2262713C2 (en) * 2002-01-28 2005-10-20 Чекушкин Всеволод Викторович Method for calibration of measuring systems
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
US7660682B2 (en) System and method for compensating for potential and current transformers in energy meters
US9551765B2 (en) Method for operating a hall sensor arrangement and hall sensor arrangement
CN108700618B (en) Crosstalk calibration for multi-channel systems
CN105259528B (en) A kind of the internal calibration circuit and calibration method of microwave power probe
CN102749520B (en) Multichannel high-precision thermal resistance breadboard based on extensions for instrumentation (PXI) bus
CN206057424U (en) A kind of current measuring device
CN106199166A (en) A kind of method and device of current measurement
CN103235189A (en) High-precision micro resistor measurement method based on double-current voltage ratio method and measurement system for realizing method
KR101446669B1 (en) Method for calibrating the measurement output distortion using continuous full-scale voltage/current sampling about circuit
CN106506101A (en) A kind of receiver amplitude-frequency response automatized calibration method and device
CN103604525A (en) Thermal resistor temperature measuring instrument based on verification data
CN103052889B (en) Systems and methods for high-sensitivity detection of input bias current
IE46337B1 (en) Error correction in electrical meters
CN100462725C (en) Electric power meter
RU2571445C2 (en) Correction of voltage measurement at transducer terminals
CN102594276B (en) Gain calibration system for instrument amplifier and gain calibration method
RU2469340C1 (en) Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier
CN102478422A (en) Zero drift simulation calibrating method and device thereof
RU2468334C1 (en) Method of correction of results of measurement by strain gage bridge transducer with tool amplifier
CN115469249A (en) Hall sensor temperature drift correction method considering influence of exciting current
CN113014206B (en) Scale factor temperature drift compensation device and method for current/frequency conversion circuit
RU2469344C1 (en) Method of correcting measurement results using tensometric bridge sensor with instrumentation amplifier
RU2469339C1 (en) Measuring device
Beug et al. A new calibration transformer and measurement setup for bridge standard calibrations up to 5 kHz
RU2477865C2 (en) Measuring device