SU1747871A1

SU1747871A1 - Strain gage bridge signal tester

Info

Publication number: SU1747871A1
Application number: SU904822962A
Authority: SU
Inventors: Алексей Викторович Матвеев
Original assignee: Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР
Priority date: 1990-05-03
Filing date: 1990-05-03
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике дл преобразовани сигнала тензомоста с коррекцией несимметрии его плеч гфи воздействии температуры и может быть использовано при гидрофизических исследовани х дл измерени деформации давлени и усили Цель изобретени - повышение точности за счет устранени температурной погрешности и повышение помехоустойчивости за счет шунтировани наводимых помех Устройство обеспечивает функционирование тензомоста в режиме в режиме короткого замыкани диагоналей в момент уравновешивани измерительной цепи, что обеспечивает минимальное ее сопротивление , а значит, наибольшее шунти-- рование наводимых помех, т е высокую помехоустойчивость Съем информации об измер емом параметре осуществл етс в момент, когда измерительна и питающа диагонали тензомоста замкнуты накоротко что позвол ет получить максимальную The invention relates to a measurement technique for converting a signal of a tense bridge with asymmetry correction of its arms to temperature and can be used in hydrophysical studies to measure pressure deformation and force. The purpose of the invention is to improve accuracy by eliminating temperature error and increasing noise immunity by shunting induced noise. ensures the functioning of the tensome bridge in the mode of short-circuiting the diagonals at the moment of balancing measuring circuit, which ensures its minimum resistance, and therefore, the greatest shunting of induced disturbances, and high noise immunity. Information about the measured parameter is collected at the moment when the measuring and supply diagonal of the strain bridge is shorted, which allows to obtain the maximum

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при измерени х деформации твердых телThis invention relates to a measurement technique and can be used to measure the deformation of solids.

Известно устройство дл измерени сигналов с параметрических преобразователей , содержащее тензомост, источник питани тензомоста, три резистора, коммутатор, трансформатор с четырьм обмотками , блок управлени , подключенный своими выходами к управл ющим входам управл емого делител напр жени , выходы которого подключены к первым входам нуль-органа, вторые входы которого подключены через резистор к измерительной диагонали тензомоста, а выход - ко входу блока управлени .A device for measuring signals from parametric converters is known, comprising a strain gauge, a strain gauge power source, three resistors, a switch, a transformer with four windings, a control unit connected by its outputs to the control inputs of a controlled voltage divider, the outputs of which are connected to the first zero inputs. organ, the second inputs of which are connected through a resistor to the measuring diagonal of the strain gauge, and the output to the input of the control unit.

Недостатком дачного устройства вл етс наличие погрешности измерений, обусловленной отсутствием балансировкиThe disadvantage of the dacha device is the presence of measurement errors due to the lack of balancing

тензомоста и входных цепей нуль органа в процессе измерени На погрешность измерени оказывает вли ние изменение в диапазоне рабочих температур коэффициента передачи входных цепей нуль-органа изме нение сопротивлени суммирующих резисторов и подвод щих проводов с выходной диагонали тензомоста к входу нуль органа Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл измерени сигналов тензомоста, содержащее четырехплечий тензомост, последовательно соединенные источник питани и датчик тока, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста. последовательно соединенные блок управлени и управл емый делитель напр жени , нуль-орган, синхронизирующие входы которого соединены с дополниvjThe strain gauge and input circuits of the zero organ in the measurement process. The measurement error is affected by the change in the operating temperature range of the transfer coefficient of the input circuits of the null organ in the resistance of the summing resistors and supply wires from the output diagonal of the strain gauge to the input zero of the organ. The proposed invention is a device for measuring signals of a strain gauge containing a four-shouldered strain gauge, series-connected power supply and a current sensor, the first od which is connected to the first diagonal vertex tenzomosta power. serially connected control unit and controlled voltage divider, zero-body, synchronizing inputs of which are connected to additional vj

Јь V4 00 -ЧV V4 00 -CH

тельными выходами источника питани , выход - со входом блока управлени , а источник питани , управл емый делитель напр жени , нуль-орган и блок управлени соединены с общей шиной.the power supply source outputs, the output to the input of the control unit, and the power supply controlled by the voltage divider, the null organ and the control unit are connected to a common bus.

Недостатком устройства вл етс то, что аддитивные и мультипликативные погрешности измерений компенсируютс одним и тем же сигналом, вз тым с разными коэффициентами выходных обмоток трансформатора тока, что не-дает в полной мере компенсировать погрешности.The drawback of the device is that the additive and multiplicative measurement errors are compensated by the same signal taken with different coefficients of the output windings of the current transformer, which does not fully compensate for the errors.

Другим недостатком устройства вл етс то, что его схема, работа по принципу компенсатора напр жений, изолирована от общей шины. ЦеЛь компенсации между выходом управл емого делител напр жени и входом нуль-органа имеет сопротивление пор дка нескольких килоом, соответствующее сопротивление тензо/иоста. Такое высокое сопротивление цепи, в которой в момент уравновешивани не протекает ток, имеет малую помехоустойчивость за счет наводимых на ее сопротивлении трансформаторных наводок.Another disadvantage of the device is that its circuit, working on the principle of a voltage compensator, is isolated from the common bus. The compensation goal between the output of the controlled voltage divider and the input of the null organ has a resistance of the order of several kilo, and the corresponding resistance of the tensor / capacitance. Such a high resistance of the circuit, in which no current flows at the moment of balancing, has a low noise immunity due to the transformer crosstalk induced on its resistance.

Цель изобретени - повышение точности за счет устранени температурной погрешности и повышение помехоустойчивости за счет шунтировани наводимых помехThe purpose of the invention is to improve accuracy by eliminating temperature error and improving noise immunity due to shunting of induced noise.

На чертеже изображена блок-схема устройства .The drawing shows a block diagram of the device.

Устройство дл измерени сигналов тензомоста содержит тензомост 1 с вершинами 2,3 диагонали питани и вершинами 4,5 измерительной диагонали, источник б питани переменного тока с шинами 7,8, датчик 9 тока с входной клеммой 10 и выходными клеммами 11, 12, резистор 13, блок 14 сравнени со входами 15, 16, 17, 18 и выходом 19, нуль-орган 20 с входными шинами 21, 22 и выходными 23, 24, блок 25 управлени со входом 26 и цифровыми выходами 27, управл емый делитель 28 напр жени с шиной 29 входа опорного сигнала, управл ющими цифровыми входами 30 и выходом 31, сумматор 32 с входами 33, 34 и выходной клеммой 35 и формирователь 36 сигнала коррекции со входом 37 и выходными шинами 38, 39, В случае использовани в устройстве нуль-органа 20, входной усилитель которого выполнен по схеме модул тор-усилитель переменного тока-демодул тор (аналогично с прототипом), нуль-орган 20 имеет выходы 40 Синхронизации модул тора и демодул тора , соединенные с дополнительными выходами 41 источника 6 питани .The device for measuring the signals of the strain gauge contains a strain gauge 1 with 2.3 power diagonals and 4.5 measuring diagonal vertices, an AC power supply with tires 7.8, a current sensor 9 with an input terminal 10 and output terminals 11, 12, a resistor 13 , block 14 comparison with inputs 15, 16, 17, 18 and output 19, null organ 20 with input buses 21, 22 and output 23, 24, control block 25 with input 26 and digital outputs 27, controlled voltage divider 28 with the reference signal input bus 29, the control digital inputs 30 and the output 31, the adder 32 with the inputs 33, 34 and the output terminal 35 and the driver 36 of the correction signal with input 37 and output buses 38, 39. In the case of use in the device a zero-body 20, whose input amplifier is designed according to the AC modulator-demodulator circuit (similarly to prototype), the zero-body 20 has outputs 40 for the synchronization of the modulator and the demodulator connected to the additional outputs 41 of the power supply 6.

Все узлы устройства имеют выводы, соедин ющие их с общей шиной.All nodes of the device have pins connecting them to a common bus.

Шина 8 источника б питани соединена с общей шиной, а шина 7 соединена со входами 10, 33 датчика 9 тока и сумматора 32 соответственно, выход 12 датчика 9 тока соединен с вершиной 2 питающей диагонали тензомоста 1, а друга вершина 3 соединена с общей шиной. Выход 11 датчика 9 тока подключен ко входу 37 формировател 36 сигнала коррекции Первый его вход 38 через резистор 13 подключен ко входу 16 блока 14 сравнени . Второй выход 39 под0 ключей ко входу 34 сумматора 32, выход 35 которого соединен с шиной 29 опорного сигнала управл емого делител 28 напр жени . Выход 31 управл емого делител 28 напр жени подключен ко входу 15 блока 14Bus 8 of power supply source 6 is connected to a common bus, and bus 7 is connected to inputs 10, 33 of current sensor 9 and adder 32, respectively, output 12 of current sensor 9 is connected to apex 2 of the supply diagonal of strainer 1, and the other apex 3 is connected to a common bus. The output 11 of the current sensor 9 is connected to the input 37 of the correction signal generator 36. Its first input 38 is connected via the resistor 13 to the input 16 of the comparison unit 14. The second output 39 is a sub0 key to the input 34 of the adder 32, the output 35 of which is connected to the bus 29 of the reference signal of the voltage divider 28 being controlled. The output 31 of the controlled voltage divider 28 is connected to the input 15 of the block 14

5 сравнени . Вершины 4,5 измерительной диагонали тензомоста 1 подключены ко входам 17, 18 блока 14 сравнени , выход 19 которого подключен ко входу 21 нуль-органа 20.5 comparisons. The vertices 4.5 of the measuring diagonal of the strain gauge 1 are connected to the inputs 17, 18 of the comparator unit 14, the output 19 of which is connected to the input 21 of the null organ 20.

0Выход 23 нуль-органа 20 подключен ко0 Exit 23 of the zero-body 20 is connected to

входу 26 блока 25 управлени , цифровые выходы 27 которого подключены к управл ющим входам 30 управл емого делител 28 напр жени .an input 26 of a control unit 25, the digital outputs 27 of which are connected to the control inputs 30 of a controlled voltage divider 28.

5Нуль-орган 20 предназначен дл анализа разностного сигнала, поступающего на его входе выхода тензомоста 1 и выработки управл ющего сигнала, свидетельствующего о компенсации или перекомпенсации5Zero-organ 20 is designed to analyze a difference signal, which comes at its input to the output of the strain gauge 1 and generate a control signal indicating compensation or overcompensation

0 уравновешивающей схемы в процессе измерени и служащего дл управлени работой блока 25 управлени 0 balancing circuit in the measurement process and is used to control the operation of the control unit 25

Нуль-орган 20, блок 25 управлени и управл емый делитель 28 напр жени обра5 зуют аналого-цифровой преобразователь уравновешивающего типа, предназначенный дл преобразовани в код выходного сигнала тензомоста. Тип уравновешивани определ етс логикой работы блока 25 уп0 равлени , который вл етс устройством, вырабатывающим выходной сигнал в виде параллельного двоичного (двоично-дес тичного ) кода, управл ющего работой делител 28 напр жени . Изменение выходногоThe zero-body 20, the control unit 25, and the controlled voltage divider 28 form an equilibrium-type analog-to-digital converter designed to convert the tensome bridge to an output signal code. The type of balancing is determined by the operation logic of the control unit 25, which is a device that generates an output signal in the form of a parallel binary (binary-decimal) code controlling the operation of voltage divider 28. Output change

5 кода блока 25 управлени происходит по управл ющему сигналу, поступающему с выходаааааа 23 нуль-оргна 20.5, the code of the control block 25 occurs on the control signal from the output of the zero-signal 20.

Устройство дл измерени сигналов тензомоста работает следующим образом.A device for measuring the signal of the tensometer works as follows.

0 При подаче питани от источника 6 питани через вход 10 и выход 12 датчика 9 тока запитываетс тензомост 1. .0 When power is supplied from the power source 6, the strain gauge 1 is energized via the input 10 and the output 12 of the current sensor 9.

Ток, протекающий в измерительной диагонали тензомоста 1, подключенной ко вхо5 дам 17, 18 блока 14 сравнени , , компарируетс с токами, поступающими через резистор 13 с выхода 38 формировател 36 сигнала коррекции и с выхода управл емого делител 28 напр жени на входы 16, 15 соответственно блока 14 сравнени Когда их алгебраическа сумма будет равна нулю, сигнал разбаланса, близкий к. нулевому значению на выходе 19 блока 14 сравнени , регистрируетс нуль-органом 20 по входу 21.The current flowing in the measuring diagonal of the strain gauge 1, connected to inputs 5, 17, 18 of the comparison block 14, is compared with the currents flowing through the resistor 13 from the output 38 of the correction signal generator 36 and from the output of the controlled voltage divider 28 to the inputs 16, 15 according to comparison block 14 When their algebraic sum is equal to zero, the unbalance signal close to the zero value at the output 19 of the comparison block 14 is recorded by the zero-authority 20 at input 21.

При по влении сигнала разбаланса с выхода 23 нуль-органа 20 на вход 26 блока 25 управлени поступает сигнал, измен ющий состо ние его выходов 27 таким образом , что по входам 30 управл емого делител 28 его состо ние измен етс , формиру на выходе 31 сигнал, компенсирующий измер емый, который вызвал разбаланс. Таким образом, на выходе 19 блока 14 сравнени сигнал разбаланса сни- жаетс до значени , близкого к нулевому.When the imbalance signal appears from the output 23 of the null organ 20 to the input 26 of the control unit 25, a signal is received that changes the state of its outputs 27 so that, at the inputs 30 of the controlled divider 28, its state changes, forming at output 31 the signal compensating the measurable that caused the imbalance. Thus, at the output 19 of the comparator unit 14, the imbalance signal is reduced to a value close to zero.

Изменение тока в диагонали тензомоста 1, вызванное изменением его сопротивлени при воздействии температуры и давлени , компенсируетс изменением опорного напр жени управл емого делител 28 напр жени , подаваемого на его вход 29 с выхода 35 сумматора 32. В результате нескомпенсированной остаетс только часть сигнала, пропорциональна относи- тельному изменению сопротивлений плеч тензомоста 1 при воздействии на тензомост 1 давлени .The change in current in the diagonal of the strain gauge 1, caused by the change in its resistance when exposed to temperature and pressure, is compensated by a change in the reference voltage of the controlled voltage divider 28 supplied to its input 29 from the output 35 of the adder 32. As a result, only part of the signal remains uncompensated - to a change in the resistance of the shoulders of the strain bridge 1 when the pressure bridge 1 is affected.

В момент баланса схемы сопротивление тензомоста 1 в силу короткозамкнуто- сти его диагоналей равно его четырем параллельно соединенным плечам. Это в четыре раза меньше, чем в прототипе. Кроме этого, тензомост соединен одной из вершин своей питающей диагонали с общей шиной. Эти отличи уменьшают сигнал электромагнитной наводки и упрощают экранировку тензомоста 1 и измерительной схемы.At the moment of the balance of the circuit, the resistance of the tensome 1 due to the short-circuiting of its diagonals is equal to its four parallel connected shoulders. This is four times less than in the prototype. In addition, the tensome bridge is connected to one of the vertices of its supply diagonal with a common bus. These differences reduce the signal of electromagnetic interference and simplify the shielding of the strain bridge 1 and the measuring circuit.

Компенсаци температурной погреш- ности устройства имеет качественно прин- ципиальные отличи и позвол ет практически стопроцентно устранить температурную погрешность тензомоста. Это обусловлено ужо упом нутым режимом ра- боты схемы с короткозамкнутыми диагонал ми в момент уравновешивани . В силу чего четырехплечий мост трансформируетс в двухполюсник, и все непропорциональные изменени в соотношении Compensation of the temperature error of the device has qualitatively fundamental differences and makes it possible to almost completely eliminate the temperature error of the tensome bridge. This is due to the already mentioned mode of operation of a circuit with short-circuited diagonals at the moment of balancing. By virtue of which, a four-shoulder bridge is transformed into a two-port network, and all disproportionate changes in the ratio

сопротивлений его плеч одинаково сказываютс на изменении сопротивлени моста относительно его измерительной и питающей диагоналей. Таким образом, вызванное воздействием температуры приращение тока , протекающего через измерительную диагональ тензомоста, пропорционально приращению тока, протекающего через его питающую диагональ.the resistances of his shoulders equally affect the resistance of the bridge relative to its measuring and supply diagonals. Thus, the increment of current flowing through the measuring diagonal of the strain gauge caused by the temperature is proportional to the increment of the current flowing through its supply diagonal.

Формул а изо бретени Устройство дл измерени сигналов тензомоста, содержащее четырехплечий тензомост, последовательно соединенные источник питани и датчик тока, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста, последовательно соединенные блок управлени и управл емый делитель напр жени , нуль-орган, синхронизирующие входы которого соединены с дополнительными выходами источника питани , выход - со входом блока управлени , а источник питани , управл емый делитель напр жени , нуль-орган и блок управлени соединены с общей шиной, отличающеес тем, что, с целью повышени точности за счет устранени температурной погрешности и повышени помехоустойчивости за счет шунтировани наводимых помех, оно снабжено последовательно соединенными формирователем сигнала коррекции и сумматором, выход которого соединен со вторым входом управл емого делител напр жени , блоком сравнени , первый вход которого соединен с выходом управл емого делител напр жени , второй вход - через резистор со вторым выходом формировател сигнала коррекции , третий и четвертый входы - с измерительными вершинами тензомоста. а выход - со вторым входом нуль-органа, второй выход датчика тока соединен ей входом формировател сигнала коррекции, второй выход источника питани соединен также со вторым входом сумматора, а втора вершина диагонали питани тензомоста, формирователь сигнала коррекции, датчик тока, сумматор и блок сравнени соединены с общей шиной.Formula of the Invention A device for measuring a strain gauge signal containing a four-shouldered strain gauge, a power supply connected in series and a current sensor, the first output of which is connected to the first vertex of the power flow diagonal of the strain gauge, a serially connected control unit and a controlled voltage divider, zero-body, clock inputs which are connected to the additional outputs of the power source, the output to the input of the control unit, and the power source, the controlled voltage divider, the zero-organ and the control unit Lazy connected to a common bus, characterized in that, in order to improve accuracy by eliminating temperature error and improving noise immunity due to shunting induced interference, it is equipped with a series-connected correction driver and an adder, the output of which is connected to the second input of a controlled voltage divider , the comparison unit, the first input of which is connected to the output of the controlled voltage divider, the second input - through a resistor with the second output of the correction signal conditioner, t The fourth and fourth entrances are with measuring tops of the tensome bridge. and the output with the second input of the zero-organ, the second output of the current sensor is connected to it by the input of the correction signal generator, the second output of the power source is also connected to the second input of the adder, and the second vertex of the supply diagonal of the strain gauge, the correction signal generator, the current sensor, the adder and the comparison unit connected to a common bus.

Claims

Claim

A device for measuring the signals of the strain gage, containing a four-arm strain gage, a power supply and a current sensor connected in series, the first output of which is connected to the first diagonal of the power supply of the strain gage, a control unit and a controlled voltage divider connected in series, a zero-organ whose synchronizing inputs are connected to additional source outputs power supply, output - with the input of the control unit, and the power source, adjustable voltage divider, zero-organ and control unit are connected to a common bus characterized in that, in order to improve accuracy by eliminating the temperature error and increase noise immunity due to shunting of induced noise, it is equipped with series-connected correction signal shaper and an adder, the output of which is connected to the second input of the controlled voltage divider, a comparison unit the first input of which is connected to the output of the controlled voltage divider, the second input is through a resistor with the second output of the correction signal shaper, the third and fourth inputs are measured with measuring vertices of the strain gage, and the output with the second input of the zero-organ, the second output of the current sensor is connected to the input of the correction signal generator, the second output of the power supply is also connected to the second input of the adder, and the second vertex of the diagonal is the supply of the strain gage; a correction signal generator, a current sensor, an adder and a comparison unit are connected to a common bus.