SU1758414A1

SU1758414A1 - Тензометрическое устройство

Info

Publication number: SU1758414A1
Application number: SU904820288A
Authority: SU
Inventors: Валентина Васильевна Пащенко; Владимир Павлович Маланин; Валерий Андреевич Фильчиков; Сергей Алексеевич Исаков
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени деформации в услови х широких диапазонов и быстромен ющихс температур. Цель изобретени - повышение точности за счы регулировани температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и за счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилител в услови х различного температурного воздействи на тензомост и усилитель. Тензо- метрическое устройство позвол ет устранить мультипликативную погрешность не только от дрейфа электрического сопротивлени тензорезисторов тензомоста, но и от температурного дрейфа параметров предшествующего механического тракта преобразовани за счет регулиро1зки коэффициента передачи корректирующих сигналов . Предлагаема схема коррекции позвол ет осуществить настройку схемы температурной коррекции без изменени чувствительности к измер емому параметру . 1 ил. сл с

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени деформации в услови х широких диапазонов и быстромен ющихс температур .

Известно тензометрическое устройство , содержащее тензомост, источник питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста , второй выход источника питани через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питани тензомоста , последовательно соединенные второй и третий резисторы, выводы которых соединены с первым и вторым выходами источника питани соответственно, последовательно соединенные сумматор и усилитель , входы сумматора соединены с

выходом измерительной диагонали тензомоста , и масштабный усилитель, первый вход которого соединен с вторым выходом источника питани , второй вход - со средней точкой соединени второго и третьего резисторов, а выход масштабного усилител соединен с третьим входом сумматора.

Однако точность известного устройства невелика, поскольку корректируетс только аддитивна составл юща температурного дрейфа основного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс тензометрическое устройство, содержащее тензомост, блок питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй

|

СЛ 00

4

вершиной диагонали питани тензомосга, усилитель, первый и второй выходы которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управл емый масштабный преобразователь .

Однако в этом устройстве не корректируютс аддитивна и мультипликативна температурные погрешности усилител , отсутствует также возможность регулировки температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала.

Кроме того, в данном устройстве коррекции подвергаетс только часть тензомет- рического устройства, начина с электрического сигнала (дрейф сопротивлени тензомоста), и не корректируетс мультипликативна погрешность механического тракта преобразовани , возникающа от воздействи температуры. Недостатком этого устройства вл етс также его функциональна неполнота, в его структуре отсутствует на выходе регулируемый усилитель, поскольку условие коррекции температурных погрешностей не обеспечивает требуемый номинальный коэффициент преобразовани .

Цель изобретени - повышение точности за счет регулировани температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и за счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилител в услови х различного температурного воздействи на тензо- мост и усилитель.

Поставленна цель достигаетс тем, что в тензомстрическом устройстве, содержащем блок питани , первый вход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питани тензомоста, усилитель , первый и второй входы которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управл емый масштабный преобразователь, выход усилител соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенного с управл емым масштабным преобразователем, а устройство снабжено последовательно соединенными датчиком температуры, первым масштабным преобразователем и вторым сумматором, выход которого соединен с вторым входом управл емого масштабного преобразовател , делителем напр жени , выполненным в виде последовательно соединенных второго и третьего резисторов, вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока питани , вывод третьего резистора соединен с вторым выходом блока питани и с земл ной шиной, вторым масштабным преобразователем , выход которого соединен с третьим входом усилител , третьим масш5 табным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора , третьим .сумматором, вход которого соединен с выходом управл емого масштабного преобразовател , выход- с. входом

10 регистратора, четвертым масштабным преобразователем , выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, п тым масштабным преобразователем, первый вход которого соединен с второй вершиной

15 диагонали питани тензомоста, второй вход - со средней точкой соединени второго и третьего резисторов, выход - с вторым входом второго сумматора, а первый выход блока питани соединен также с третьим

20 входом второго сумматора и с входами второго , третьего и четвертого масштабных преобразователей.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

25 Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензо- мост 1, усилитель 2, первый сумматор 3, управл емый масштабный преобразователь 4, второй сумматор 5 и регист ратор (не

3Q показан), блок 6 питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста 1, второй его выход через первый резистор 7 соединен с второй вершиной диагонали питани тензо35 моста 1, последовательно соединенные датчик 8 температуры, первый масштабный преобразователь 9 и третий сумматор 10, выход которого соединен с вторым входом управл емого масштабного преобразователи л 4, делитель напр жени , выполненный в виде последовательно соединенных второго и третьего резисторов 11 и 12 соответственно , вывод второго резистора 12 соединен с вторым выходом блока б пита с- ни и с земл ной шиной, второй масштабный преобразователь 13, выход которого соединен с третьим входом усилител 2, третий масштабный преобразователь 14, выход которого соединен с вторым входом первого

цр сумматора 3, четвертый масштабный преобразователь 15, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 5, п тый масштабный преобразователь 16, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питани тензомоста 1, второй вход - со средней точкой соединени второго и третьего резисторов 11 и 12, выход - с третьим входом третьего сумматора 10, а первый выход блока 6 питани соединен также с третьим входом третьего сумматора

55

10 и с входами второго, третьего и четвертого масштабных преобразователей 14. 13 и 15 соответственно.

Первый сумматор 3 предназначен дл сложени сигналов с выходов третьего масштабного преобразовател 14 и усилител 2.

Третий сумматор 10 предназначен дл формировани сигнала, корректирующего мультипликативные составл ющие температурных погрешностей тензомоста 1 и усилител 2 путем сложени сигналов с выхода первого масштабного преобразовател 9, посто нного уровн с первого выхода блока 6 питани и с выхода п того масштабного преобразовател 16.

Первый масштабный преобразователь 9 предназначен дл настройки мультипликативной состав/.чющеи температурной по) решности усилител 2 путем регулировани коэффициента передачи сигнала датчика 8 температуры и может Оыгь реализован на операционном усилителе.

Второй масштабный преобразователь

13предназначен дл настройки аддитивной составл ющей температурной погрешности тензомоста 1 путем формировани требуемого уровн смещени и может быть выполнен в виде резисгивного делител или делител на операционном усилителе.

Третий масштабный преобразователь

14предназначен дл настройки аддитивной температурной погрешности усилител 2 путем формировани необходимого уровн смещени и может быть выполнен в виде резистивного делител или делител на операционном усилителе.

Четвертый масштабный преобразователь 15 предназначен дл настройки начального выходного уровн тензометри- ческого устройства и может быть выполнен в виде резистивмого делител или делител из операционном усилителе.

П тый масштабный преобразователь 16 предназначен дл настройки мультипликативной составл ющей температурной погрешности тензомоста 1 и реализован по схеме дифференциального усилител с регулируемым коэффициентом передачи.

Тензометрическое устройство работает следующим образом.

На вход тезомоста 1 действует измер ема физическа величина и сопутствующее ей температурное воздействие ti. Вследствие возможного значительного удалени усилител 2 от тензомоста 1 на него действует другое температурное воздействие t2, отличное от ti.

Сигнал Ui на первом входе управл емого масштабного преобразовател 4 можно представить в виде:

Ui (PKi (1 +«MI Ati) + Ua1rc i Ati +

-HI П1 ) K2 ( 1 + OMj At2 ) + Uao «a7 A t2 + + U П2 PKi K2 ( 1 + OMi A ti + CCM2 A t2 +

-I-OM1 ома Ati At2 ) + U ( K2 m -f n2 ) x

K2 Uai Oa

x(1 +

4U (K2m +П2)

ЦК2П10М2 + Ua2«a2 U (K2 П1 + П2)

Кг «M Ua2 C4i2

Г f

U(K2m +02)

Ati -t- -- --A12-I

(U

где Р - измер ема физическа величина;

KI - коэффициент преобразовани тен- зомоста 1;

К2 - коэффициент преобразовани усилител 2;

Ati - приращение температуры, воздействующей на тензомост 1; At2 - приращение температуры, РОЗ действующей на усилитель 2;

U - выходное напр жени бпока 6 пи а- ни ;

г,1 - коэффициент прсобразоспни вто- рою масштабного преобразовател 13;

пз коэффициент преобразовани третьего масштабного преобразовател 14; ам коэффициент мультипликативной чувствительности тензомоста 1 кприра- щению температуры Ati;

ам2 коэффициент мультипликативной чувствительности усилител 2 к приращению температуры At2;

Uai Oai - аддитивное изменение выходного сигнала тензомоста 1 на единицу изменени температуры Ati;

аддитивное изменение выходного сигнала усилител 2 на единицу из- мепени температуры A t2;

Оъ - температурный коэффициент ухода нул тензомоста 1:

Ga2 температурный коэффициент ухода нул усилител 2.

Как видно из выражени (1), дополнительна погрешпостьтензометрического устройства без коррекции определ етс температурным воздействием на тензомост 1 Ati и температурным воздействием на

усилитель 2 At2. Дл того, чтобы скорректировать дополнительные погрешности и от температурного воздействи Ati, и от температурного воздействи Ли, необходимо выделить дополнительные сигналы, пропорциональные как Ati, так и A tz. Сигнал , пропорциональный температурному воздействию на тензомост 1, выдел етс с помощью первого резистора 7, напр жение на котором определ етс температурным дрейфом сопротивлени диагонали питани тензомостз 1, и скомпенсирован при начальной температуре гснзомоста 1 сигналом, снимаемым с выхода делител , образованного вторым и третьим резисторами 11 и 12. Сигнал, пропорциональный температурному воздействию на усилитель 2, выдел ют с помощью датчика 8 температуры, в качестве которого можно использовать любой термозависимый элемент (терморезистор, диод, транзистор), а дрейф п того масштабного преобразовател 16 мохшо учесть, выполнив пересчет его величины к входу датчика 8 температуры , поскольку они наход тс в одинаковых температурных услови х.

Сигнал U2 на втором входе управл емого масштабного преобразовател 4 формируетс в следующем виде:

10

15

пор дка малости, выражение (1) можно переписать в виде:

Ui PKi К2(1 4-otai Ati +OMZ At2) +

+u(K2n,+no(()A.,+

-f UK2ni«M2+Ua2At2). (3)

Дл того, чтобы осуществить коррекцию дополнительных погрешностей в выражении (3) при приращени х температур Ati. Ata с помощью одного корректирующего сигнала U2, необходимо выполнить условий (1) и (2):

™. - KaUa1flhi . 2Q ° U(K2ni+n2)

ам2

1)32032 УП2

(4)

25 Условие (2) выполн ют подстройкой коэффициента

П2

Ua2 Qag

(5)

Ui PKi К2(1 4-otai Ati +OMZ At2) +

u(K2n,+no(()A.,+

-f UK2ni«M2+Ua2At2). (3)

ам2

1)32032 УП2

(4)

П2

Ua2 Qag

(5)

П4 Ati -f

(2)

35

30

где Utiatt -изменениесигнала,снимаемого с первого резистора 7, относительно напр жени , снимаемого с делител , образованного вторым и третьм резистора- ми 11 и 12, на единицу измерени температуры Ati:

«ti - температурный коэффициент чувствительности к изменению температуры Ati:

Ut2tft2 изменение сигнала, снимаемого с датчика 8 температуры, на единицу изменени температуры At2,

6tt2 -температурный коэффициент чув- ствительности к изменению температуры

At2I

пз - коэффициент преобразовани первого масштабного преобразовател 9;

П4 - коэффициент преобразовани п - того масштабного преобразовател 16.

Пренебрега произведени ми погрешностей при произведении приращений температур AtiAtz как величинами второго

а условие (1) выполн ют подстройкой коэффициента

. Dai Oat Uag 1 U «М2 К2

(6)

Напр жение U2 определ ет коэффициент преобразовани сигнала Ui управл емым масштабным преобразователем 4:

K-f(U2),

(7)

следовательно, если выполнить следующие услови :

QMi

-TJ-OM

(8)

Ut2

U

atana,

(9)

то при реализации отношени Ut/lfe можно добитьс коррекции температурных погрешностей .

Условие (8) выполн ют подстройкой коэффициента гм:

OM U П4 U,i

(Ю)

а условие 9 выполн ют подстройкой коэффициента лз:

U (11)

ССМ2

пз --

Ut2

Величины Dai «a1 . aWl aM2

Uti a Ut.«t2 определ ют экспериментальным путем, а затем вычисл ют значени

КОЭффИЦИеНТОВ Щ, П2, ПЗ, ГМ.

Деление сигнала Ui на первом входе управл емого масштабного преобразовател 4 на сигнал U2, формируемый на его втором входе, позвол ет получить на выходе управл емого масштабного преобразовател 4 сигнал Уз. пропорциональный измер емой физической величине, но функционально не завис щей от температурного воздействи на тензомост 1 Ati и температурного воздействи на усилитель 2 ДЦг:

U3 Ui/U2 UiK Uf(U2)

РК1К2- U(K2ni+ П2)

(12)

Начальное смещение в формуле (2) компенсируетс с помощью второго сумматора 5 и четвертого масштабного преобразовател 15.

Таким образом, выходной сигнал устройства Увых определ етс только измер емой физической величиной Р и коэффициентами преобразовани тензо- датчика 1 и усилител 2.

Claims

Формула изобретени Тензометрическое устройство, содержащее тензомосг, блок питани , первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питани тензомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питани тензомоста , усилитель, первый и второй входы

0

0

которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управл емый масштабный преобразователь, отличающеес тем. что, с цель повышени точности за смет регулировани температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и за счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилител в услови х различного температурного воздействи на тензомост и усилитель , выход усилител соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенного с управл емым масштаб- 5 ным преобразователем, а устройство снабжено последовательно соединенными датчиком температуры, первым масштабным преобразователем и вторым сумматором , выход которого соединен с вторым входом управл емого масштабного преобразовател , делителем напр жени , выполненным в виде последовательно соединенных второго и третьего резисторов , вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока питани и с земл ной шиной, вторым масштабным преобразователем , выход которого соединен с третьим входом усилител , третьим масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора , третьим сумматором, вход которого соединен с выходом управл емого масштабного преобразовател , выход - с входом регистратора, четвертым масштабным преобразователем , выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, п тым масштабным преобразователем, первый сход которого соединен с второй вершиной диагонали питани тензомоста, втором вход - со средней точкой соединени второго и третьего резисторов, выход - с вторым входом второго сумматора, а первый выход блока питани соединен также с третьим входом второго сумматора и с входами второго , третьего и четвертого масштабных преобразователей.

5

0

5

0