Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля

(Ь Од ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1448287, кл. 6 01 й 17/00, 1985.(54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ САВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ НУЛЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет выравнивания токов в смежных плечах тенэомоста. Устройство содержит тензомост 1 с источником питания 3 в диагонали питания тензомоста 1. Выводы диагонали питания тенэомоста 1 через согласующие блоки 7 и 8 соединены с входами резисторных матриц 18 и 22 соответствующих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) 4 и 5. Входы управления ЦАП 4 и 5 соединены с выходами блока управления 6, Выходы резистор1633362 10 15 20 25 30 35 40 ных матриц 18 и 22 цифроаналоговых преобразователей 4 и 5 соединены с переключающими контактами ключей 19 и 23, причем выводы нормально замкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 соединены с выводами нормально разомкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5 и подключены к выводу измерительной диагонали тензмоста 1, к другому выводу которой подключены соединенные соответственно выводы нормально разомкнутых контактов ключей 19 основного ЦАП 4 и выводы норИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для использования в устройствах измерения неэлектрических физических величин, преобразующих входной сигнал в электрический с помощью резисторных измерительных мостов, например тензореэисторных, и является усовершенствованием изобретения по авт, св, М 1448287.Целью изобретения является повышение точности измерений путем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тензомоста.На чертеже представлена электрическая схема тенэометрического усилителя с автоматической установкой нуляУстройство содержит тензомост 1, измерительный усилитель 2, источник 3 питания, элементы автоматической балансировки, состоящие иэ цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 4 и 5, блока 6 управления и согласующих блоков 7 и 8.Тензомост имеет четыре плеча 9 - 12, Точки соединения плеч 9 и 10, 11 и 12 образуют полюса диагонали питания, а плеч 9 и 12, 10 и 11 - полюса измерительной диагонали,Измерительный усилитель 2 состоит из двух каскадов, Первый каскад представляет собой параллельную операционную схему, состоящую из операционного усилителя 13, охваченного отрицательной обратной связью с помощью резистора 14, Входы операционного усилителя подключены к полюсам измерительной диагонали, выход усилителя 13 соединен с вторым каскадом 15, демодулирующим.Источник 3 питания содержит генератор 16 тока, подключенный к верхнему полюсу диагонали питания, и следящий источник напряжения на операционном усилителе 17, выход которого подключен к мально замкнутых контактов ключей 23 второго ЦАП 5. В сбалансированном тенэомосте суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, одинаков и равен 1 О. В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тензореэисторы, включенные в плечи моста, их чувствительность одинакова для всех плеч, и систематическая ошибка измерения устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тенэомоста 1. 1 ил,нижнему полюсу диагонали питания, неинвертирующий вход к операционной земле, а инвертирующий - к тому полюсу измерительной диагонали, к которому подключен неинеертирующий вход операционного усилителя 13. ЦАП 4 содержит резисторную матрицу 18, ветви которой подключены к переключающим контактам деухпозиционных ключей 19, Соединенные вместе одноименные нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты ключей 19 образуют соответственно выходы 20 и 21 ЦАП, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1. Вход резисторной матрицы 18 соединен через согласующий блок 7 с источником 3 питания, ЦАП 5 содержит резисторную матрицу 22, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозиционных ключей 23, Соединенные вместе одноименные нормально разомкнутые и нормально замкнутые контакты ключей 23 образуют соответственно выходы 24 и 25 ЦАП 5, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1. Вход реэисторной матрицы 22 соединен через согласующий блок 8 с источником 3 питания.Конкретное выполнение блока б управления зависит от выбранного способа балансировки и функциональных свойств использованных элементов. В предлагае мом тензоусилителе блок б управления осуществляет следящую балансировку и содержит два компаратора 26 и 27, пороговый элемент 28, элемент 2 И-НЕ 29, ключ 30 выполненный на элементе ЗИ-НЕ, генератор 31 импульсов и реверсиеный счетчик 32,имеющий счетный вход С и вход режима счета " 4. 1". Инеертирующий вход компаратора 26 и неинвертирующий вход компаратора 27 подключены к выходу измерительного усилителя 2, неинеертирующий вход компаратора 2 б подключен к по 1633362ложительному полюсуОп 0 р, а инвертирующий вход компаратора 27 - к отрицательному полюсу -Опор порогового элемента 28,Выходы компараторов 26 и 27 подключенык входам элемента 2 И - НЕ 29. Кроме того, 5выход компаратора 26 подключен к входурежима счета " . 1" реверсивного счетчика32. Первый вход ключа 30 служит для подачикоманды "Баланс", к второму входу подключен генератор 31 импульсов, выход элемента 29 подключен к третьему входу ключа.Выход его подключен к счетному входу Среверсивного счетчика 32, выходы которогосоединены с ключами 19 и 23,Тензоусилитель с автоматической балансировкой работает следующим образом.От генератора 16 тока к тензомосту 1 исогласующему блоку 7 подводится стабильный ток 1, +о. Часть этого тока 1 о подводится к ЦАП 4 через согласующий блок 1, 20который поддерживает на входе резисторной матрицы 18 стабильное напряжениеОоп. Токг втекэющий в матрицу 18, распределяется ключами 19 между токовыми выходами 20 и 21 и используется для 25балансировки, э его значение определяетсявыражениемОоп1 гВм30где В - входное сопротивление резисторной матрицы 18,Ток, протекагощий через АП 5, также равен 1 г его величинэ поддерживается со гласующил блоком 8. К верхнему полюсу диагонали питания тензомостэ 1 подводится стабильный ток 1 ко горый является суммарным токи. плеч 9 и 10.Операционный усилитель 13, осуществ ляющий виртуальное закорэчивание измерительной дэгонэли, и операционный усилитель 17 поддерживает нэ полюсах поте, пиалы, близкие к улю. От прэяого полю;э измерительнол диагонали;ензомостэ 1 45 чо",ле отводится. э от левого полксэ ложет отводиться гок рэзбэлэнса моста 1, - , в измерительный ус,литель 2 Егли тензоусилитель сбалансирован, то его вь:хладной сигнал Овых равен нулк, следовательно равен нулю 50 и ток 1 Р, К г,ыхпду операционноо усилителя 17 подводится такои жп ток хоторьй дает генератор 16 тс а, т е 10 + 1; Г ледовательно, из нижнего попала диагонали питания55 тенэомоста 1 вытекает ток 10, являющийся суммарным током плеч 11 и 12.Таким образом, в сбалансированном тензоусилителе суммарный ток плеч, подключенных к полюсам диагонали питания, т. е. плеч 9, 10 и 11, 12, одинаков и равен 10. В этом случае при воздействии измеряемой физической величины на тенэорезисторы. включенные в плечи моста, их сопротивление меняется и выходной сигнал Овнх тензометрического усилителя определяется выражениемЛйв ЛЙ 1 о + ЛВ 11 Лйгйя Йю В Нг) где К - коэффициент, определяемый параметрами элементов тензоусилителя;1, - суммарный ток, протекающий через смежные плечи моста;Лй-- относительное изменение сопройтивления соответствующего плеча моста,Чувствительность тензоусилителя к изменению сопротивления одинакова для всех плеч, систематическая ошибка измерений устраняется при использовании в качестве рабочих любых плеч тензомоста,Формула изобретения Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля по авт, св, М.1448287, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерений пу" тем выравнивания токов в смежных плечах тензомоста при использовании в качестве рабочих всех плеч тенэомоста, дополнительно введены второй согласующий блок и второй цифроаналоговый преобразователь, вход которого через второй согласующий блок соединен с друой вершиной диагонали питания тензомоста, а входы управления которого соединены с соответствующими выходами блока управления, причем выходы нормально замкнутых контактов двух позиционных ключей второго цифроаналогового преобразователя соединены с выходами нормально разомкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроаг налогового преобразователя, а выходы его нормально разомкнутых контактов соединены соответственно с выходами нормально замкнутых контактов двухпозиционных ключей основного цифроаналогового преобразо- вателя