Преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН А ИЗОБ Т ИСА что, ссчет обключенизирующи о"исследо нергетиГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕГЕЛЬСТ(71) Государственный научивательский институт теплоэческого приборостроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 430277, кл. С 01 В 7/18, 1972.Авторское свидетельство СССРР 682755, кл. С 01 В 7/18, 1979.(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, содержащий измерительный и компенсационный мосты,причем измерительный мост является одним из плечкомпенсационного моста, диагональпитания которого соединена с управляемым источником питания, измерительная диагональ соединена с кор-ректирующим блоком, выход измерительного моста соединен с входом блокапреобразования импенданса в выхоДнойсигнал, о т л и ч а ю щ и й с я тем801074206(Бг) 4 С 01 В 7/18 С 01 Ь 9/О целью новышения точности за еспечения независимости ися воздействий двух дестабилих факторов, введены две пары регулируемых делителей, масштабирующий блок, нагрузочный резистор и регулируемая мостовая схема, причем корректирукщий блок выполнен с дифференциальными выходами, а блок пре-образования нмпеданса в выходной сигнал содержит блок смещения характе-ристики и блок изменения крутизны, причем выходы регулируемых делителей соединены с блоком смещения характеристики, блоком изменения крутизны и управляемым источником питания, уп- Е равляющие входы которого соединены с фр одной из диагоналей регулируемой мос- фф ф товой схемы, другая диагональ которой соединена с выходом масштабируницего блока, а выходы регулируемых Я делителей соединены с выходами кор- файф ректирующего блока, управляющий вход блока изменения крутизны соединен с выходом масштабирующего блока, соеди- нфЬ ненного с нагрузочным резистором, фф) а входы последних соединены с выхо,дом блока преобразования импедансав выходной сигнал.206 Ф 1074Изобретение относится к .измерительной технике и может быть применено, например, в датчиках теплоэнергетических параметров (с преобразователями перемещения, деформации, силы 5и др.) с электрическим выходным сигналом.Известно устройство, содержащееизмерительную и компенсационную мостовые схемы, диагонали питания которых соединены с управляемым источником питания, выход измерительной мостовой схемы подключен к входу преобразователя импеданса в унифицированный сигнал, а выход компенсационноймостовой схемы - к входу корректирующего преобразователя,Недостатком этого устройства яв"ляются невысокие точность и технологичность настройки, обусловленныевзаимозависимостью масштабированиятермокомпенсирующих воздействий назначения нуля и диапазона.Известно также устройство, содержащее измерительную и компенсационную мостовые схемы, причем измерительная мостовая схема является одним из плеч компенсационной мостовойсхемы, диагональ питания которой соединена с источником питания, а изме- ЗОрительная диагональ- с машстабирующимусилителем, корректирующий блок, выход которого соединен с одним из входов сумматора (входной блок преобразователя импеданса в выходной сигнал)", другие входы которого соединены с выходом измерительной мостовойсхемы, а выход сумматора соединен с. входом усилителя,Недостатком этого устройства является невозможность независимого регулированя погрешностей от воздействия других внешних Факторов.Цель изобретения - повышение точности измерений Йутем обеспечения 45независимости регулировок при исключении воздействий от двух дестабилизируюших Факторов,С этой целью в устройство, содержащее измерительный и компенсационный 50мост, причем измерительный мост является одним из плеч компенсационногомоста, диагональ питания которого соединена с управляемым источником питания, измерительная диагональ соедикена с корректирующим блоком, выходизмерительного моста соединен с вхо"дом блока преобразования импеданса в выходной сигнал, введены две парырегулируемых делителей, масштабирующий блок нагрузочный резистор и регулируемая мостовая схема, причемкорректирующий блок выполнен с дифФеренциальными выходами, а блок преобразования импеданса в выходной сиг-,нал содержит блок смещения характеристики и блок изменения крутизны,причем выходы регулируемых делителей,соединены"с блоком смещения характеристики, блоком изменения крутизныи управляемым источником питания, управляющие входы которого соединены содной из диагоналей регулируемой мостовой схемы, другая диагональ которойсоединена с выходами масштабирующегоблока, входы регулируемых делителейсоединены с выходом корректирующегоблока, управляющий вход блока изменения крутизнь 1 соединен с выходом масштабирующего блока, соединенного с .нагрузочным резистором, а входы последних соединены с выходами блокапреобразования импеданса в выходнойсигнал,На чертеже представлена структурйая схема преобразователя.Преобразователь содержит управляемый источник 1 питания (напряжения или, тока), выходы которого под- .ключены к диагонали питания компенсационного моста 2, в котором импеданс элементов Е 1-ЕЗ не зависит отизмеряемого параметра и одним изплеч которого является измерительный мост 3, элементы которого Е 4-Е 7изменяют импеданс при изменении неэлектрической величины. Выход компенсационного моста 2 подключен к входукорректирующего блока 4 с дифференциальными выходами. Выход измерительного моста 3 подключен к входу блока5 преобразования импеданса в выходнойунифицированный сигнал, которьпЪ содержит блок б смещения характеристикии блок 7 изменения крутизны. 1( дифференциальным выходам корректирующего блока подключены регулируемые делители 8 и 9, а выходы делителей подключены к управляющим входам источника 1 питания, блока 6 смещения характеристики и блока 7 изменения крутизны.В выходную цепь блока 5 преобразования импеданса включены нагрузочныйрезистор 10 и масштабирующий блок 11,з074 мой диагонали мостовой схемы 12, другая диагональ которой подключена к .управляющим входам источника 1 питания,В случае, когда используется блок 7 изменения крутизны, к его управляющим входам подключается хотя бы один из выходов регулируемых делителей 8 и 9 и выход масштабирующего блока 11. 1 ОВ преобразователе для коррекции погрешностей выходной характеристики от воздействия дестабилизирующих факторов используется связь, существующая между величиной импеданса измерительного моста, диапазоном изменения импедансов и начальным (нулевым) разбалансом импеданса элементов моста.В числе дестабилизирующих Факто ров могут быть температура, электромагнитное поле и другие, при воздействии которых изменяются импедансы элементов измерительного моста.Устройство работает следующим об разом.Блок 5 преобразования импеданса масштабирован таким образом, что заданному изменению измеряемого параметра, вызывающему изменение импедансов измерительного моста 3, соответствует заданное изменение выходного сигнала в нагрузочном резисторе 10.При начальном значении измеряемого параметра. при помощи блока 6 сме- З 5 щения характеристики выходной сигнал преобразователя устанавливается в заданное начальное (нулевое) значение.Компенсационный мост 2 сбалансирован таким образом, что сигналы на 4 р дифференциальных выходах корректиру.ющего блока 4 равны. Компенсационный мост .2 выполнен так, что воздействие одного дестабилизирующего фактора вызывает синфазное изменение выходного 45 сигнала корректирующего блока 4, а второго - дифференциальное изменение, выходного сигнала корректирующего блока 4.Согласование регулируемых делите О лей 8 и 9, масштабирующих синфазное изменение выходного сигнала корректирующего блока 4 с входами блоков 6 смещения характеристики, источника 1 йитания и блока 7 изменения крутизны 55 обеспечивает работу в режиме источника тока, а согласование делителей 8-1, 9-1, масштабирующих дифференци 206альное изменение выходного сигналаблока 4 со входами блоков 1,6 и 7,обеспечивает работу в режиме источника напряжения.При воздействии дестабилизирующего фактора, изменяющего импеданс измерительного моста 3, на выходе компенсационного моста 2 и, следовательно, на выходах корректирующего преобразователя 4 появится сигнал, величина и Фаза которого однозначно связаны с величиной и направлением изменения импеданса измерительного моста 3.На выходах регулируемых делителей величинаи Фаза сигнала будут зависетьот выбранного коэффициента деления,т,е. могут изменяться в пределах отвеличины и фазы сигнала на одном дифференциальном выходе до величины ифазы сигнала на другом, переходя че.рез нейтральное положение при коэфФициенте деления К= 0,5.Сигналы с выходов регулируемых делителей 8 и 9. воздействуют на управляющие входы блоков 1,6 и .7, влияющих на параметры выходной характеристики таким образом, что компенсируютуходы этих параметров под воздействием какого-либо дестабилизирующегоактора.Изменение положения характеристики(уход нуля) компенсируется воздействи-.ем сигналов с выходов делителей 8на блок б смещения характеристики.Изменение диапазона выходного сиг-.нала и нелинейность компенсируютсявоздействием сигналов с выходов делителей 9 на управляемый источник 1питания или блок 7 изменения крутизны характеристики.Преимущество использования блока7 при управлении крутизной характеристики обусловлено меньшими. изменениями мощности, потребляемой измерительным преобразователем в целом,так как режим питания измерительного моста остается при этом неизменным,В общем случае необходимость наличия делителя и характер его согласования с входом корректируемого блока определяется наличием дестабилизирующего воздействия на параметр характеристики (ноль или диапазон) и характером изменения при этом выходного сигнала корректирующего блока 4 (синфазного или дифференциального)206 ехред В.Кадар,Корректор М. Пожо Редактор С. Титова Тираж 670 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 13035, Москва, Ж, Раушскаяаказ 6590/1 Подписноета СССРрытийнаб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная 5 1074В случаях, когда нет необходимос- ти в компенсации каких-либо составляющих погрешности от воздействия дестабилизирующих факторов, соответствующие регулируемые делители и свя зи могут быть исключены и схема упрощается. Например, если один из дестабилизирующих факторов вызывает только мультипликативную погрешность и определяет синфазное изменение вы ходного сигнала блока 4, а другой дестабилизирующий Фактор вызывает только яддитивную погрешность и определяет дифференциальное изменение выходного сигнала блока 4, то требу ются только делители 8-1 и 9,Компенсация нелинейности путем соединения одного из выходов регулируемых делителей с управляющими входами блоков 1 или 7 возможна лишь в 20 тех случаях, когда изменение измеряемого параметра вызывает существенное изменение импеданса моста 3. Та" кое изменение возможно, если элементы полумостов (24-25, 26-27) изме няются по величине неодинаково или изменяющейся парой явЛяются "диагональные" элементы Е 5-Е 6, 24-27.Поэтому для случая, когда изменения импедансов элементов дифференци альны и хорошо сбалансированны по величине, в преобразователе для коррекции нелинейности вводится связьмежду масштабирующим блоком 11, включенным в цепи выходного сигнала, через регулируемую мостовую схему 12с источником 1 питания или блоком7 изменения крутизны,Применение мостовой схемы 12, регулируемый вход которой подключен к1 выходу масштабирующего блока 11,обеспечивает изменение величины изнака корректирующего воздействия нанелинейность без переключения элемен 1тов схемы.Таким образом, в предложенномпреобразователе благодаря отсутствиюв мостах элементов масштабированиявеличины коррекции исключается воздействие положения регулировочныхэлементов на значения нуля и диапазона при отсутствии дестабилизирующих воздействий, что приводит к повышению точности и технологичностинастроечных операций,Повышение точности обеспечивается независимой регулировкой воздействия от двух дестабилизирующих Факторов, а также за счет компенсациинелинейности, что достигается введением в преобразователи регулируемоймостовой схемы, а также наличием блока 7 изменения крутизны в преобразователе импеданса в выходной сигнал,