Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля

ь испольения нееличин,прв электри ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРИ ГКНТ СССРОПИСАНИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ УСТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ НУ(57) Изобретенче может бытзовано в устройствах иэмерэлектрических Физических вобразующих входной сигнал ческий с помощью резисторных измерительных мостов, например тензорезисторных. Тензометрический усилительс автоматической установкой нуля содержит измерительный усилитель 2,источник 3 питания, блок 5 управления,согласующий блок 6, тенэомост 1 с резисторными плечами 7-10. ЦиФроанапоговый преобразователь 4, содержащийрезисториую матрицу 16, двухпоэициоиные ключи 17, Тензометрический усилитель имеет упрощенную электрическую схему, что достигнуто использованием для балансировки пассивного элемента - резисторной матрицы, и повы"шенную точность преобразования засчет отсутствия систематической пог-.решности измерений. 1 э.п.ф-лы, 2 ип.50 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляИспользования в устройствах измерения неэлектрических физических вели 5чин, преобразующих входной сигнал вэлектрический с помощью резисторныхизмерительных мостов, например тензорезисторных, а также в измерителяхсопротивлений мостового типа. 10Цель изобретения - повышение точНости преобразования и упрощение схемы за счет устранения погрешностеййреобразования из-за изменения токадвух смежных плеч моста и за счет 15применения пассивного элемента - резисторной матрицы,На фиг.1 изображена схема тензометрического усилителя с автоматической установкой нуля; на фиг. 2 - эпюры напряжений при положительном (отрицательном) напряжении на выходе измерительного усилителя.Устройство содержит тензомост .1,измерительный усилитель 2, источник 253 питания, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4 автоматической балансировМ, состоящий иэ блока 2 управления и согласующего блока 6,Тензомост имеет четыре резисторных плеча 7 - 10. Вершины соедине"ния плеч 7 и 8, 9 и 10 образуют полюса диагонали питания а плеч 7 и1 О, 8 и 9 - полюса измерительной диагонали. Измерительный усилитель 2составлен из двух каскадов, Первыйкаскад представляет собой параллельную операционную схему, состоящуюиз операционного усилителя 11, охваченного отрицательной обратнойсвязью с помощью резистора 12, входыоперационного усилителя подключенык полюсам измерительной диагонали,а выход усилителя 11 соединен с вто-,рым каскадом 13, демодудирующим.Источник 3 питания содержит генератор 14 тока, подключенный к верхнему полюсу. диагонали питания, иоперационный усилитель 15, выход которого подключен к нижнему полюсудиагонали питания, неинвертирующийвход - к общей шине, а инвертирующий - к тому полюсу измерительнойдиагонали, к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 11. ЦАП содержит резисторную55матрицу 16, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпозиционных ключей 17; соединенные вместе одноименные нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты ключей 17 образуют соответственно выходы 18,19 преобразователя 4,которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1Вход резисторной матрицы 16 соединен через согласующий блок 6 с источником 3 питания, Блок 6 содержитдва компаратара 20 и 21, пороговоеустройство 22, элемент 2 И-НЕ 23,ключ 24, выполненный на элементеЗИ-НЕ, генератор 25 импульсов и реверсивный счетчик 26, имеющий счетный вход С и вход режима счета "+",Инвертирующий вход компаратора 20и неинвертирующий вход компаратора21 подключены к выходу измерительного усилителя 2, неинвертирующий входкомпаратора 20 подключен к положительному полюсу +Упор, а инвертирующий вход компаратора 21 - к отрицательному плюсу -Упор, пороговогоустройства 22, Выходы компараторов20 и 21 подключены к входам элемента 2 И-НЕ 23, кроме того, выход компаратора 20 подключен к входу режима счета "л" реверсивного счетчика 26. Генератор 25 импульсов подключен к первому входу ключа 24,на)второй вход которого подается коман11да Балансировка, а к третьему входу подключен выход элемента 23. Выход ключа 24 подключен к счетномувходу С реверсивного счетчика 26,выходы которого подключены к кличам17 ЦАП 4,1 Тензометрический усилитель с автоматической балансировкой работает следующим образом.От генератора 14 тока к тензомосту 1 и согласующему блоку 6 подводится стабильный ток т. (фиг.2 а).Часть этого тока подводится к ЦАП 4 через согласующий блок 6, который поддерживает на входе резисторной матрицы 16 стабильное напряжение Уоп . Ток Т втекающий в матрицу 16, распределяется ключами 17 между токовыми выходами 18 и 19 и используется для балансировки, а его значение определяется выражениемУопВфгде Н , - входное сопротивление резисторной матрицы 16,482874нию) тока на его выходе 19 (фиг,2 к),увеличению (уменьшению) тока на выходе 18 (фиг,2 и) и, соответственно,уменьшению (увеличению) тока плеча 9и увеличению (уменьшению) тока плеча 10. При этом сигнал раэбаланса1 р (фиг.2 л) моста уменьшается, авыходной сигнал Бьы 1 (фиг.2 б) изме рительного усилителя 2 линейно убывает (возрастает), В момент, когдавыходной сигнал Бо, станет меньше(больше) порогового. +11 поР (-Баоо ),т.е. выполнится условие +11 аоР)11 ы15 )-11 поо на выхоДах компаРатоРов 20и 21 установятся сигналы "1" (фиг.2 в,г), которые установят на выходе элемента 23 сигнал "О" (фиг.2 д). Зтотсигнал закроет ключ 24 и запретит 20 прохождение сигналов (Лиг,2 ж) с генератора 25 импульсов на реверсивныйсчетчик 26. На входах счетчика 26зафиксируется код, соответствующийсбалансированному состоянию тензо усилителя.В этом состоянии выходной сигнализмерительного усилителя 2 равеннулю Бььи, = О, следовательно, равеннулю и сигнал разбаланса тенэомоста 30 1 1 р = О, а так как к верхнему полюсу диагонали питания в ПАП подводится стабильный по значению токГо то такой же ток отводится от нижнего полюса.ВПри воздействии измеряемой физической величины на тензорезисторего сопротивление изменяется, Еслиэтот тензорезистор,включен в плечо8 (7) то выходной сигнал Узы тен зоусилителя связан с изменением его .сопротивления выражением 14 К верхнему полюсу диагонали питания тензомоста 1 подводится остальной ток, равный Т -тр,Операционный усилитель 11, осуществляющий виртуальное закорачивание измерительной диагонали, и операц(тонный усилитель 15 поддерживают на полюсах потенциалы, близкие к нулю. Кроме того, операционный усилитель 15 обеспечивает протекание через плечи 9 и 1 О суммарного тока т.о заданного генератором 14 тока, независимо от их сопротивления.С порогового устройства 22 на комБьы (фиг,2 б) положительной.(или отрицательной) полярности. Зтот сигнал обусловлен протеканием тока 1 р (фиг.2 л) через резистор 12 обрат-, ной связи, который втекает (вытекает) в левый полюс измерительной диагонали и который является сигналом разбаланса тензомоста 1. Так как выходной сигнал больше (меньше) порогово-, го +11 оР (Беы ( -Бпоо ), то срабатывает компаратор 20(21) и на его вы- ходе устанавливается сигнал011 1 (фиг,2 в,г), под действием которого реверсивный счетчик 26 установится в режим обратного счета "-1" (прямого счета "+1"), а на выходе элемента 23 появится сигнал "1 " (фиг,2 д). Сигнал "1" с элемента 23 поступит на третий вход ключа 24 и разрешит балансировку. При подаче команды "Балансировка" - сигнала "1" (фиг,2 ж) на второй вход ключа 24 сигналы с генератора 25 импульсов (фиг.2 е) пройдут через ключ 24 (фиг,2 з), поступят на счетный вход С реверсивного счетчика 26 и вызовут изменение кода его выходных сигналов. Изменение вы-ходных сигналов реверсивного счетчика 26 вызовет соответствующее срабатывание ключей 17 преобразователя, . что приведет к уменьшению (увеличе 50 55 параторы 20 и 21 подаются сигналы +11 пор и -Ппор соответственно, которые определяют зону сбалансированности тензоусилителя. Если выходной сигнал Уьы измерительного усилителя 2 попадает в эту зону, т.е.+Ппоо11 оьп 1 ) -цпор, то тензоусилитель считается сбалансированным, а значение его выходного сйгнала принимается равным нулю,Если тензоусилитель разбалансирован, то на выходе измерительного усилителя 2 имеется выходной сигнал 11,=+К(т. ,) ф (11 ЬВЛ )2 Я а если включен в плечо 10(9), то дВ1 В11 Вьп. - к11 -(1 )В 2 В где К - коэффициент, определяемый параметрами элементов тен" эоусилителя; 1 о - суммарный ток, протекающий через плечи 9 и 10(1 о+1 Б) - суммарный ток, протекающий через плечи 7 и 8; 1 - балансировочный ток;-тие., г. Ужгород, ул. Проектна роизв.-полиг- относительное изменение сопротивления тензорезистора. Знак "-" перед правыми частями относится к плечам, указанным в скобках. При использовании предложенного усилителя отсутствует систематическая погрешность измерений, обусловленная балансировкой тензомоста при питании его стабильным током, благодаря использованию 1 УЛ с токовыми выходами, подключенными к обоим полюсам измерительной, диагонали; проще устройство автоматической балансировки, что достигнуто использованием для балансировки пассивного элемента - резисторной матрицы, входящей в состав ЦАП, обеспечивающего получение, компенсирующего сигнала, совпадающего по форме и Фазе с сигналом питания тензомоста. ФФормула из обретения 1, Тензометрический усилитель савтоматической установкой нуля, со, держащий тензомост, к измерительной , диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания,48287 6подключенный к диагонали питания тензомоста, цифроаналоговый преобразова"тель и блок управления, о т л и - 5ч ающий с я тем, что, с цельюпонышения точности преобразованияи упрощения схемы, в него введен согласующий блок, вход которого соединен с вершиной диагонали питания тен зомоста, а выход - с входом цифроаналогового преобразователя, выходыкоторого соединены с соответствующимивершинами измерительной диагонали моста, а входы управления соединены с 15 соответствующими выходами блока управления,2. Усилитель по п.1, о т л и ч а ю-.щ и й с я тем, что цифроаналоговыйпреобразователь содержит резисторную 20 матрицу, выходы которой соединены ссоответствующими переключающими контактами двухпоэиционных ключей, число которых равно числу разрядов цифроаналогового переключателя, при 25 этом вход резисторной матрицы является входом цифроаналогового преобразователя, а нормально замкнутые контакты двухпозиционных ключей соединеныи являются первым выходом цифроанало гового преобразователя, .вторым выходом которого являются соединенныенормально разомкнутые контакты двухпозиционных ключей.