Термокомпенсированный параметрический преобразователь

,Белоусов и П,А.Ху.733 (088,8)Оата НапбЬооК Яещсопбцс 1 огз,Яепзогз - РЫ рз, 1986, р. 45, ы и системы управления, 1985,(54) ТЕ МЕТРИ (57) Из 4 РОВАННЫИ ПАРАБРАЗОВАТЕЛЬ сится к измерителье и может найти притензометрической и МОКОМПЕНС ЕСКИЙ ПРЕО ретение отно ике, автомати в частности,ои тех енени ГОСУДАР СТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 449124 (22) 06.10.8 (46) 15,09.9 (71) Азерб венное оба (72) З.М.Б бов(53) 621.317 (56) РЫ 11 рз Ьоок. 313,Прибор М 9, с,21. 9) М (1) 1 О/ /6 фотометрической аппаратуре. Цель изобретения - повышение точности измерения эа счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста - достигается тем, что в преобразователь, содержащий измерительный четырехплечий мост, источник 1, опорного напряжения, операционный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 10. введены два масштабных алгебраических сумматора 9 и 11 и токозадающий резистор 3, Для минимизации термозависимости на/чального напряжения смещения измерительного моста 4 выбирают определенные значения коэффициентов, варьируя значениями коэффициентов, получают необходимую степень термокомпенсации чувствительности преобразователя. 1 ил,Изобретение относится к области измерительной техники, автоматики и телемеханики и может найти применение, вчастности, в устройствах для измерениядавления силы тензометрического типа, например, в дифференциальных фотометрах,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет компенсации температурных погрешностейпараметрического измерительного моста.На чертеже представлена функциональная электрическая схема термокомпенсированного параметрического преобразователя,Схема содержит источник 1 опорногонапряжения, операционный усилитель 2, токозэдающий резистор 3, параметрическийизмерительный мост 4, состоящий из резисторов 5-8, получающих приращения привоздействии измеряемой величины, причемпитающая диагональ измерительного моста4 включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя 2,выходная диагональ измерительного моста4 соединена с первым и вторым входом первого масштабного алгебраического сумматора 9, выход которого соединен со входоманалого-цифрового преобразователя ЯЦП)10, выход операционного усилителя 2 соединен с третьим входом первого 9 и первымвходом второго алгебраических сумматоров11, первый вывод источника 1 опорного напряжения соединен с четвертым входомпервого и вторым входом второго масштабных алгебраическлх сумматоров, токозадающий резистор 3 вклочен между первымвыодом сока 1 Опооного нэпояженияи инвертирующим входом операционногоусилителя 2, второй вывод источника 1опорного напряжения и неинвертирующийвход операционного усилителя 2 соединеныс общей шиной, выход второго масштабногоалгебраического сумматора 11 соединен свходом опорного напряжения АЦП 10, выход которого является выходом устройства,Устройство работает следующим образом.Выходное напояжение 09 сумматора 909 = 2 Л ОК+ 02 К 1 01 К 2, (1)где Л О - полезный сигнал напряжения ввыхОДНОЙ ДиаГонали моста 4,02 - выходное напряжение опсрэционНОГО усилителя 2;К, К 1 - коэффициенты передачи сумматорэ 9 по соответствующим входам;01 - напряжение источника 1;К 2 - коэффициент передачи напряжения опорного источника 1,Напряжение 02 описывается выражением 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0,=-01 В - 4- = 01 - - -- ),(2)2= 1 В1 Взгде Вэ,4 - эвиваленное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4;Во - начальное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4 при температуре то;а - температурный коэффициент эквивалентного сопротивления питающей диагонали измерительного моста 4;Л 1 - абсолютное отклонение температуры измерительного моста 4 от начального значения тоВз - сопротивление токазадающего резистора 3.При постоянной температуре эквивалентное сопротивление измерительного моста 4 с четырьмя активными плечами (причем, противоположные плечи получают одноименные приращения, а смежные - противофазные поиращения) не зависит от значения внешнего измеряемого параметра, т.е. В,4 не зависит от ЛО. Это свойство четырехплечного измерительного моста 4 позволяет использовать сигнал напряжения на питаюгцей диагонали(при питании моста постоянным стабильным током) в качестве веллчины, зависящей от температуры, и пролзводить термокомпенсацию измерительного моста 4; его начального смещения (при нулевом знэченил измеряемого параметра) и чувствительности,Выражение (1) в соответствии с (2) можно записать в виде09 = 2ЛОК - К 101 х"- ,- - " - "-1 . ВзПри выборе значений коэффициентов К 1 и К 2 таких. что выполняется равенство К 1=Вз= К 2- выражение (3) приобретает видВоОо =2 ОК - К 10 - ай. (4)ВоВторой член выражения (4) линейно зависит от разности температур Л 1 (между текущим и начальным значениями) и не зависит от сигнала Л О, а следовательно, и измеряемого параметра моста 4, Выбором значений коэффициентов К 1 и К 2 возможно скомпенсировать собственный температурный коэффициент ао начального смещения измерительного моста 4,Используя тот же принцип, можно уменьшить температурные погрешности чувствительности параметрического преобразователя. Для этого сигнал с выхода питающей диагонали измерительного моста 4 суммируют с опорным напряжением АЦП 10(либо с сигналом на входе операционногоусилителя 2),Выходной код АЦП 10 определяется выражениемМ=йо(5)Огде Ио - опорное число (конец шкалы);О 11 - опорное напряжение, поступающее с выхода сумматора 11,И ап ряжение О 11 оп редел я ется какО 11 = О 2 Кз+ О К 4. (6).С учетом (2), (4) выражение (5) можнопереписать в виде2 ЛО К - К О 1 - оа Л 1ВзВо ВоО К 4 - О 1 - Кз+О - КзаЛ 1Вз ВзЛО(О 1 Во Вок 4 кз + - кз аЛВз Вз,В .аЛВз- К 4 + - Кз (1- а Л 1)ВоВзАнализ выражения (7) показываетследующее, Первый член выражения характеризует полезный сигнал, пропорциональный напряжению Л О. Выбором значенлйкоэффициентов Кз и К: добиваются минимального температурного коэффициентачувствительности преобразователя (приэтом достигается компенсация температурного коэффициента чувствительности самого измерительного моста 4),Второй член выражения не зависит отполезного сигнала Л О, выбирая определенные значения коэффициентов К 1, К 2(как этопоказано), минимизируют термозависимость начального напряжения смещенияизмерительного моста 4,В случае, если компенсировать начальное смещение не требуется (например, используется микросхема АЦП савтоматической коррекцией нуля или ручная балансировка измерительного моста 4),то коэффициенты К 1 и К 2 выбирают равнымО, Формула (7) при этом будет иметь види=2 ", (8)К 4 - Кз - ( 1 - а Л 1)ВоВарьируя значения коэффициентов Кз иК 4, добиваются необходимой степени термокомпенсации чувствительности преобразователя,Следует отметить, что коэффициентыК 2, К 1, Кз и К 4 могут иметь как положительнй, так и отрицательный знак,Коэффициент К выбирается, исходя изнеобходимости согласования уровня полез 5 10 ного сигнала на выходе измерительного моста и чувствительности АЦП.Коэффициенты К 1 и К 2 выбирают, исходя из условия компенсации температурного коэффициента ао начального смещения измерительного моста (коэффициент ао приводится в справочниках из расчета на 1 В питающего напряжения и на 1 С). Математически условие компенсации, исходя из формулы (3), записывается какК = (а,/а) (Вз/Во), (9) К 2 = К 1(Вс/Вз) = ао /а (10) Б:астном случае, когда Во = Вз: имеем К 1 = К 2Аналогично для компенсации температурного коэффицлента д чувствительности моста, коэффициенты Кз и К 4 должны удовлетворять уравнению, полученному из формул (7) или (8);1 + д = К 4 - Кз(1 -а )(Вз/Во) откуда получаем окончательноКз = (д/2)(Вз/Во), (12)к 4 = 1+ кз(Во/Вз) = 1+ д/а (13)Как это следует из приведенных формул(9)-(13), для точного расчета коэффициентов .К 1-К 4 необходимо значение коэффициентов,а, а и дизмер 4 тельногомоста.Однаковозможноиспользование эмпиоического метода настройки, Для этого предварительно сбалан 30 сированный при нормальной температуремост и прл отключенной физической (измеряемой) вел ичи не помещают в термокамеру.Нагревают мост до предельной рабочейтемпературы и, регулируя К 1 и К 2, добиваются минимального разбаланса моста.Затем то же самое, но при подключенной физической величине, проделывают вотношения коэффициентов Кз и К 4, добиваясь одинаковых показаний при двух темпе 40 ратурах,Для достижения высокой точности процесс регулировки можно проводить итерационно, в несколько приемов,В предложенном решении сигнал с вы 45 ходной диагонали используется собственнодля измерения, а сигнал с питающей диагонали - для термокомпенсации, т.е. по сутиработают одни и те же элементы, один и тотже мост. Нет ни временного ни физического50 разделения первичных элементов каналаизмерения и канала компенсации. Это обусловливает более высокую, чем в аналогах,точность измерения ввиду отсутствия неизбежных при разделении этих каналов температурных ошибок, и упрощаетустройство, так как снимается необходимость в использовании дополнительныхтермопреобразователей канала термокомпенсации,1677650 Формула изобретения Составитель В. СеменчукРедактор О. Спесивых Техред М.Моргентал Корректор М, Максимишинец Заказ 3112 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Термокомпенсированный параметрический преобразователь, содержащий параметрический измерительный мост, источник 5 опорного напряжения, операционный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два масштабных алгебраических сумматора и 10 токозадэющий резистор, причем питающая диагональ измерительного моста включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, выходная диагональ измерительного моста соединена с 15 первым и вторым входами первого масштабного алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход операционного усилителя соединен с третьим входом первого и первым входом второго алгебраического сумматоров, первый вывод источника опорного, напряжения соединен с четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сум-маторов, токозадающий резистор включает между первым выводом источника опорного напряжения и инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод источника опорного напряжения и неинвертирующий вход операционного усилителя соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматора соединен с входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя явля. ется выходом термокомпенсированного па. раметрического преобразователя,