Тензометрическое устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7/ 5)5 6 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(73) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) Авторское свидетельство СССР Кг 682766, кл. 6 01 В 7/16, 1975,Авторское свидетельство СССР М. 1525440, кл, 6 01 В 7/16, 1987.Авторское свидетельство СССР В 1775596, кл, 6 01 В 7/16, 1992.(54) ТЕНЗОМ ЕТРИЧ ЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к контрольно - измерительной технике, в частности для измерения неэлектрических величин. Цель изобретения - снижение энергопотребления, Тензометрическое устройство содержит последовательно соединенные тензодатчик, усилитель, управляемый масштабный преобразователь и сумматор, блок питания, второй выход которого соединен со вторым выводом диагонали питания тензодатчика, выходы измерительной диагонали тензодатчика соединены с первым и вторым входами усилителя, первый масштабный преобразователь, выход которого соединен с третьим входом усилителя, второй масштабный преобразователь, выход которого соединен со вторым входом сумматора 4, суммирующий усилитель 7, первый выход которого соединен с входами первого и второго масштабных преобразователей, второй выход - со вторым входом управляющего масштабного преобразова 5 Ц 1827013 теля. а первыи вход - через первыи резистор с первым выходом диагонали питания тензодатчика, первый и второй операционные усилители, второй, третий и четвертый резисторы, инвертирующии вход третьего операционного усилителя соединен с первыми выводами пятого и седьмого резисторов, а неинвертирующий вход - с первыми выводами шестого и восьмого резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с выходом третьего операционного усилителя, девятый резистор, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом третьего операционного усилителя. а второй вывод - с первым выходом блока питания, второй выход последнего соединен со второй вершиной диагонали питания тензодатчика и заземлен, а первый выход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, входами первого и второго масштабных преобразователей и вторым выводом восьмого резистора, первый вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод - с выходом второго операционного усилителя и со вторыми выводами четвертого и шестого резисторов, первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым выводом диагонали питания тензодатчика, а второй вывод - с выходом первого операционного усилителя и со вторыми выводами третьего и пятого резисторов, инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены между собой и с первыми выводами третьего и четвертого резисторов. 1 ил.Изобретение относится к контрольно -измерительной технике, в частности, для измерения неэлектрических величин вусловиях широких диапазонов и быстроменяющихся температур, 5Цель изобретения - снижение энергопотребления.На фиг, 1 приведена схема предлагае-мого устройства,Устройство содеркит тензодатчик 1, 10усилитель 2, управляемый масштабный преобразователь 3, сумматор 4, блок питания 5,электронный амперметр б суммирующийусилитель 7, операционные усилители 8 - 10,резисторы 11 - 19, первый и второй масштаб- "5ные преобразователи 20 и 21.Измеряемый сигнал с выхода измерительной диагонали тензодатчика 1 поступает на первый и второй входы усилителя 2,далее на первый вход управляемого масштабного преобразователя 3 и первый входсумматора 4, с вь 1 хода которого сигнал поступает на регистратор (на фиг. 2 не показан), Сигнал с первого выхода блокапитания 5 поступает на входы первого 20 ивторого 21 масштабных преобразователей,а с их выходов на третий вход усилителя 2 ивторой вход сумматора 4, а сигнал с первоговыхода блока питания 5 поступает на первый вход электронного амперметра б и повторяется на его втором входе и первомвходе диагонали питания тензодатчика 1,Электронный амперметр 6 формирует корректирующий сигнал, который поступает навторой вход управляемого масштабного .35преобразователя 3, Цепь, сформированнаянг первом 8, втором 9 и третьем 10 операционных усилителя, а также первом 12, втором 11, третьем 13, четвертом 14, пятом 16,шестом 17, седьмом 18, восьмом 19 резисторах формирует сигнал, пропорциональныйтоку через тензодатчик 1, а с помощью девятого резистора 15 осуществляется компенсация начального значения тока черезтенэодатчик 1. 45Тензометрическое устройство работаетследующим образом:На тензодатчик 1 воздействует измеряемая физическая величина и сопутствующееей температурное воздействие т. Сигнал О 1 на первом входе управляемого масштабного преобразователя 3 можно представить;55О 1 (РК 1(1 + Йч Л 1) + Оа Оа Л т 1 К 2 + Оп 1О-, Я 2=г 1,2 (1. + йм Л т) + Оп 1 (1 + --- Од Ьт),где Р - измеряемая физическая величина;К 1 - коэффициент преобразования тензодатчика 1;К 2 - коэФфициент преобразования усилителя 2;Л 1 - приращение температуры, воздействующей на тензодатчик 1;О - выходное напряжение блока питания;п 1 - коэффициент преобразования первого масштабного преобразователя 20;а - коэффициент мультипликативной чувствительности тензодатчика 1 к приращению температуры Ьт;О- а - аддитивное изменение нулевого выходного сигнала тензодатчика 1 на единицу изменения температуры;а - температурный коэффициент ухода нулевого сигнала тензодатчика 1,Схема электронного амперметра 6 реагирует на ток, протекающий через первый и второй входы. Этот ток протекает через тензодатчик 1, Отличительным свойством электронного амперметра 6 является то, что напряжение на его первом входе повторяется на его втором входе с точностью, определяемой напряжениями смещения первого и второго операционных усилителей 8 и 9. Следовательно, при использовании высокоточных операционных усилителей можно утверждать, что напряжение О, снимаемое с первого выхода блока питания 5, повторяется на первом выводе диагонали питания тензодатчика 1, а второй вход электронного амперметра 6 является источником напряжения для тензодатчика 1, При этом на входных цепях электронноо амперметра б падение напряхения равно нулю и, следовательно, не теряется часть напрякения питания тензодатчика 1 и не снижается чувствительность,При равенстве значений резисторов 11 в 14 функцию преобразования электронного амперметра б мохно записатьОа = 2 ЯКз,где Оа - выходное напряжение электронного амперметра б;В - сопротивление резисторов 11 - 14; Кз - коэффициент преобразования суммирующего усилителя 7 по второму инвертирующему и третьему неинвертирующему входам;- ток, протека 1 ощий через диагональ питания тензодатчика 1.Изменение сопротивления диагонали питания теизодатчика 1 под воздействием температуры 1 приведет к изменению (напряхение питания тензодатчика остается стабильным) тока . протекающего черезтензодатчик 1, и выходного напряжения электронного амперметра 6.В начальном состоянии напряжение Оа, вызванное протеканием начального то-ка 1 о через тензодатчик 1, компенсируется с 5 помощью сигнала О, подаваемого на первый вход суммирующего усилителя 7. Г 1 одстройка осуществляется путем регулировки величины девятого резистора 15, На четвертый вход суммирующего усилителя 7 пода ется постоянное смещающее напряжение О.- "=01 К -0102(1+ - а 1 Кз Ж)ОКг К 3+Оп 1 КЯ нала на выход на единицу из 20 Остаточное аддитивное смещениеОп 1 К 4 в выражении (3) устраняют с помощью сумматора 4 путем регулировки коэффициента преобразования п 2 второгомасштабного преобразователя 2125 пг = - п 1 К 4 .Выходное напряжение тензоустройстваОм = РК 1 К 2 К 4и функционально свободно от аддитивной имультипликативной погрешностей, вызываемых температурным дрейфом,Технико-экономическимвом предложенного решениячто в нем снижено энергопо5 счет упрощения устройства.Формула изобретенияТензометрическое устройство, содержащее последовательно соединенные тензодатчик, усилитель, управляемый0 масштабный преобразователь и сумматор,блок питания, второй выход которого соединен с вторым выводом диагонали питаниятензодатчика, выходы измерител ной диагонали тензодатчика соединены с первым ивторым входами усилителя, первый масштабный преобразователь, выход которогосоединен с третьим входом усилителя, второй масштабный преобразователь, выходкоторого соединен с вторым входом сумма 0 тора, суммирующий усилитель, первый выход которого соединен с входами первого ивторого масштабного преобразователей,второй выход соединен с вторым входомуправляемого масштабного преобразовате 5 ля, первый вход соединен через первый резистор с первым выходом диагоналипитания тензодатчика, первый и второй операционные усилители, второй, третий и четвертый резисторы, инвертирующий входтретьего операционного усилителя соедиоэффициент чувю температуры ю коэффициента щего усилителя входам, регулиеличины пятого 7 метрического ом входе управобразователя 3 . т преобразова 30 преимущестявляется то,требление за преобра 3 ого преобичиной О ия на его ффициэсштаемый ещен помощью го сигнал ддитив ревности нала 01,дополнид 02 скор ую, и основно- еобходиОа К 2 м --- аа О п 1Таким образом, на вы щего усилителя формируетс02 - О(1+ КзЖ) где 01 а 1 КЗ - изменение си суммирующего усилителя 7 менения температуры Ж;аКз - температурный к ствительности к изменени Ж, регулируемый с помощь преобразования суммирую 7 Кз по второму и третьему руемого путем изменения в и шестого резисторов 16 иНапряжение Ог на втор ляемого масштабного пре определяет его коэффицие ния К 4: где К 4 - начальный коэзования управляемогоразозателя 3, определначального постоя н ногвтором входе,Для того чтобы стельного термозависимректировать имультипликативную пого информационного симо выполнить условия: Величины Оа, О ам, аа,ся в результате эксперименвыполняют подстройкойпреобразования п 1 первогопреобразователя 20 а условие (2) выполняют подстройкой коэффициента преобразования Кз суммирующего усилителя 7 по второму и третьему входам,О а-01 а 1Управляемый масштабный преобразователь 3 реализует функцию1827013 Составитель С.Исаковедактор З.Ходакова Техред М.Моргентал . Коррек Рев каз 2331 ВНИИП Тирахк Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, У ул. Гагари нен с первыми выводами пятого и седьмого резисторов, а неинвертирующий вход соединен с первыми выводами шестоо и восьмогс резисторов, второй вывод седьмого резистора соединен с выходом третьего 5 операционного усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью снижения знергопотребления, оно снабжено девятым резистором, первый вывод его соединен с инвертирующим входом третьего операци онного усилителя, а второй вывод соединен с первым выходом блока питания, второй выход блока питания соединен с второй вершиной диагонали питания тензодатчика и заземлен. а первый выход блока питания 15 соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, входами первого и второго масштабных преобразователей и вторым выводом восьмого резистора, первый вывод второго резистора соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя, а второй вывод соединен с выходом второго операционного усилителя и вторыми выводами четвертого и шестого резисторов, первый вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и первым выводом диагонали питания тензодатчика, а второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя и вторыми выводами третьего и пятого резисторов. инвертирующие входы первого и второго операционных усилителей соединены между собой и с первыми выводами третьего и четвертого резисторов,