Способ преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал и преобразователь неэлектрической величины в электрический сигнал

(51)4 С О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМУ СВ о О 12,ЕЭЛЕКЧЕСКИЙЭЛЕКТРИ- КИЙ измери- испольразцов на несуя - повыя путем ойчивослизацииватель ия. Для й преоб чных ко питающегоспособа в апряже ввести ент енсируюи питаф-лы введены дващих блока,пзмерительн3 ил лю ыхвце а, 2 с. о еского 1 зоб етение си й.я зования путеи устойчиво шение точности преобра повышения стабильности сти цепей питания тензо ого етриче ой свя ста напряжением обра ема уст пособа; а фиг,1 изображена для осуществлени ройства го мост иан схема и измерител торной разв включе ансфор при кой; н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРСИГНАЛ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЧЕСКО 1 ВЕЛИЧИНЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСИГНАЛ(57) Изобретение относитсятельной технике и может бытзовано при создании новых отензометрической аппаратурыщей частоте, Цель изобретеншение точности преобразованповышения стабильности и усти цепей питания тензометрир отно к измерительной технике и может быть использовано при создании нолих обр цов тензометрической аппаратуры на несущей частоте.Целью изобретения является повь моста напряжением обратнои связи,Это достигается тем, что напряжениепитания измерительного моста формируют путем суммирования напряжениязадающего генератора, модулированнойнесущей частоты и усиленной разностисредних значений выпрямленных напряжений на задающем генераторе и активной составляющей напряжения на измерительном мосте. При этом стабильность цепей питания измерительногомоста определяется реализованнымкоэффициентом усиления, а устойчивост. - процессом демодуляции-модуляции в виде обратной связи по среднему значению активной составляющей фиг.3 - эквивалентная схема устройства, изображенного на фиг,1,Устройство для осуществления способа (фиг,1) содержит измерительныймост 1, измерительный усилитель 2,задающий генератор 3, генератор 4управляющих сигналов, усилители 5,повторители 6 напряжения и два одинаковых компенсирующих блока 7, каждыйиз которых содержит ключевой элемент8, один вход которого через резистор9 соединен с выходом соответствующего повторителя 6 напряжения второй через резистор 1 О - с выходомзадающего генератора 3, управляющий10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вход - с выходом генератора 4 управляющих сигналов, а выход соединенс входом интегратора, выполненногона операционном усилителе 11 с конденсатором 12 связи, при этом выходоперационного усилителя 11 и выходзадающего генератора 3 соединены сдвумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен с одним из входов сумматора 14, второйвход которого соединен с выходомзадающего генератора 3, а выход -с входом усилителя 5,Устройство с трансформаторнойразвязкой датчиков (фиг,2) содержитизмерительный мост 1, измерительныйусилитель 2, задающий генератор 3,генератор 4 управляющих сигналов,усилитель 5, повторитель 6 и компенсирующий блок 7, содержащий ключевойэлемент 8, один вход которого черезрезистор 9 соединен с выходом повторителя 6 напряжения, второй черезрезистор 10 - с выходом задающегогенератора 3, управляющий вход - свыходом генератора 4 управляющих сигналов, а выход соединен с входоминтегратора, выполненного на операционном усилителе 11 с конденсатором12 обратной связи, при этом выходоперационного усилителя 11 и выходзадающего генератора 3 соединены сдвумя входами перемножителя 13 сигналов, выход которого соединен содним их входов сумматора 14, второйвход которого соединен с выходомзадающего генератора 3, а выходс входом усилителя 5.Устройство (фиг,1) работает следующим образом,Напряжение питания несущей частотыот задающего генератора 3 поступаетна вход двух одинаковых компенсирующих блоков 7, В каждом таком блокена сумматоре 14 оно складывается снапряжением обратной связи, поступающим с выхода перемножителя 13 сигналов и через соответствующий усилитель 5 питания в качестве напряженияпитания подается на измерительныймост 1, Напряжение обратной связиформируется из напряжения на питающей диагонали измерительного моста )путем модуляции несущей частотойна перемножителе 13 сигналов разности выпрямленных напряжений на задающем генераторе 3 и активной составляющей напряжения на измерительном мосте 1, Операции вычитания ивыпрямления напряжений выполненына резисторах 9 и 1 О, ключевом элементе 8 и интеграторе. При этомключевой элемент 8 и резисторы 9 и10 образуют токовый однополупериодный синхронный детектор, который впервый полупериод работы выделяетотрицательную полуволну активнойсоставляющей напряжения на измерительной диагонали моста 1, а вовторой полупериод - положительнуюполуволну напряжения задающего генератора 3, Осредненный по времени наконденсаторе 2 суммарный ток, протекающий через ключевой элемент 8,преобразуется в усиленную разностьнапряжений на выходе операционногоусилителя 11 интегратора и передается на вход перемножителя 13 сигналов, на другой вход которого поступает напряжение задающего генератора3. Управление работой ключевого элемента 8 производится от генератора4 управляющих сигналов синхронно исинфазно напряжению несущей частоты.Точность передачи напряжения от питающей диагонали измерительного моста 1 на вход резистора 9 обеспеченаиспользованием повторителя 6 напряжения с высоким входным сопротивлением. Выходное напряжение формируется на измерительном усилителе 2путем усиления и демодулированиянапряжения на измерительной диагонали моста 1,Использование изобретения позволяет существенно увеличить стабильность и устойчивость цепей питанияизмерительного моста напряжениемнесущей частоты, что повышает точность измерения деформации. Хлагодаря высокой стабильности измерительных усилителей в современной тензометрической аппаратуре на несущейчастоте точность преобразованияопределяется, главным образом, стабильностьк и устойчивостью активнойсоставляющей напряжения питания моста. Поэтому улучшение параметровцепей питания непосредственно улучшает точность преобразования":1 ффективность способа можно оценить из анализа эквивалентной схемы1 биг,3), соответствующей устройствуна фиг,1.На схеме изображены сумматор14 с коэффициентом передачи К, = 1,5 152компенсирующий блок 7 с кс эффициентом передачи К 1, усилитель 5 питанияизмерительцого моста с коэФФициентомпередачи К, = 1, параметры кабеляпитания мостов 1. и К нагрузка К,эквивалентная сопротивлению мостасо стороны диагонали питания,Определяют величины питающих напряжений 115 (напряжение питаниямоста) и У1 активная составляющая)"Ксоз,сБ 11мф 511 + Р тм лма 11 т ) 1 с г где 1, - напряжение питания несущейчастоты;ср= агстяц 1./(Г+ К,),Отсюда находят коэФФициент передачи устройства4004 10 15 кого моста ц измеряют напряжениеразбаланса ца измерительной диагонали тензометрического моста, о т л и ч а ю 1 Ц и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, выделяют активную составляющую напряжения несущей частоты на диагонали питания тензометрического моста,выпрямляют напряжения несущей частоты и выделенной активной составляющей,определяют разность выпрямленныхнапряжений несущей частоты и активной составляющей, суммируют напряжения несущей частоты и напряжение,пропорциональное разности выпрямленных напряжений, и подают на диагональпитания тензометрического моста,2, Преобразователь неэлектричес,ДК сов сс Формула изобретения 1, Способ преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал, заключающийся в том, что подают напряжение несущей частоты на диагональ питания тензометричесПолученное выражение позволяетопределить изменение 11в зависимости от изменения индуктивности иактивного сопротивления кабеля иливнесенного сопротивления ключей коммутатора датчиков от сопротивленияизмерительных мостов и коэФФициентаобратной связи Кт. Например, приК, = 25 Ом, К = 10 Ом и ссз с = 0,5известный способ дает 11 м/1 т = 0,9на несущей частоте 20 кГц и неустойчивую работу цепей питания измерительного моста, а предлагаем и".способ обеспечивает высокую устойчивость и дает И /Г=- 0,956 при1, - 100 и 1 /11, - О,О 77 при200, Из этого видно, что реа:изация способа существенно уменьпает зависимость активной составляющей напряжения питания несущейчастоты от параметров кабелей исопротивления измерительных мостов,Этс означает увеличение стабильности и точности преобразования, Приэтом дополнительно реализуется высокая устойчивость цепей питаниядля широкого диапазона длины кабелей, 25 30 35 40 кой величины в электрический сигнал,содержащий тензометрический мост,измерительная диагональ которогосоединена с входом измерительногоусилителя, а питающая диагональ - свыходами соответствующих усилителейпитания и с входами соответствующихповторителей напряжения, задающийгенератор, первый выход которогосоединен с общей шиной и генераторуправляющих сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повь- п 1 енпя . очности 1:. меГений, в него введены два компенсирующих блска, каждый из которых содержит ключевой элемент, первий вход которого через РЕЗИСТОР СГОЕДИЦЕН С ПЕРВЫМ СХСтДСМ компенсирующего блока, Второй вход ключевого эл мента чераз резистор соед 1.",.ц с во 1 ьм входом комценсирую 1 е го блокт уп 1 ъ 2 вляющий ВХОД ключвого элеменча соединен с третьимвходом компенсирующего блока, 1. Виход кдюченсго элемснта соединен с 45 первым вхоОм тнтег 1 ато 1 авторойвход котор го соединен с общей шинои, состоящего из операционногоусилителя с мкостцой обратной сяз тю, при этом выход интегратора гое дицеп г первим входом перемцожителя,второй вхо, которого соединен свторым Входом ксмпенсирующего блока,с которым также соединен первыйвход сумматора, второй вход которогосоединен с Выходом перемножителя,а выход суматора соединен с выходомкомпенсирующего блока, первый входкоторого ооедицен с выходом соответствуюп 1 го повторит ля напряжения,1524004 г,2 второй вход - с соответствующимвыходом задающего генератора, третийвход соединен с выходом генераторауправляющих импульсов, вход которого соединен с одним из выходов задающего генератора а выход компенсирующего блока соединен с входом соответствующего усилителя питания.1524004Фиг.ЗСоставитель В.СеменчукРедактор Н,Рогулич Техред М.Ходанич Корректор О.КравцоваЗаказ 7039/48 Тираж 714 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101