Тензометрическое устройство

СО 103 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧГСКИХ 58414 А РЕСПУБЛИК 115 6 01 В 7 ТЕНИЯ ЛЬСТВУ СВИ АВТО во ССС1976,во ССС , 1987,ТРОИСТВО измерительспользовано словиях шиленяющихся я - повышеания темпебретени нике и мо ния деФо онов и бь ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УС (57) Изобретение относится к ной технике и может быть и для измерения деформации в роких диапазонов и быстро температур. Цель изобретени ние точности эа сч регулиро Изо еной тех жИЗ 1 ЛЕРЕ рмдиапаз стур,Известно тензометрическое устройство, содержащее тензомост, источник питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тенэомоста, второй выход источника питания через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, последовательно соединенные второй и третий резисторы, выводы которых соединены с первым и вторым выходами источника питания соответственно, последовательно соединенные сумматор и усилитель, входы сумматора соединены с относится к измерительет быть использовано для ации в условиях широких троменяющихся темпераратурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и за счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилителя в условиях различного температурного воздействия на тензомост и усилитель. Тенэометрическое устройство позволяет устранить мультипликативную погрешность не только от дрейфа электрического сопротивления тензорезисторов тензомоста, но и от температурного дрейфа параметров предшествующего механического тракта преобразования эа счет регулировки коэффициента передачи корректирующих сигналов. Предлагаемая схема коррекции позволяет осуществить настройку схемы температурной коррекции без изменения чувствительности к измеряемому параметру. 1 ил. выходом измерительнои диагонали тензомоста, и масштабный усилитель, первый вход которого соединен с вторым выходом источника питания, второй вход - со средней точкой соединения второго и тре-ьего СО резисторов, а выход масштабного усилите- фь ля соединен с третьим входом сумматора. аОднако точность известного устройства ф, невелика, поскольку корректируется только аддитивная составляющая температурного дрейфа основного сигнала,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тензометричес кое устройство, содержащее тензомост, блок питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тенэомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй5 10 15 20 25 35 40 50 вершиной диагонали питания тензомоста, усилитель, первый и второй выходы которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и упранляеглый масштабный и реобраэонатель,Однако в этом устройстве не корректируются аддитивная и мультипликативная температурные погрешности усилителя, отсутствует также возможность регулировки температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала,Кроме того, в данном устройстве коррекции подвергается только часть тензометрического устройства, начиная с электрического сигнала (дрейф сопротивления тензомоста), и не корректируется мультипликативная погрешность механического тракта преобразования, возникающая от воздействия температуры, Недостатком этого устройства является также его функциональная неполнота, в его структуре отсутствует на выходе регулируемый усилитель, поскольку условие коррекции температурных погрешностей не обеспечивает требуемый номинальный коэффициент преобразования,Цель изобретения - повышение точности за счет регулирования температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и эа счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилителя н условиях различного температурного воздействия на тензомост и усилитель.Поставленная цель достигается тем, что в тенэометрическом устройстве, содержащем блок питания, первый вход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тенэомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управляемый масштабный преобразователь, выход усилителя соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенного с управляемым масштабным преобразователем, а устройство снабжено последовательно соединенными датчиком температуры, первым масштабным преобразователем и вторым сумматором, выход которого соединен с вторым входом управляемого масштабного преобразователя, делителем напряжения, выполненным в виде последовательно соединенных второго и третьего резисторов, вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока питания. вывод третьего резистора соединен с вторым выходом блока питания и с земляной шиной, вторым масштабным преобразователем, выход которого соединен с третьим входом усилителя, третьим масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, третьим сумматором, вход которого соединен с выходом управляемого масштабного преобразователя, выход - с входом регистратора, четвертым масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, пятым масштабным преобразователем, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, второй вход - со средней точкой соединения второго и третьего резисторов, выход - с вторым входом второго сумматора, а первый выход блока питания соединен также с третьил входом второго сумматора и с входами второго. третьего и четвертого масштабных преобразователей.На чертеже представлена блок-схема устройства.Тенэометрическое устройство содержит последовательно соединенные тенэомост 1, усилитель 2, первый суглматор 3, управляемый масштабный преобразователь 4, второй сумматор 5 и регистратор (непоказан), блок 6 питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста 1, второй его выход через первый резистор 7 соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоса 1, последовательно соединенные датчик 8 температуры, первый масштабный преобразователь 9 и третий сумматор 10, выхоц которого соединен с вторым входом управляемого масштабного преобраэователя 4, делитель напряжения, выполненный вниде последовательно соединенных второго и третьего резисторов 11 и 12 соответственно, вывод второго резистора 12 соединен с вторым выходом блока 6 питания и с зеглляной шиной, второй масштабный преобразователь 13, выход которого соединен с третьим входом усилителя 2, третий масштабный преобразователь 14, выходкоторого соединен с вторым входом первого сумматора 3, четвертый масштабный преобразователь 15, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 5, пятый масштабный преобразователь 16, первыйвход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тенэомоста 1, второй вход - со средней точкой соединения второго и третьего резисторов 11 и 12, выход -с третьим входогл третьего суглглатора 10, а первый выход блока 6 питания соединен также с третьим входом третьего сумматора10 и с входами второго, третьего и четвертого масштабных преобразователей 14, 13 и 15 соответственно.Первый сумматор 3 предназначен для сложения сигналов с выходов третьего масштабного преобразователя 14 и ус 4 лителя 2.Третий сумматор 10 предназначен для формирования сигнала, корректирующего мультипликативные составляощие температурных погрешностей тензомоста 1 и усилителя 2 путем сложения сигналов с выхода первого масштабного преобразователя 9, г 1 остоянного уров 1 я с первого выхода блока б питания и с выхода пятого масштабного преобразователя 16. Первый масштабый преобразователь 9 предаэначен длл настройки мультьипликативной составляюцей температурной погрешости усилителя 2 путем регулирования коэффициета передачи сииала датчика 8 температуры и может быть реализован а операционном усилителе.Второй масштабный преобразователь 13 предназначен для настройки аддитивной составляющей температурной погрешности теэомоста 1 путем форлирования требуемого уровня смещения и может быть выполен в виде резистивного делителя или делителя на операционном усилителе,Третий масштабный преобразователь 14 предназначен для настройки аддитивной температурой погрешности усилителя 2 путем формирования необходимого уровня смещения и может быть выполнен в виде резистивного делителя или делителя на операционном усили геле.Четвертый масштабный преобразователь 15 предназначен для настройки начального выходного уровня тензометрического устройства и может быть выполнен в виде реэистивного делителя или делителя 1 а операционном усилителе.Пятый масштабный преобразователь 16 предназначен для настройки мультипликативной составляющей температурной погрешности тензолоста 1 и реализован по схеме дифференциального усилителя с регулируемым коэффициентол передачи.Тенэометрическое устройство работает следуощим образом.На вход тезомоста 1 действует иэлеряемая физическая величина и сопутствуощее ей температурное воздействие 11. Вследствие возможного значительного удаления усилителя 2 от тензомоста 1 на него действует другое температурное воздействие , Отличное От 11.О (К 2 п 1+ пг) где Р - измеряемая физическая величина;К 1 - коэффициент преобразования тенэомоста 1;Кг - коэффициент преобразовая усилителя 2;Л 11 - приращение температурь, воздействующей на тензомост 1;Л 12 - приоащение температуры, воэ действующей на усилитель 2;О - выходное напряжения блока б пи ания:п 1- коэффициент преобразования второго масштабного преобразователя 13;пз - коэффициент преобразования третьего масштабного преобразователя 14;гав - коэффициент мультипликативной чувствительности тензомоста 1 к приращению температуры Л 01,амг - коэффициент мультипликативной чувствительности усилителя 2 к приращению температуры Л 2,0,1 сЪ 1 - аддитивное изменение вы- ХОДНОГО СИГНада тЕнэомОСта 1 на единицу изменения температуры Лт;Оагааг - аддИтИВНОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ВЫ- ходного сигнала усилителя 2 на единицу измеения температуры Л Ь;аа 1 - тЕМПЕратурНЫй КоэффИцИЕНт уХО- да нуля тензомоста 1;ааг - температурный коэффициент ухода нуля усилителя 2,Как видно из выражения (1), дополнительная погрешностьтензометрического устройства без коррекции определяется температурным воздействием на тензомост 1 Л.1 и температурным воздействием на 20 25 30 35 40 5 О 55 Сигнал 01 на первом входе управляемого масштабного преобразователя 4 можно представить в виде: 01 = ( Рк 1 ( 1 + ам 1 Л 11 ) + Оа 1 тга 1 Л 11 +1758414 О 1 = Р К 1 К 2 ( 1 + ам 1 Ь с 1 + ам 2 Ь т 2 ) +5 п 1 ам 2+ Оа 2 ЬТ 2). (3) чтобы ных и при омощ О 2, не Для того дополнитель нии (3) при Ьт 1,Лт 2 с 5 щего сигнала ловия (1) и (2К 2 Оа 1 Оа Условиэффи циент Оа 2 аа 2П 2 1%1П 4 Ь 1+ 02 = О 2 Х 12пз Лт 2 Оа 1 аа 1 Оа 2 О ам- Ф 2) ледовательноСЛОВИЯ выполнить следующи Оас 2 пз ам 2 Ь 2,пз - коэффици го масштабного п 4 - козффиц ТОГО масштабноГО Йренебрегая ностей при произ ператур Ьт 1 Ьт 2ент преобр преобразо иент преоб преОбразо произведе ведении при как велич 1азования перателя 9;разования пя ателя 16.1 ЛМИ ПОГРВШ ращений тем нами второго то при реалдобитьСягрвшностеУсловизффициент во усилитель 2 612. Для того, чтобы скорректировать дополнительные погрешности и от температурного воздействия 611, и от температурного воздействия Л 72, необходимо выделить дополнительные сигналы, пропорциональные как Л 11, так и Л Ь. Сигнал, пропорциональный температурному воздействию на тенэомост 1, выделяется с помощью первого резистора 7, напряжение на котором определяется температур ным дрейфом сопротивления диагонали питания тенэомоста 1, и скомпенсирован при начальной температуре тенэомоста 1 сигналом, снимаемым с выхода делителя, образованного вторым и третьим резисторами 11 и 12, Сигнал, пропорциональный температурному воздействию на усилитель 2, выделяют с помощью датчика 8 температуры, в качестве которого можно использовать любой термозависимый зле мент (термореэистор, диод, транзистор), а дрейф пятого масштабного преобразователя 16 можно учесть, выполнив пересчет его величины к входу датчика 8 температуры, поскольку они находятся в одинаковых 2 температурных условиях,Сигнал О 2 на втором входе управляемого масштабного преобразователя 4 формируется в следующем виде: где Оц а 1 -изменение сигнала, снимаемого с первого резистора 7, относительно напряжения, снимаемого с делителя, образованного вторым и третьм резистора О ми 11 и 12, на единицу измерения температУРы Л 01;а 11 - температурный коэффициент чувствительности к изменению температуры 4 ЬО:012 а 12 - изменение сигнала, снимаемого с датчика 8 температуры, на единицу изменения температуры Ьт 2;а 2 -температурный коэффициент чув О ствительности к изменению температуры порядка малости, выражение (1) можно переписать в виде: осуществить коррекцию огрешностей в выражеращениях температур ью одного корректируюобходимо выполнить усвыполняют подстройкой к а условие (1) выполняют подстройкой коэфициента Напряжение О 2 определяет коэффициент преобразования сигнала 01 управляемым масштабным преобразователем 4: изации Отношения 01 И 2 можно оррекции температурных поФ (8) выполняют подстройкой коа п 4:(10) а условие 9 выполняют подстройкой коэффициента пз:пз=аМ 2 О1(11)а 12 ОсгВеличины Оа 1 аа 1 Оаг ааг ам 1 алг О 11 а 11 %2 а 12 определяют экспериментальным путем, а затем вычисляют значения коэффициентов п 1, п 2, пз, п 1.Деление сигнала О 1 на первом входе управляемого масштабного преобразователя 4 на сигнал Ог, формируемый на его втором входе, позволяет получить на выходе управ 1 яемого масштабного преобразонателя 4 сигнал Оз, пропорциональный измеряемой физической величине, но функционально не зависящей от темпера турного воздействия на тензомост 1 Л 11 и температурного воздействия на усилитель 2 Ь 2: Оз =- О 1 И 2 = О 1 К = ОЕ(О 2)=. РК 1 К 2+ О(Кгп 1+ пг)И 2) Начальное смещение в формуле (2) компенсируется с помощью второго сумматора 5 и четвертого масштабного преобразователя 15,Таким образом, выходной сигнал устройства Оных определяется только измеряемой физической величиной Р и коэффициентами преобразования тензодатчика 1 и усилителя 2. Формула изобретенияТенэометрическое устройство, содер О жащеетензомост, блок питания, первый выход которого соединен с первой вершиной диагонали питания тензомоста, второй его выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходом измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управляемый масш габный преобразователь, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с цель повышения точности за счет регулирования температурного коэффициента чувствительности компенсирующего сигнала и за счет компенсации температурного дрейфа и чувствительности к температуре усилителя в условиях. различного температурного воздействия на тензомост и усилитель, выход усилителя соединен с первым входом первого сумматора, последовательно соединенного с управляемым масштабным преобразователем, а устройство снабжено последовательно соединенными датчиком температуры, первым масштабным преобразователем и вторым сумматором, выход которого соединен с вторым входом управляемого масштабного преобразователя, делителем напряжения, выполненным в виде последовательно соединенных второго и третьего резисторов, вывод второго резистора соединен с вторым выходом блока питания и с земляной шиной, вторым масштабным преобразователем, выход которого соединен с третьим входом усилителя, третьим масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторь 1 м входом первого сумматора, третьим сумматором, вход которого соединен с выходом управляемого масштабного преобразователя, выход - с входом регистратора, четвертым масштабным преобразователем, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, пятым масштабным преобразователем, первый вход которого соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, второй вход - со средней точкой соединения второго и третьего резисторов, выход - с вторым входом второго сумматора, а первый выход блока питания соединен также с третьим входом второго сумматора и с входами второго, третьего и четвертого масштабных преобразователей,