Преобразователь сигналов тензодатчиков

ОЮ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХ БЛИК 9) И 974 А 1)5 С 01 К 27/О ОПИСАН ОБРЕТЕНИЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМУ С(46) 0706.90, Бюл, 111 21 (71) Харьковский авиационный институт им, Н.Е,Жуковского(56) Авторское свидетельство СССР 11- 1270547, кл, С 01 К 17/1 О, 1985,Авторское свидетельство СССР )1 1370608, кл. С 01 К 27/02, 1986. ( ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛОВ ТЕНЗО 54)ДАТ 57) ЧИКОВИзобретение относится. к конто-измерительной технике и может использовано в тензометрии для ения силы, давления, ускорения, изобретения - повышение точносеобраэования за счет увеличения зны и стабильности характериспреобразования в широком интер- температур - достигается ввеыт измЦелти тик 1 ГОсудАРстВенный КОмитетПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР дением термозависимого реэистивногоделителя 6 напряжения, компаратора 7,фильтра 4 нижних частот и элементовлогики. Силовое воздействие на тензореэисторные мосты 1 и 2 приводит кдифференциальному изменению их коэффициентов передачи, Зто вызывает изменение фазового сдвига колебания навыходе сумматора 5, При выполнениитензорезисторных мостов 1 и 2 однотипными,а резистивного делителя 6термозависимым с температурными коэфФициентами резисторов, образующихделитель, равными по абсолютной величине, но противоположными по знаку(причем при равенстве абсолютных величин температурных коэффициентов резисторов делителя и температурных коэффициентов чувствительности тензомостов), Фазовый сдвиг на выходе сумматора 5 слабо зависит от изменениятемпературы среды, окружающей тензо-,датчики, 2 ил,Изобретение относится к контроль,но-измерительной технике и может быть использовано в тензометрии для измерения силы, давления, ускорения. 5Целью изобретения является повышение точности преобразования за счет увеличения крутизны и стабильности характеристики преобразования в широком интервале температур, 10На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя сигналов тензодатчиков; на фиг. 2 - векторная диаграмма процесса суммирования колебаний в сумматоре15Преобразователь содержит два тензорезисторных моста 1 и 2, входы которых соединены, опорный генератор 3, подключенный выходом к входам тензорезисторных мостов 1 и 2, фильтр 20 А нижних частот, вход которого соединен с выходом тензорезисторного моста1, сумматор 5, термозависимый резистивный делитель 6 напряжения, подклю,ченный входом к выходу опорного гене - 25 ратора 3, а выходом - к второму входу сумматора 5, третий вход которого соединен с выходом фильтра 4 нижних частот, компаратор 7 напряжения, входы которого подключены к выходам тен зорезисторных мостов 1 и 2, Р-триггер 8, разрешающий вход которого соединен с выходом компаратора 7 напряжения, а управляющий вход - с его инверсным выходом, логический элемент НЕ 9, электронные коммутаторы 10-13, а также логический элемент НЕ 14, подключенный входом к инверсному выходу Р-триггера 8 и управляющему входу электронного коммутатора 11, а выхо дом - к управляющему входу электронного коммутатора 13, вход которого соединен с входом электронного коммутатора 11 и подключен к выходу тензорезисторного моста 2, при этом 45 выход тензорезисторного моста 1 соединен с входами электронного коммутатора 10 и электронного коммутатора 2, управляющий вход которого подключен к неинверсному выходу Р-триг гера 8 и соединен с входом логического элемента НЕ 9, подключенного выходом к управляющему входу электронного коммутатора 10, выход которого соединен с выходом электронного коммутатора 13 и подключен к четвертому (неинвертирующему) входу сумматора 5, пятый вход которого соединен с выходами электронных коммутаторов 11 и 12, фильтр 15 верхних частот, фазометр 16, подключенный одним входом к выходу опорного генератора 3, а другим - к выходу сумматора 5, первый вход которого соединен с выходом фильтра 15 верхних частот, входом подключенного к выходу тензорезисторного моста 2, кроме того, к установочному К-входу Р-триггера 8 подключена КС-цепь, обеспечивающая установку триггера в начальное нулевое. состояние.Тензорезисторные мосты состоят из резисторов, включенных по мостовой схеме (так назь 1 ваемые четырехполюсники с перекрестными связями), вьполнены тензомосты таким образом, что силовое воздействие, приложенное к ним, приводит к равным по абсолютной величине, но противоположным по знаку изменениям их коэффициентов передачи, Причем в исходном состоянин один из тензорезисторных мостов сбалансирована второй разбалансирован Компаратор 7 напряжения является специализированным операционным усилителем с дифференциальным вхо- дом и одиночным цифровым выходом. Принцип действия компаратора 7 напряжения такой, что при разности входных сигналов, меньшей некоторого известного уровня напряжения срабатывания Б а, на выходе устанавлисравается потенциал, соответствующий логической единице, а если разность входных сигналов больше этого уровня Б +, то на выходе - потенциал, соответствующий логическому нулю,Электронные коммутаторы 10-13 служат для коммутации аналоговых сигналов. Если коммутатор находится в состоянии Включено , его выходное напряжение должно точно равняться входному, если коммутатор находится в состоянии Выключено , оно должно стать равным нулю. КС-цепь, одни полюса резистора 17 (К) и конденсатора 18 (С) которой соединены и подключены к установочному К-входу Р-триггера 8, второй полюс резистора 17 подключен к положительному полюсу источника питания, а второй полюс конденсатора 18 соединен с общей шиной, обеспечивает начальную установку триггера 8 в нулевое состояние. Постоянная времени 2 КС-цепи (=К С) выбирается такой,= -агсйД == ФНЧ 1- й1 30 где КМ Кфич Кчто при подаче напряжения питания на один полюс резистора 17 конденсатор 18 не может зарядиться мгновенно и в первый момент времени на уста 5 новочный К-вход триггера подается потенциал низкого уровня, вследствие которого Р-триггер устанавливается в нулевое состояние По истечении времениконденсатор 18 заряжается пол 10 ностью, а на К-вход триггера подается высокий потенциал и триггер сохраняет ранее установленное (нулевое) состояние.Преобразователь работает следующим образом.В стационарном режиме при отсутствии силового воздействия, когда, например, первый тензорезисторный мост 1 максимально разбалансирован, 20 а второй мост 2 сбалансирован, выходное колебание П опорного генератора 3 с частотой ы,через первый тензорезисторный мост 1 (П ) и фильтр 4 нижних частот (У ), где оно приоб- , 25 ретает фазовый сдвиг, равный (при условии, что используется Фильтр нижних частот Баттерворта второго порядка) й 1= о/ ф ч 1ы- частота среза фильтра 4 нижних частот, 35поступает на третий вход сумматора 5,на первом входе которого уровень напряжения равен нулю (так как второйтензорезисторный мост 2 сбалансировани его коэффициент передачи равен нулю), а на второй вход его поступаетколебание И с частотой ы через термозависимый резистивный делитель 6напряжения,Так как в этом режиме работы П ( 45Мг( П , то на выходе компаратора 7устанавливается потенциал, соответствующий логическому нулю, При этом наразрешающий вход Р-триггера 8, инверсный выход которого соединен с его 50управляющим входом, подается потенциал, соответствующий логическому нулю, и на неинверсном выходе Р-триггера 8 устанавливается нулевой потенциал, а на инверсном - потенциал,соответствующий логической единице.Нулевой потенциал с неинверсного вы,хода триггера 8 поступает на входпервого логического элемента НЕ 9, с; выхода которого потенциал единичного. уровня, поступающий на управляющий вход первого электронного коммутатора 10, обеспечивает подсоединение выхода первого тензорезисторного моста 1 к четвертому (инвертирующему) входу сумматора 5, а единичный потенциал с инверсного выхода Р-триггера 8 поступает на управляющий вход второго электронного коммутатора 11, подключает выход второго тензорезисторного моста 2 к пятому входу сумматора 5. При этом ключи третьего электронного коймутатора 12, на вход которого подается нулевой потенциал с неинверсного выхода Р-триггера 8, и четвертого электронного коммутатора 13, на управляющий вход которого подается нулевой потенциал с,выхода второго логического элемента НЕ 14, находятся в разомкнутом состоянии.Процесс суммирования колебаний в сумматоре 5 для этого случая представлен на векторной диаграмме (Фиг,2 а). Суммарный фазовый набег на выходе сумматора равен Кнц Км соз(1 Мнч 1-90К -К-зз.п(1 ч фч) Км Кфир(1) коэффициент передачи первого тензорезисторного моста 1;модуль коэффициента передачи фильтра 4 нижних частот;коэффициент передачи термозависимого резистивного делителя 6 напряжения,В динамическом режиме при наличиймалого силового воздействия ( Е( ), где С - относительная деформация,чувствительная деформация чувствительного элемента; Я - максимальное значение относительной деформации) первый тензорезисторный мост 1 разбалансирован и значение его коэффициента передачи несколько меньше максимального, второй тензорезисторный мост 2 также разбалансирован и его коэффициент передачи отличен от нуля, При этом колебание У с частотой ы, через второй тензорезисторный мост 2 (Пц ) и Фильтрм 15 верхних частот (П ), где оноФЬч фприобретает фазовый сдвиг, равный (при условии, что используется фильтрс измеряемой величиной силового воз- . действия, Тензорезисторные мостовые первичные измерительные преобразователи обладают достаточно большой температурной погрешностью, характери 5 зуемой температурным коэффициентом чувствительности (ТКЧ) и температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), образующих тензомост, 1 ОПри использовании в предлагаемом преобразователе однотипных тензорезисторных мостов с ТКЧ одного знака и термозависимого резистивного делителя напряжения, резисторы которого имеют ТКС противоположного знака, равный по величине ТКЧ тензорезисторных мостов, фазовый сдвигслабоЕ зависит от температуры окружающей среды20 Таким образом, предлагаемый преобразователь позволяет увеличить в3,6 раза крутизну и в 4,6 раза стабильность характеристики преобразова ния в широком интервале изменения температуры,Преобразователь сигналов тензодатчиков, содержащий опорный генератор, два тензорезисторных моста, входы которых одновременно подключены к выходу опорного генератора, фазометр, фильтр верхних частот и сумматор, первый вход которого подключен к выходу фильтра верхних частот, а выходк первому входу фазометра, о т л и- чающий с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены фильтр нижних частот, компаратор, П-триггер, четыре электронных коммутатора, два логических элемента НЕ и термозависимый резис 35 40 Формула изобретения30 тивный делитель напряжения, вход ко-. торого соедйнен с выходом опорного генератора и вторым входом фазометра, при этом выход термозависимого резистивного делителя напряжения соединен с вторым входом сумматора, вход термозависимого резистивного делителя напряжения соединен с входами тензорезисторных мостов и вторым входом фазометра, а выход - с вторым входоМ сумматора, вход фильтра нижних частот соединен с выходом первого тензорезисторного моста, а выход - с третьим входом сумматора, вход 0-триггера соединен с выходом компаратора напряжения, входы которого соединены с выходами тензорезисторных мостов, а неинверсный выход П-триггера подключен к управляющему входу первого электронного коммутатора и входу первого логического элемента НЕ, выход которого соединен с управляющим входом второго электронного коммутатора, а вход - с входом первого электронного коммутатора, с выходом первого тензорезисторного моста и входом фильтра нижних частот, выход второго электронного коммутатора соединен с четвертым входом сумматора, ,инверсный выход 11-триггера соединен с управляющим входом третьего электронного коммутатора и входом второго логического элемента НЕ, выход которого соединен с управляющим входом четвертого электронного коммутатора, выход которого подключен к четвертому входу сумматора, вход четвертого электронного коммутатора соединен с входом третьего. электронного коммутатора, с выходом второго тензорезисторного моста и входом фильтра верхних частот, а выходы первого и четвертого электронных коммутаторов сое,динены с пятым входом сумматора.1569742 В,Семеичуканич ставител хред М.Хо рректор О,Кравцова едактор И,Шулл П ое крытиям при ГКНТ СССд. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужг Гагарина, 101)И,-Яру,аз 144 б Тираж 557НИИПИ Государственного комитета по из113035, Москва Жтениям иская наб