Способ измерения силы

где К, - сопротивление резисторов;К - величина добавочного сопйротивления;К - величина сопротивленияЬполумоста с тенэорезисторами,которая определяется какиа им1И) Ир ОмйО;где О - напряжение источника питания диагонали моста;м - падение напряжения на добавочном сопротивлении,11588782. Способ поп. 1, отличаю щ и й с я тем, что, с целью повы." шения точности, сначала рабочий температурный диапазон разбивают на поддиапазоны, для чего дополнительно снимают градуировочные характеристики Ч(Г) и Ч (Г) при температурах, соответствующих границам поддиапаэонов, определяет по величине О и дополнительным гра дуировочным характеристикам /(Г) величины Г; и, сравнивая их с величиной Г, определяют температурный поддиапазон, при котором проиэведено измерение силы Г, а затем, принимая границы найденного температурного поддиапазона эа границы рабочего диапазона, производят уточненный расчет Г, Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения снл с помощью тензорезисторных преобразователей.Известен способ измерения силы, заключающийся в том, что снимают градуировочную характеристику Ч(Р) преобразователя, а затем прикладывают измеряемую силу Р и измеряют выходной сигнал 0 преобразовате" ля 1 .Недостатком данного способа является низкая точность вследствие неучета температурной погрешности,Наиболее близким к предлагаемому является способ. измерения силы, заключающийся в тдм, что снимают градуировочные характеристики Ч, (Р) и Ч(Р) преобразователя е добавочным сопротивлением в цепи преобразователя и без добавочного сопротивления соответственно, а затем прикладывают измеряемую силу Р и измеряют выходные сигналы У и Ю преобразователя при наличйн добавочного сопротивления в, его цепи и без добавочного сопротив ления соответственно 12 .Недостатком известного способа является высокая температурная 2погрешность и неприменимость ктензорезисторным мостовым преобразо .ателям,Цель изобретения - уменьшениетемпературной погрешности при измерениях преобразователем, выполненным по мостовой схеме.указанная цель достигается тем,что согласно способу измерениясилы, заключающемуся в том, чтоснимают градуировочные характеристики Ч (Р) и Ч(Р) преобразователяс добавочным српротивлением в15цепи преобразователя и без добавочного сопротивления соответственно,а затем прикладывают измеряемуюсилу Р и измеряют выходные сигналы 0 и 0 преобразователя при найличин добавочного сопротивленияв его цепи и без добавочного сопротивления соответственно, градуировочные характеристики Ч(Р) иЧ(Р) снимают при температуреокружающей среды й, соответствую 25щей нижней границе рабочего диапазона, и при температуре, соответствующей верхней границе рабоче"го диапазона, а при приложении измеряемой силы Р дополнительно измеЗо ряют. падение напряжения Юч на добавочном сопротивлении, которое(с: щ25 - значения градуировочных характеристикЧ (Г) и 7(Г), снятйх с добавочньм сопротивлением в. цепипреобразователя притемпературе й и йсоответственно, которые соответствуютзначениям Р, и Рсоответственно, 35отношение крутизныградуировочкык характеристик Ч (Р) и7(Р) прн Р40 - то же, для градуировочныс характеристик(Р) и Ч (Г) при Р ; где Чи Ч,( дч 1 дМ Ф ление резисторов; добавочного соп" сопротив- величин ротивле - величин лумоста определя сопротивления пс тензорезйсторамтся как тор включают в диагональ питания моста, причем о величине измеряемойсилы Р судят па расчетной оценкеР определяемой из выражения(Р 1 (1 ф где Г - оценка величины силы Г повеличине выходного сигнала 0 из градуировочнойхарактеристики Ч.(Р), снятой при й без добавочного сопротивления в цепи преобразователя;Р, - то же, из градувровочнойхарактеристики 7(Р),снятой при С без добавочного сопротивленияв цепи преобразователя; 1158878 4где 0 - напряжение источника питания диагонали моста;У - падение напряжения на добавочном сопротивлении.Кроме того, с целью повышенияточности сначала рабочий температурный диапазон разбивают на поддиапазоны, для чего дополнительно снимают градуировочные характеристики10 7(Р) и Ч (Г) при температурах й .,соответствующих границам подциапазонов, определяют по величине 0и дополнительным градуировочным ха рактеристикам Ч (Р) величины Р,и,5, сравнивая их с величиной Р,определяют температурный поддиапазок,при котором произведено измерениесилы Г, а затеи, принимая границы. найденного температурного поддиа 20 пазона за границы рабочего диапазона, производят уточненный расчет Р,На фиг. 1 представлена схемаустройства, осуществляющего предлагаемый способ; на Фиг. 2 - графи-ки градуировочных характеристик7(Р) и Ч, (Р) при нормальной темпе-ратуре; на фиг. 3 в . граФики .граду"ировочньи характеристик 7(Р), соответствующие границам и серединедиапазона изменения температуры окружающей среды,Силоизмерительное .устройство(фиг, 1) содержит измеритепьныйпреобразователь 1 с преобраэующнморганом, чувствительные элементыкоторого включеныв мостовую цепь,источник 2 питания коммутатор .3,. Снлонэмерительный преобразователь 1 имеет упругий элемент .8,воспринимающий измеряемую, силу Р Эы преобразующий орган в виде теиф 5 зометрического моста, состоящего издвух полупроводниковыхтензореэисторов 9.и 10,и двух одинаковых.резисторов 11 и 12Полунроводкиковый тензорезистор 5 ф 9 являетея активным чувствительным элементом. Он деФормируетсявместе с упругим элемектои 6,воспринимающим измеряемую силу Р.Тенэорезистор 1 О является коипен . сационкым элементом. Он не подвержен деформациям, .зависящее от Р.Во всем же остальном компенсационный тенэорезиетор 10 находится втех же условиях, в которых находится активный тенэореэистор 9.В диагональ питания моста, подключенную к зажимам 13 и 14, пос.ледовательно Включены источник 2 питания и резистор 6. Параллельно с резистором 6 включен ключ 7, Резистор 6 и ключ 7 образуют двузначную меру сопротивления. При эамк нутом ключе 7 сопротивление меры равно нулю, а при разомкнутом - сопротивлению резистора б.Через коммутатор 3 с.входом из" мерительного прибора 4 могут быть соединены зажимы 15 и 16 либо зажимы 13 и 17 или зажимы 14 и 17. С зажимов 13 и 17 на вход измерительного прибора подается напряжение питания моста, с зажимов 15 и 16- выходное напряжение, с зажимов 14 и 17 - напряжение, действующее на резисторе б, когда ключ 7 разомкнут.Измерительный прибор 4 связан с микро-ЭВМ 5 каналами для передачи измерительной информации и сигналов управления, Цепи управления связывают микро-ЭВМ 5 с коммутатором 3 и ключом 7.Измерительная информация в цифровом коде из прибора 4 передается в микро-ЭВМ 5, Управление цифровым измерительным прибором, коммутатором и ключом осуществляется с помощью микро-ЭВМ 5, которая выполняет также все вычислительные операции, предусмотренные процедурой измерения.Предлагаемый способ заключается в том, что если при какой-либо температуре окружающей среды (напри" мер 20 С) снять градуировочные характеристики мостового тензорезисторного преобразователя без добавочного сопротивления в дйагонали питания моста Ч(Р) (см. график 18 на фиг, 2) и с добавочным сопротивлением в диагонали питания -моста Ч (Р) (см, график 19 на фиг. 2), а затем при какой-либо иной температуре окружающей средынагрузить преобразователь известной силой 8 и замерить выходные .сигналы О, и ц с преобразователя при наличии добавочного сопротив-.ления.и без него соответственно, то вследствие зависимости чувствительности тензорезисторов от температуры оценка нагружающей силы,произведенная по выходным сигналам У, 0 и градуировочным характеристи кам, не совпадет со значением 8, Более того оценки 8 и 8" нагружаю щей силы по градуировочным характеристикам 7(Г) и 7 (Р) не совпадут между собой. Это несовпадение, обусловленное нелинейностью вольтамперной характеристики тензоре эисторов, содержит в себе информацию ц температурной погрешности преобразователя. При этом температур. ная погрешность преобразователя по градуировке Ч(Г) (фиг. 2) состав ляет 7(8)-0 = ь, а температурная погрешность преобразователя по градуировке 7 (Р) .составляет Ч (8) - О = а,. Иэ графиков на фиг; 2 несложно установить равенство 20О -Чф= -ЬК, (1) где 7(8 ) - значение градуировочной характеристики 25 Ч(Р), соответствующеет.е. оценке сиды 8 по градуировочной характеристике 7(Г). Отнош/ение крутизны градуировочных ЗО характеристик 7(Р) и 7(Г) находим по формуле (М) и)АЩ). Исходя.из равенства (1) с учетом чувствительности тензореэисторов к деФормации и температуре путем системы аналитических выкладок можно найти оценку температурной погрешности 4, которая определяетсяиз выражения г ) ИВ)) (3) 4 ф где ш - коэффициент, определяемый из выражения(4) где К - сопротивление резисторов11 и 12;К - сопротивление. резистора 6; . ц - величина сопротивления по лумоста с тенэорезисторами 9 и 10, которая опреде" ляется из выражения.1,й = )ООа(5)п 2 о4где 0 - напряжение источника 2питания;1 м - падение напряжения на резисторе 6.Полученная из выражения (3) оценка температурной погрешносТи по:.градуировке Ч(Р) в общем случае неравна ей, но пропорциональна, Еслиимеются градуировочные характеристики Ч (Г) и Ч (Р), снятые по краям рабочего температурного диапа-цэона (см, графики.20 и 22 на фиг,З),то при измерении при произвольнойтемпературе внутри рабочего диапазона температурная погрешностьпреобразователя, приведенная к еговходу, по градуировочной характеристике Ч (Р) равна отрезку ас, апо градуировочной характеристикеЧ (Р) - соответственно со . Учитывая пропорциональность между ас ди ьУ, а также между ср и апогрешность преобразователя, приведенная к его входу, определяется выражениемас: Е -Г ) (б)а;рЬ,Чгде Р и Г - соответственно оцен 2.ки величины силы япо величине выходного сигнала из градуировочных характерис.тик Ч.(Г) и Ч (Р).Результат вычисления погрешности можно уточнить, Если ас сг(фиг.З), то уточненное значениепогрешности определяется в температурном поддиапазоне Т - й , гдеВ " температура, при которойснята градуировочная характеристи"ка Ч (Р) (график 21 на фиг. 3).Если аав, то уточнение следуетпроизводить в температурном под.диапазоне С - сТаким образом, в общем случаеоценка измеряемой силы производится по выражению где индексы 1 и 2 соответствуюткраям принятого температурного диапаэона. 8Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,Производится нулевая балансировкаизмерительного преобразователя.Для этого ключом 7 резистор 6 включается в диагональ питания моста,а через коммутатор 3 к прибору 4подключаются зажимы 15 и 16, междукоторыми действует выходное напряжение измерительного преобразователя, Измеряется выходное напряжение.цифровым измерительным прибором 4и с помощью подстроечных резисторов (не показаны) устанавливаетсяноль выходного напряжения.При градуировке по 6 учают трипары функций преобразования измерительного преобразователя притрех значениях температуры окружающей среды, которые соответствуютграницам и средине температурного .диапазона работы преобразователя,При снятии. каждой пары функций преобразования при каждом фиксируемом значении эталонной входной величины Р выходное напряжение 0 измеряют дважды. Первое измерениеделается.при замкнутом накороткорезисторе б. Ключ 7 включен. Вто"рое измерение делается после включения в диагональ питания моста резистора 6. При этом ключ 7 разомкнут. Измерения выходных напряженийпроизводят через равные интервалы действующей на измерительныйпреобразователь силы Р, значениекоторой контролируется образцовымдинамометром. Градуировочные характеристики вместе со значением 8 записываются в запоминающее устройство микро-ЭВМ 5,При рабочем измерении к измерительному преобразователю прикладывают силу Р и измеряют его выход" ное напряжение на зажимах 15 и 16 измерительной диагонали моста. Результат первого измерения, когда резистор б замкнут накоротко О. Результат второго измерения, когда в диагональ питания места включен резистор б, 0 . Кроме выходных напряжений ."ц й О при рабочем измерении измеряются напряжение источника.2 питания и напряжение : на резисторе 6. Для этого после измерения О, через коммутатор 3 вместо зажимов 15 и 16 к входу при9бора 4 присоединяют зажимы 13 и 17 и измеряется напряжение 0, а затем к входу прибора присоединяют зажимы 14 и 17 и измеряется напряжение У.По результатам измерения напряжений О, 0 а, Ц и Уц с использованием градуировочных характерис 1158878 о.тик в микро"ЭВМ 5 по аналитическим выражениям (2), (Э), (4), (5) и (7) вычисляется оценка измеряемой силы.Применение предлагаемого способапозволяет уменьшить температурную погрешность мостового тенэореэис" торного преобразователя.158878 А, Амахановмезей " ктор Ю Тираж 897ИИПИ Государственного кпо делам изобретений и035, Москва, Ж, Рауш"Патент Ужгород, уа. Проектна Составите овач Техред А.