тензометрический преобразователь
Классы МПК: | G01B7/16 для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами |
Автор(ы): | Каренышев А.А., Лажечников А.В. |
Патентообладатель(и): | Инженерный центр испытательной техники "ИТАгро" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-02-25 публикация патента:
20.03.1995 |
Изобретение относится к контрольно-испытательной технике и может быть использованно для тензометрии. Цель - повышение надежности и точности контроля за счет использования в схеме обработки сигналов АЦП со стабильным опорным напряжением. Последнее формируют из напряжения питания диагонали тнзометрического моста. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий блок питания, тензометрический мост с диагональю питания и измерительной диагональю, диагональ питания которого соединена с выходом блока питания, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с измерительной диагональю тензометрического моста, регулируемый усилитель, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, переключатель коэффициента усиления регулируемого усилителя и аналого-цифровой преобразователь с измерительным и опорным входами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности контроля, блок питания выполнен в виде дифференциального источника постоянного напряжения с тремя выходами, первый и третий из которых соединены с диагональю питания тензометрического моста, первый и второй выходы блока питания соединены соответственно с опорным входом и измерительной землей аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам преобразования напряжения тензометрического моста в цифровой код, и может быть использовано для измерения деформаций тензорезистивными датчиками в широком диапазоне. Известно тензометрическое устройство, содержащее блок питания, тензометрический мост с диагональю питания и измерительной диагональю, диагональ питания которого соединена с выходом блока питания, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с измерительной диагональю тензометрического моста, регулируемый усилитель, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, переключатель коэффициента усиления регулируемого усилителя, соединенный с управляющим входом этого усилителя, и аналого-цифровой преобразователь с измерительным и опорным входами. Кроме того, известное устройство содержит блок управления с задающим и стробирующим выходами, управляемый делитель импульсного напряжения, синхронный демодулятор с управляющим входом, фильтр, согласующий усилитель, коммутатор, дополнительный усилитель, дополнительное последовательно соединенные синхронный демодулятор, фильтр и согласующее устройство. Недостатком этого тензометрического устройства является сложность схемы преобразования напряжения тензомоста, недостаточная надежность устройства и точность преобразования, обусловленные наличием большого количества элементов схемы, вносящих дополнительную погрешность. Целью изобретения является повышение точности и надежности устройства путем упрощения его схемы. Это достигается тем, что в предлагаемом тензометрическом устройстве, блок питания выполнен в виде дифференциального источника постоянного напряжения, имеющего три выхода, первый и третий из которых соединены с диагональю питания тензометрического моста, первый и второй выходы - соответственно с опорным входом и измерительной землей аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя. В результате преобразования сигнала тензомоста по предлагаемому техническому решению на выходе АЦП получают числовое значений кода сигнала Nk, не зависящее от напряжения питания тензомоста и напряжения разбаланса тензомоста Up, т.е. Nк = 2KKусNм(1) где - нормальное напряжение на тензодатчике;
Е - модуль упругости;
К - коэффициент усиления тензометрического преобразователя;
Кус - коэффициент тензочувствительности датчика;
Nм - максимальное числовое значение кода АЦП (255 ед.). Известно, что
Uр=U
где Up - напряжение на выходе тензомоста (напряжение разбаланса);
Uп - напряжение питания тензомоста;
Rпл - приращение сопротивления плеча тензомоста;
Rпл - сопротивление одного плеча тензомоста. В свою очередь известно, что
= K
В случае, когда сопротивления тензодатчиков равны, сопротивление тензомоста и его приращение равны соответственно Rпл и Rпл. Тогда можно записать:
Uр= U Значение напряжения сигнала на выходе усилительного тракта преобразователя Uc можно выразить формулой:
Uc=UрKус=UKус
(2) a Nк = Nm где Uo - опорное напряжение АЦП. В предложенной схеме преобразователя напряжение питания подается на АЦП и используется в качестве опорного, т. е. Uo=Uп/2. В этом случае Nк = Nm, или, подставив значение из (2) получим: Nк = Nm или после упрощения:
Nк = KKусNm
(3)
Таким образом, числовое значение кода на выходе АЦП Nk прямо пропорционально нормальному напряжению на тензодатчике или относительной деформации исследуемого объекта = ( ) и не зависит от напряжения питания и напряжения разбаланса тензомоста. На чертеже изображена схема преобразователя. Предлагаемый тензометрический преобразователь состоит из блока 1 питания с выходами а, б, в, тензометрического моста 2, диагональ питания которого подключена к выходам а и в блока питания, а измерительная диагональ - к входам дифференциального усилителя 3, регулируемого усилителя 4, информационный вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя 3, а управляющий вход - с выходом переключателя 5 коэффициента усиления, и аналого-цифрового преобразователя 6, опорный вход г которого подключен к выходу а блока питания 1, вход к выходу регулируемого усилителя 4, а вход "Измерительная земля" д - к выходу б блока питания. Тензометрический преобразователь работает следующим образом. Напряжение питания с выходов а и в дифференциального источника постоянного напряжения 1 поступает на диагональ питания тензометрического моста 2, откуда сигнал, вызванный разбалансом последнего, поступает на вход дифференциального усилителя 3 и дальше - на вход регулируемого усилителя 4, коэффициент усиления которого задают положением переключателя 5. С выхода регулируемого усилителя 4 усиленный сигнал поступает на информационный вход е аналого-цифрового преобразователя 6, на опорный вход г которого поступает напряжение с выхода а источника питания. Изменение напряжения питания на выходе дифференциального источника постоянного напряжения вызывает изменение напряжения на питающей диагонали моста, что приводит к соответствующему изменению напряжения на измерительной диагонали моста, а также на выходах дифференциального 3 и регулируемого 4 усилителя. В результате изменяется сигнал на информационном е и на опорном г входах АЦП. Питание тензомоста и опорного входа АЦП постоянным напряжением от дифференциального источника постоянного напряжения обеспечивает высокую стабильность цифрового кода АЦП и высокую точность преобразования сигнала. Простота схемы преобразователя обеспечивает надежность ее в работе.
Класс G01B7/16 для измерения деформации твердых тел, например проволочными тензометрами