Тензометрическое устройство

Тензометрическое устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к-контрольноизмерительной технике, а именно к измерению неэлектрических величин в условиях широких диапазонов температур. Цель - повышение точности за счет отстройки температурных зависимостей аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности датчика. Выбирают участки аппроксимации , так что диапазону температур Tjj-T i соответствует первый участок с текущим значением приращения температуры ti. диапазону Тз-Т2 соответствует второй участок с t2 и диапазону Т4-Тз соответствует третий участок с t.3. Полумост на сопротивлениях 7 и 8 совместно с вторым усилителем 9 обеспечивает нулевой сигнал на выходе тёрмоканала при начальной температуре. Что обеспечивает постоянную чувствительность тензометрического устройства к измеряемой величине при йзменеййи коэффициента передачи термоканала на различных участках аппроксимации. 2 ил. СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 8 7/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

1 (21) 4944996/28 (22) 14.06,91 (46) 23.02,93. Бюл. М 7 (71) Научно-.исследовательский институт физических измерений (72) С,А.Исаков, В.В.Пащенко, 8;А.Фильчиков, В,Э.Зайцев и В.П.Маланин (56) Выгода Ю.А. и Пащенко В.В. Компенсация температурной погрешности тензодатчика с помощью дополнительного сигнала. — Измерительная техника, 1982, М 11, с .35-37.

Авторское свидетельство СССР

N 1525440, кл. G 01 8 7/16, 1987. (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к-контрольноизмерительной технике, а именно к измерению незлектрических величин в условиях

„„5IJ ÄÄ 1796889 А1

2 широких диапазонов температур. Цель — повышение точности за счет отстройки температурных зависимостей аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности датчика. Выбирают участки аппроксимации, так что диапазону температур Т2 — Т1 соответствует первый участок с текущим значением приращения температуры ti, диапазону Тз-Тг соответствует второй участок с tz и диапазону Т4-Тз соответствует третий участок с tj. Полумост на сопротивлениях 7. и 8 совместно с вторым усилителем 9 обеспечивает нулевой сигнал на выходе термоканала при начальной температуре. Что обеспечивает постоянную чувствительность тенэометрического устройства к измеряемой величине при изменении коэффициента передачи термоканала на различных участках аппроксимации. 2 ил.

3 1796889 4

Изобретение относится к области конт- соединен с выходом второго усилителя, перрольно-измерительной техники, а именно к вым, вторым и третьим масштабными преизмерению неэлектрических величин в ус- образователями, входы которых соединены ловиях широких диапазонов температур, соответственно с первым, вторым и третьим

Известно устройство, содержащее мос- 5 выходами первого переключателя, а выходы товуюсхемувключениятензодатчика, вклю- объединены и соединены с первым входом ченную в качестве изменяющегося от второго сумматора, второй вход которого температуры плеча во внешний мост для соединен с первым выходом блока питания, получения дополнитЕльног термозависи- а выход соединен с вторым входом управлямого сигнала, используемого для коррекции "0 емого масштабного преобразователя, втоаддитивной погрешности датчика. Точность рым переключателем, вход которого устройства невелика,, поскольку корректи- соединен с первым выходом блока питания, руется только линейная составляющая ад- четвертым, пятым и шестым масштабными дитивной погрешности, преобразователями„входы которых соедиНаиболее близким к предлагаемому 15 мены соответственно с первым, вторым и техническому решению является устройст- третьим выходами второго. переключателя, во, содержащее последовательно соеди- а выходы обьединены и соединены с третьненные тенэомост, усилитель, управляемый им входом первого усилителя, третьим перемасштабный преобразователь и сумматор,: ключателем, вход которого соединен с источник питания, первый выход которого 20 первым выходом блока питания, седьмым, соединен с йервой вершиной диагонали пи- восьмым и девятым масштабными преобратайия тензомоста и со вторыми входами зователями, входы которыхсоединенысоот-. усилителя и сумматора, второй выход — че- ветственно с первым, вторым и третьим рез резистор с второй вершиной диагонали выходами третьего переключателя, а выхопитания тензомоста и с вторым входом уп- 25 ды объединены и соединены с вторым вхоравляемого масштабного преобразователя. дом первого сумматора, первым и вторым . Недостатком известного устройства яв- делителями напряжения, входы которых соляется то, что оно имеет низкую точность в единены с первым выходом блока питания, условиях нелинейного характера темпера- сравнивающим узлом, первый вход которотурных зависимостей аддитивной и мульти- 30 ro соединен. с выходом второго усилителя, пликативной составляющих погрешности второй вход соединен с выходом первого датчика, делителя напряжения, третий вход — с выхоЦелью изобретения является повыше- дом второго делителя напряжения, а выход. ние точности в условиях нелинейных зави- с управляющими входами первого, второго и симостей составляющих температурной 35 третьего переключателей. погрешности датчика. На фиг 1 представлена блок-схема устЦель достигается тем, что тензометри- ройства; на фиг.2 — зависимости: 1 — аддическое устройство, содержащее тензомост, тивной погрешности от температуры; 2— первый резистор, блок питания, первый вы- мультипликативной погрешности от темпеход которого соединен с первой вершиной 40 ратуры;.3 — сигнала на:выходе второго усидиагонали питания тенэомоста, второй вы- лителя 9 от температуры, ход через первый резистор соединен с вто- - Тензометрическое устройство содеррой вершиной диагонали йитания жит последовательно соединенные тенэотензомоста., первый усилитель, первый и .. мост 1, первый усилитель 2, управляемый второйвходы которогосоединенысвыхода-.45 масштабный преобразователь 3, первый ми измерительной диагонали тензомоста, сумматор 4, по которым проходит основной первый сумматор и управляемый масштаб- измеряемый сигнал. Блок 5 питания подный преобразователь, первый вход которо- ключен через первйй резистор 6 к диагонаго соединен с выходом первого усилителя, а ли питания тенэомоста 1, Второй 7 и третий выход соединен с первым входом первого 60 8 резисторы образуют полумост, выход косумматора, выход которого является выхо- торого соединен с первым входом второго дом устройства, снабжено вторым и третьим усилителя 9, второй вход которого соединен резисторами, первые вйводы которых сое- с полумостом, образованным тенэомостом динены с выходами блока,питания„а вторые 1 и первым резистором 6. ЧереЗ первый выводы соединены между собой, вторым 66 переключатель10второйусилитель9соедиусилителем, первый вход которого соеди- нен с первым 11, вторым 12 и третьим 13 .нен с вторыми выводами. второго и третьего масштабными преобразователями, выходы резисторов. а второй вход соединен с вто- которых соединены с первым входом второ.рой вершиной диагонали питания тенэомо- го сумматора 25. Элементы 9, 10, 11, 12, 13 ста, первым переключателем-, вход которого и 25 образуют дополнительный канал для

1796889 формирования термоза висимого сигнала, управляющего коэффициентом передачи управляемого масштабного преобразователя 3. Вход второго переключателя 14 соединен с первым выходом блока 5 питания, а выходы — с четвертым 15, пятым 16 и шестым 17 масштабными преобразователями, выходы которых соединены с третьим входом первого усилителя 3. Элементы 14, 15, 16, 17 служат для задания требуемого уровня смещения на первом входе управляемого масштабного преобразователя 3. Вход . третьего переключателя 18 соединен с первым выходом блока 5 питания, а выходы — с седьмым 19, восьмым 20 и девятым 21 масштабными преобразователями, выходы которых соединены со вторым входом первого сумматора 4, Элементы 18, 19, 20 и 21 слу>кат для компенсации постоянного смещения на выходе всего тензометрического устройства, Первый 22 и второй 23 делители напряжения соединены с первым выходом блока 5 питайия и со вторым и третьим входами сравнивающего узла 24. Элементы 22 и 23 предназначены для формирования пороговых напря>кений на втором и третьем входах сравнивающего узла 24, первый вход которого соединен с выходом второго. усилителя 9. Выход сравнивающего узла 24 соединен со входами переключателей 10, 14 и 18. Сигнал с выхода сравнивающего узла

24 предназначен для управления положением переключателей 10, 14 и 18 в зависимости от величин сигнала с выхода второго усилителя 9, пропорционального температуре тензомоста 1, Тензометрическое устройство работает следующим образом.

На тензодатчик 1 воздействует измеряемая физическая величина Х и температура

Т, Сигнал Ui на первом входе управляемого масштабного преобразователя 3 на любом из участков аппроксимации можно представить в виде

U1 = К X (1 + а4 tl) + Ue Oal ti + Uni, (1) где Х вЂ” изменяемая физическая величина;

К вЂ” коэффициент преобразования;

Oя — относительная мультипликативная чувствительность датчика к температуре на i-ом участке; 4 a — абсолютная аддитивная чувствительность датчика к температуре на 1-ом участке; ам — относительная аддитивнэя чувствительность датчика к температуре на 1-ом участке;

U — выходное напряжение блока 5 питания, 0 — напряжение смещения на первом входе управляемого масштабного преобразователя на 1-ом участке;

nl — коэффициент передачи четвертого, 5 пятого или шестого масштабного преобразователя в соответствии с f-тым участком аппроксимации температурной погрешности; приращение температуры на I-ом

10 участке аппроксимации погрешности.

Как видно из выражения (1) сигнал на первом входе управляемого масштабного преобразователя 3 при одном и том же значении измеряемой величины Х, в зависимо15 сти от температуры и количества выбранных участков аппроксимации температурной rioгрешности (в данном случае 3 участка, соответствующих трем выходным сигналам сравнивающего узла 24 и трем положениям

20 второго переключателя 14) будет иметь три различных смещения U l, зависящих от коэффициента передачи ni подключенного в. данный момент времени масштабного преобразователя.

25 nl = nl — на первом участке аппроксимаЦИИ tl = t), nl = nz — на втором участке аппроксимаЦии tl = t2."

nl = n3 — на третьей участке аппроксима30 ции tl = 13.

Участки аппроксимации выбраны тэк, что диапазону температур Т3 — Т1 соответствуют первый участок с текущим значением приращения температуры, диапазону гз"

35 Т2 соответствует второй участок аппроксимации с текущим приращением температуры т2, диапазону температур ТлТ3 соответствует третий участок аппроксимации с параметром t3. Полумост на

40 сопротивлениях 7, 8 совместно со вторым усилителем 8 введен для получения нулевого сигнала на выходе термоканала при начальной температуре Т = 20 С. Это обеспечивает постоянную чувствительность

45 тензометрического устройства к измеряемой величине при изменении коэффициента передачи термоканала на различных участках аппроксимации, Сигнал Uz на втором входе управляемо50 го масштабного преобразователя 3 может быть представлен в виде

Uz -- U а 1 ь (2} где О ак — абсолютная чувствительность сигнала на выходе второго усилителя 9 к темпе55 ратуре;

Gк — относительная чувствительность этого сигнала к температуре;

1 — коэффициент передачи первого 11, второго 12 или третьего 13 масштабных пре1796889

10

25

35 ке.

50 образователей, подключаемых через второй переключатель 10 к выходу второгоусилителя 9 в зависимости от номера участка 1- 1, 2. 3, Сигнал на выходе управляемого масштабного преобразователя 3 равен:

U3= U1K2= Кр х

К х 1 +12м1 ti + ОаС4111 + !!а! (3)

020 + U Я(li tl ю- - (>

K K20

020+0 а, 11 ti 1+ак li ti

К2- коэффициент передачи управляемого, масштабного преобразователя 3;

Kz0 = Кр/Uzo — коэффиЦиент пеРеДачи управляемого масштабного преобразователя (УМП) 3 при Т = 20ОС;

Uz0 — напряжение, формируемое вне термокэнала и обеспечивающее конечное значение коэффициента передачи УМПЗ при Т - 20ОС;

Кр — размерный коэффициент преобразования УМПЗ; йк -. тг-- относительная чувствительU

Ого ность термоканала K температуре.

Аддитивная .составляющая сигнала U< может быть представлена в виде:

Ua (ха! ti + Uni = Uni (1 + (ха! ti), (5)

ГДЕ аа! - — ОтНОСИтЕЛЬНаЯ аДДИтИВ1 Ua а!

Uni ная чувствительность сигнала Ui на l-ом участке.

С учетом (4) и (5 выражение (3) может быть записано следующим образом

ЦЗ= К20х х

1+а, 11 ti. (6)

Кэк видйо из выражения (6) линейные составляющие температурной погрешности могут быть скомпенсированы на каждом из

l-тых участков аппроксимации, если выбором коэффициентов передачи li u и! элементов 1, 2,3, 4, 5, 6 обеспечит на этих участках следующие равенства:

12к 1! = Гм! аа! = =ам! (7)

Unl

При обеспечении условий (7) сигнал нэ выходе УМП равен:

03 К20 KX + K20Unl и состоит из полезного сигнала К20КХ и смещения K20Uni, которое устраняется в первом сумматоре 4, на второй вход которого подается через масштабные преобразователи

19, 20 или 21 соответствующие каждому участку компенсирующие смещения от блока 5 питания

0см! = Un l - -K20Uni:

Обеспечение равенства

m1 К20п! необходимо для компенсации смещения выходного сигнала на каждом из участков аппроксимации, Сравнивающий узел 24 управляется сигналом от второго усилителя 9 (кривая 3 на фиг.2), Опорные напряжения, формируемые делителями 22.и 23 напряжения соответствуют по уровню сигналам с выхода усилителя 9 при температурах Тз и Т2 (см. фиг.2). Когда сигнал с выхода второго усилителя 9 достигнет значения первого опорного напряжения на выходе сравнивающего узла

24 формируется сигнал, переводящий переключатели 10, 14, 18 в положение, соответствующее следующему участку аппроксимации.

Точность предлагаемого устройства зависит от числа выбранных участков аппроксимации и может быть увеличена при выборе большего числа участков, При зэданном числе участков аппроксимации для обеспечения большей точности их следует выбирать исходя иэ минимума суммарной погрешности на этих участках по наиболее нелинейной из зависимостей, представленной на фиг.2.

Технико-экономическими преимуществами тензометрического устройства по сравнению с прототипом является повышение точности коррекции температурной погрешности тензодатчика в условиях нелинейности температурных зависимостей мультипликативной и аддитивной со-. ставляющих температурной погрешности тензодэтчика путем их линейной эппроксимэции и коррекции по каждой из линейных составляющих на рассматриваемом участ40 Ф ормула изобретения .

Тензометрическое устройство, содержащее тенэомост, первый резистор, блок питания, первый выход которого соединен с .. первой вершиной диагонали питания тензо45 моста, второй выход через первый резистор соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, первый усилитель, первый и второй входы которого соединены с выходами измерительной диагонали тензомоста, первый сумматор и управляемый масштабный преобразователь, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход соединен с первым входом первого сумматора, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено вторым и третьим резисторами, первые выводы которых соединены с выходами блока питания, а вторые выводы соединены между собой, вторым усилите9

1796889

Составитель С. Исаков

Редактор М, Кузнецова Техред M,Mîðãåíòàë Корректор С. Шекмар

Заказ 643 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лем, первый вход которого соединен с вторыми выводами второго и третьего резисторов, а второй вход — с второй вершиной диагонали питания тензомоста, первым переключателем,Ьход которого соединен с выходом второго усилителя; первым, вторым и третьим масштабнымипреобразователями, входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами первого переключателя, а выходы объединены и соединены с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока питания, а выход соединен с вторым входом управляемого масштабного преобразователя, вторым переключателем, вход которого соединен с первым выходом блока питания, четвертым, пятым и шестым масштабными преобразователями, входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами второго переключателя, а выходы объединены и соединены с третьим входом первого усилителя, третьим переключателем, вход которого соединен с первым вы5 ходом блока питания, седьмым, восьмым и девятым масштабными преобразователями, входы которых соответственно соединены с первым, вторым и третьим выходами третьего переключателя, а выходы объеди10 нены и соединены с вторым входом первого сумматора, первым и вторым делителями напряжения, входы которых соединены с первым входом блока питания, сравнивающим узлом, первый вход которого соединен

15 с выходом второго усилителя, второй вход соединен с выходом первого делителя напряжения, третий вход соединен с выходом второго делителя напряжения, а выход — с управляющими входами первого, второго и

20 третьего переключателей. ! . Д

1 . (