Устройство для измерения сил

Устройство для измерения сил

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И А-Й-И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сеюз Сеаетсимк

Сецнапистичааинк

Республик

< ц 646208

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 170775 (2!) 2157936/24-07 (51) N. Кл.

G 01 : 1/18

G 05 F 1/50 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ло аелам нзобретеннй н открытнй (Ы) УДК 621.316. .722.1(088.8) Опубликовано 0502.79. Бюллетень ¹ 5

Дата опубликования описания 050279 (72) Авторы изобретения

В.A. Романов, И.П. Жадько, Т.В. Сердега, Л.В. Святогор и С.Н. Салов (7() ЗаяантеЛЬ ИнститУт полупровоДников AH Украинской ССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в системах контроля и регулирования давления, усилия, ускорения и других, содержащих в качестве силоизмерительного элемента полупроводниковый тензодатчик, выходной сигнал которого при данном усилии пропорционален напряжвнИю=питания и обратно пропорционален температуре.

Известно устройство для измерения сил, содержащее тенэодатчик, регулы» рующий элемент в виде параллельной 1S цепочки иэ терморезистора и резистора, входом подключенный к источнику постоянного напряжения, а выходом— к тенэодатчику jl) .

ЯО

Наиболее близко к предлагаемому устройство для измерения сил, содер- жащее полупроводниковый тензодатчик, принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивления, выходом соединенный с выводами для подключения нагрузки, а входом — с выходными выводаии регулирующего эле- мента, входные выводы которого че.— рез подводящие провода подсоедииены к выводам для подключения к источнику постоянного напряжения P).

Сопротивление терморезисторов, используемых в регулирующем элементе, экспоненциально зависит от температуры. " Этот факт, а также включение регулирующего элемента последовательно с тензодатчиком приводят к тому, что компенсация изменения чувствительности тензодатчиков при изменении температуры может быть тольно нелинейной и может происходить в пределах допустимой погрешности изменения выходного сигнала тензодатчика в ограниченном температурном интервале.

Кроме того, йэменения напряжения питания тенэодатчика, обусловленные, . например, нестабильностью источника постоянного напряжения, падением напряжения на подводящих проводах и его изменением с изменением, температуры окружающей среды, вносят в измерения дополнительную погрешность.

Последний фактор, в частности, приводит к существенному ограничению допустимой длины подводящих проводов дистанционных приборов, например манометров, использующих полупроводниковые тензодатчики в совокупности

6462

08 с известными схемами регулирующего элемента.

Цель изобретения — обеспечение линейной компенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика и улучшение выходных характеристик.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для измерения сил, содержащем полупроводниковый тенэодатчик, принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивле- 10 ййя, "выходом соединенный с выводами для пбдключения нагрузки, а входом— с вю одными выводами регулирующего элемента, входные выводы которого через подводящие провода подсоединены д к выводам для подключения к источнику постоянного напряжения, регулирующий элемент выполнен в виде транзисторного стабилизатора постоян його напряжения с датчиком опорного напряжения с положительным температурным коэффициентом на стабилитроне, балластном и нагрузочном резисторах и цепочке, состоящей из по крайней мере двух последовательно соединенных стабиСторов, причем последовательно включенные стабилитрон и балластный резистор подключены параллельно вывэдам стабилизатора, а последоваТельнО включенные цепочка, состоящая из по крайней мере двух последовательно соединенных стабисторов, и нагруэочный резистор — параллельно указанному стабилитрону при этом выходные выводы датчика опорного напряжения подключены к точке соединения нагрузочного резистора и цепочкистабисторов и общей точке стабилитрона и нагруэочного резистора.

В качестве транзисторного стабилизатора постоянного напряжения исполь-40 зован параметрический стабилизатор, состоящий из транзистора, включенного в одну из силовых шин и базой подключенного к точке соединения нагрузочного резистора с цепочкой ста 45 бисторов,входным силовым выводом— к одному из.выводов для подключения источника постоянного напряжения, а выходным силовым выводом — к одному из входных выводов полупроводнико- 9)

@ого тензодатчика.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения сил, на фиг. 2 — температурные зависимости напряжений стабилизации и выходного напряжения при постоянном усилии.

Устройство длй измерения сйл содержит регулирующий элемент 1 в виде параметрического стабилизатора напряжения, состоящего из транзистора 2, включенного в одну из силовых шин и базой подключенного к точке соединения нагрузочного резистора 3 и стабисторов 4, и опорного стабилитрона 5, подключенного параллельно последовательной цепочке из резистора 3 и стабисторов 4, и балластного резистора 6, включенного между опорным стабилитроном 5 и входный силовым выводом транзистора 2, причем к выходу стабилизатора подключен полупроводниковый тензодатчик 7, выход которого подсоединен к выводам для подключения на-. грузки. Вход стабилизатора через подводящие провода 8, 9 подключен к источнику постоянного напряжения

10.

Устройство для измерения сил работает следующим образом.

Нестабилизированное напряжение питания постоянного тока от источника постоянного напряжения 10 по подводящим проводам 8, 9 поступает на тензодатчик 7 через регулирующий элемент 1. Принцип действия регулирующего элемента отличается от принципа действия известных параметрических стабилитронов напряжения тем, что обычно опорное напряжение, подаваемое на базу транзистора 2, стараются сделать как можно менее зависимым от температуры, а в данном устройстве использован прямо противоположный принцип: опорное напряжение преднамеренно сделано зависящим от температуры по линейному закону.

Для этой цели датчик опорного напряжения (элементы 3-6) содержит балластный резйстор 6 и последовательно с ним включенный полупроводниковый стабилитрон 5 с обычно малым положительным температурным коэффициентом напряжения стабилизации.

Прямая А на фиг. 2 демонстрирует температурную зависимость напряжения стабилизации U стабилитрона определенного типа.

Параллельно стабилитрону включена. .цепочка из нескольких стабисторов:

4 и резистора 3. В качестве резистора 3 может быть использован потенциометр. В этом случае база транзистора 2 соединяется с его движком.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабисторов, в качестве которых использованы кремниевые диоды в проходном направлении, отрицателен, Прямая Б на фиг. 2 показывает температурную зависимость напряжения стабилизации ОЗ цепочки из шести диодов определенного .типа.

На резисторе 3 выделяется разностное напряжение U< - О, температурный коэффициент которого зависит от напряжения стабилизации 0„ стабилитрона 5, количества стабисторов в цепочке 4 и от температурных коэффициентов напряжения стабилизации стабилитрона и стабистора. В принципЕ при уменьшении величины О - U температурный коэффициентй(Ц-0z) gT(V„-0z) может быть сделан сколь угодно . боль646208

3,0

4а -zu u zo ж

УЬ z

ЦНИИПИ Заказ 101/32 Тираж 1089 Подписное

Филиал ППП Патент . r. Ужгород, ул. Проектная, 4 шим, что позволяет легко (путем подбора количества стабисторов .в цепочке 4 и стабилитрона 5 с подходящим напряжением стабилизации Uq ) получить необходимую его величину для полной компенсации температурного изменения чувствительности тензо- 5 датчика 7. Линейная зависимость Ц1 и 0 от температуры (фиг. 2), а следовательно и 0„ - Ug (прямая 3 на фиг. 2), позволяет получить линейную компенсацию в широком темпера- lO турном диапазоне. Прямая 4 на фиг.2 демонстрирует температурную зависимость выходного напряжения данного устройства для измерения сил.

Из сравнения приведенных на фиг.2 )6 кривых следует., что в данном устройстве обеспечена линейность компенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика, а также значительно 2О уменьшена погрешность измерения сил.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения сил, содержащее полупроводниковый тензодатчик, принцип действия которого основан на эффекте пьезосопротивления, выходом соединенный с выводами для подключения нагрузки, а входом— с выходными выводами регулирующего элемента, входные выводы которого через подводящие провода подсоединены к выводам для подключения к источнику постоянного напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения линейной компенсации температурной зависимости чувствительности полупроводникового тензодатчика и улучшения выходных характеристик, регулирующий элемент выполнен в виде транзисторного стабилизатора постоянного напряжения с датчиком опорного напряжения с положи.тельным температурным коэффициентомна стабилитроне, балластном и нагруэочном резисторах и цепочке, состоящей из по крайней мере двух последовательно соединенных стабисторов, причем последовательно включенные стабилитрон и балластный резистор подключены параллельно выводам стабилизатора, а последовательно включенные цепочка, состоящая из по крайней мере двух последовательно соединенных стабисторов и нагрузочный резистор — параллельно указанному стабилитрону, при этом выходные выводы датчика опорного напряжения подключены к точке соединения нагруэочного резистора и цепочки стабисторов и общей точке стабилитрона и нагрузочнсго резистора.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в качестве транзисторного стабилизатора постоянного напряжения использован параметрический стабилизатор, состоящий из транзистора, включенного в одну из силовых шин и базой подключенного к точке соединения нагруэочного резистора с цепочкой стабисторов, входным силовым выводом — к одному иэ выводов для подключения источника постоянного напряжения, а выходным силовым выводом — к одному из входных выводов полупроводникового тенэодатчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Трукачев Б.С. и Удалов Н.П.

Полупроводниковые тензопреобразователи, M., Энергия, 1968, с. 34.

2. Эрлер В. и Вальтер Л. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензодатчиками,, М., Мир, 1974, с. 63.