Тензорезисторний вимірювальний перетворювач

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в весоизмерительной и дозирующей ее области. Известен тензорезисторный измерительный преобразователь, содержащий мостовую схему, в измерительную диагональ которой включен усилитель, резисторную цепочку, образцовый резистор, последовательно расположенные переключатели, которые соединены с источником постоянного напряжения и с общей точкой схемы, при этом выход одного из переключателей включен в генераторную диагональ мостовой схемы, а выход другого переключателя через образцовый резистор включен в измерительную диагональ мостовой схемы, управляющие входы переключателей соединены с микропроцессором. Преобразователь содержит также электронный генератор, выход которого соединен с микропроцессором [2]. Это устройство по наличию существенных признаков и достигаемому результату наиболее близко к заявляемому те хническому решению и выбрано в качестве прототипа, К его недостаткам относится относительно невысокая точность измерения, обусловленная зависимостью результата измерения от "синфазных" изменений сопротивлений плеч мостовой схемы, а также от мультипликативных погрешностей усилителя. Задачей изобретения является повышение точности измерения путем обеспечения постоянства аддитивных и мультипликативных погрешностей измерительного тракта во всех тактах работы устройства. Поставленная задача решается тем, что тензорезисторный измерительный преобразователь, содержащий мостовую схему, первая диагональ которой первым и вторым своими выходами подключена к соответствующим входам дифференциального усилителя, первый вход которого через первый образцовый резистор подключен к подвижному контакту первого переключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с общей точкой схемы, а второй -с источником постоянного напряжения и с одним из неподвижных контактов второго переключателя, другой неподвижный контакт которого соединен с общей точкой схемы, подвижный контакт второго переключателя подключен к первому выводу второй диагонали мостовой схемы, а управляющие входы первого и второго переключателей подсоединены соответственно к первому и второму выходам микропроцессора, вход которого подключен к выходу управляемого электронного генератора, согласно изобретению, снабжен двумя аналоговыми инверторами, двумя ключами и тремя образцовыми резисторами, причем вход первого аналогового инвертора подключен к подвижному контакту второго переключателя, а выход соединен с вторым выводом второй диагонали мостовой схемы, первый вход дифференциального усилителя через последовательно соединенные первый ключ и второй образцовый резистор подключен к подвижному контакту первого переключателя и к входу второго аналогового инвертора, выход которого через последовательно включенные третий образцовый резистор и второй ключ' соединен со вторым входом дифференциального усилителя, этот же вход которого через четвертый образцовый резистор подключен к выходу второго аналогового инвертора, выход ди фференциального усилителя соединен с управляющим входом электронного генератора, а управляющие входы первого и второго ключей соединены с третьим выходом микропроцессора. За счет отсутствия коммутации измерительной диагонали тензомоста в течение всего цикла измерения удается обеспечить большее постоянство аддитивных и мультипликативных погрешностей измерительного тракта во всех пяти тактах работы устройства, что обеспечивает их более полную цифровую коррекцию. Благодаря тому, что неизвестное и "образцовое" напряжения на входе измерительного тракта формируются на выходе измерительной диагонали тензомоста с помощью делителя напряжения, выходное сопротивление которого в разных трактах служит то верхним, то нижним плечом этого делителя, "синфазные" изменения значений сопротивлений плеч тензомоста не вызывают погрешностей измерения после предложенной цифровой коррекции. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого тензорезисторного измерительного преобразователя. Он содержит мостовую схему, в диагональ которой включен инвертор 2, вход которого соединен с выходом переключателя 3., Первый вход переключателя 3 соединен с первым входом переключателя 4, который соединен с выходом источника постоянного напряжения 5. Вторые входы переключателей 3 и 4 подключены к общей точке схемы. Выход переключателя 4 соединен с входом инвертора 6 и через образцовый резистор 7 - с первым выходом измерительной диагонали мостовой схемы 1. Образцовый резистор 8 включен между входами инвертора 6 и ключа 9. Выход ключа 9 соединен с первым выходом измерительной диагонали мостовой схемы 1. Выход инвертора 6 через образцовый резистор 10 подключен к второму выходу измерительной диагонали мостовой схемы 1. Образцовый резистор 11 включен между входом ключа 12 и выходом инвертора 6. Выход ключа 12 соединен со вторым выходом измерительной диагонали мостовой схемы 1. Первый и второй выходы измерительной диагонали мостовой схемы 1 подключены соответственно ко входам дифференциального усилителя 13 (ДУ). выход которого через управляемый электронный генератор 14 соединен с входом микропроцессора 15. Управляющие входы ключей 9 и 12 подключены к третьему входу микропроцессора 15, Управляющие входы переключателей 3 и 4 соединены, соответственно, с первым и вторым выходами микропроцессора 15. Работает тензорезисторный измерительный преобразователь следующим образом в пять тактов. В первом такте переключатель 3 подключает опорное напряжение U0 ко входу инвертора 2. Переключатель 4 подключает вход инвертора 6 к общей точке схемы. Ключи 9 и 12 замкнуты. Частота f1 выходного сигнала электронного генератора 14 при этом будет равна: к - коэффициент тензочувствительно-сти, - относительная деформация датчика, R2 - сопротивление тензорезистора, гл - сопротивление линии связи между ДУ и мостовой схемой, Кду - коэффициент усиления дифференциального усилителя, Кпнч - коэффициент преобразования электронного генератора, fo - начальная частота электронного генератора, D1 - аддитивная погрешность измерительного канала, приведенная ко входу ДУ, в первом такте, 2RO - сопротивление образцовых резисторов. Значение частоты f1 измеряется с помощью микропроцессора 15 и запоминается в виде кода N1, равного Где b - коэффициент пропорциональности. Во втором такте переключатель 3 подключает вход инвертора 2 к общей точке схемы, положение остальных ключевых элементов не изменяется. Частота f2 вы ходного сигнала электронного генератора 14 при этом будет равна: Значение частоты f2 измеряется с помощью микропроцессора 15 и запоминается в виде кода N2, равного: В третьем такте переключатель 4 соединяет вход инвертора 6 с выходом источника постоянного напряжения 5, остальные ключевые элементы не меняют своего состояния. Частота f3 вы ходного сигнала электронного генератора 14 при этом будет равна: Значение частоты f3 измеряется с помощью микропроцессора 15 и запоминается в виде кода N3, равного: В четвертом такте ключи 9 и 12 размыкаются, переключатели 3 и 4 остаются в прежнем состоянии. Частота f4 вы ходного сигнала электронного генератора 14 при этом будет равна: Где D2 - аддитивная погрешность измерительного канала, приведенная ко входу ДУ в че твертом такте. Значение частоты f4 измеряется с помощью микропроцессора 5 и запоминается в виде кода N4, равного: В пятом такте переключатель 4 подключает вход инвертора 6 к общей точке схемы, ключи 9,12 и переключатель 3 остаются в прежнем положении. Частота f5 вы ходного сигнала электронного генератора 14 при этом будет равна: Значение частоты f5 измеряется с помощью микропроцессора 15 и запоминается в виде кода N5, равного: По окончании пятого такта вычисляется результат измерения N(P) no формуле: Подставляя в (11) значения N1 из (2),(4).(6),(8),(10) с учетом (1),(3),(5),(7),(9), получим: N(P)=d=const*P , (12) где Р - измеряемый вес, const- коэффициент пропорциональности, определяемый параметрами упругого элемента. Таким образом, полученный результат (12) не зависит от аддитивно-мультипликативных погрешностей всего электрического тракта, включая линии связи и "синфазные" изменения сопротивления тензорезисторов, что позволит повысить точность измерения.