Тензометричний перетворювач

1. Тензометричний перетворювач, що містить одиночний вимірювальний тензорезистор, компенсаційний тензорезистор, джерело постійного струму та диференційний підсилювач, вихід якого є виходом перетворювача, який відрізняється тим, що перетворювач оснащено джерелом стабілізованої постійної напруги, одна з вихідних клем якого з'єднана з загальною шиною перетворювача, а також двома ідентичними вимірювальними підсилювачами, що мають диференційні входи відносно загальної шини та опорний вивід для подачі напруги зміщення вихідного сигналу, причому входи першого та другого вимірювальних підсилювачів з'єднані відповідно з виводами компенсаційного та вимірювального тензорезисторів, опорні виводи обох вимірювальних підсилювачів з'єднані між собою та з потенційною вихідною клемою джерела постійної стабілізованої напруги, виходи першого та другого вимірювальних підсилювачів з'єднані відповідно з інвертуючим та неінвертуючим входами диференційного підсилювача, одна з вихід U 2 (11) 1 3 15642 4 дного сигналу та порушення ефективності схемної му, які є основною причиною нелінійності функції термокомпенсації мосту при зміні електричного перетворювання нерівноважного вимірювального опору дротів довгих ліній зв'язку тензодатчиків з мосту Вітстона. електронним блоком перетворювача [1, с. 129]. Вплив зміни опору дротів ланцюга струму жиНайбільш близьким за сукупністю ознак та тевлення тензорезисторів на точність виміру об'єкта хнічному результату до корисн6ої моделі, стосоввинаходу слабшає пропорційно коефіцієнту стабіно якої подається заява, є тензометричний перетлізації джерела струму, який визначається коефіворювач, що містить рівноплечий міст Вітстона з цієнтом посилення операційного підсилювача в одиночним вимірювальним та компенсаційним ланцюзі зворотного зв'язку використовуваної схетензорезисторами, диференційний підсилювач, ми стабілізатора струму. Наприклад, використання входи якого з'єднані з вимірювальною діагоналлю операційного підсилювача з коефіцієнтом підсимосту, а вихід є виходом перетворювача, в якому лення порядку 105 дозволяє зменшити вплив зміни джерело живлення виготовлено згідно зі схемою опору дротів на рівні до 100дб. Вплив зміни опору джерела постійного струму, вихідні клеми якого дротів вхідних ланцюгів вимірювальних підсилюз'єднані з діагоналлю живлення мосту [1.С.125]. вачів практично виключено за рахунок високого Такий перетворювач, в порівнянні з розглянувхідного опору використовуваної схеми вимірюватим вище аналогом, забезпечує зменшення похибльного підсилювача. ки нелінійності вихідної статичної характеристики Для вирішення задачі розроблення багатока(вдвічи - за інших рівних умов [1, с. 125]), однак усі нального вимірювального перетворювача одиночзазначені недоліки мостової схеми увімкнення тених тензодатчиків в одноканальному тензометричнзорезисторів залишаються в силі. ному перетворювачі, в розрив вихідного ланцюга В основу корисної моделі поставлено задачу джерела струму між виводами вимірювального створення вимірювального перетворювача одинотензорезистора та постійного резистора, увімкнуто чного тензодатчика з компенсаційним тензорезисдодатково послідовно з'єднані виводами N вимітором в одноканальному та багатоканальному рювальних тензорезисторів, а до складу електваріантах його здійснення, що має лінійну вихідну ронного блока перетворювача додатково введені статичну характеристику, ефективну систему схевимірювальний та диференційний підсилювачі мної термокомпенсації та забезпечує мінімізацію відповідно для кожного з N додатково увімкнутих впливу на точність вимірів температурних змін тензорезисторів. Виводи додаткового, наприклад, електричного опору дротів лінії зв'язку тензорезисN-го тензорезистора з'єднані з входами відповідторів з електронним блоком перетворювача. ного N-го додаткового вимірювального підсилюваДля вирішення поставленої задачі в тензометча, опорний вивід N-го вимірювального підсилюваричний перетворювач, що містить вимірювальний ча з'єднано з потенційною клемою джерела та компенсаційний тензорезистори, джерело поспостійної стабілізованої напруги, вихід N-го вимітійного струму та диференційний підсилювач, вирювального підсилювача з'єднано з неінвертуюхід якого є виходом перетворювача, введено дочим входом N-го додаткового диференційного піддатково джерело постійної стабілізованої напруги, силювача, інвертуючий вхід якого з'єднано з одна з вихідних клем якого з'єднана з загальною виходом першого вимірювального підсилювача, а шиною перетворювача, та два ідентичні вимірювихід є виходом N-го вимірювального каналу перевальні підсилювачі, що мають диференціальні творювача. входи відносно загальної шини та опорний вивід В порівнянні з N-канальним тензометричним для подачі напруги зміщення вихідного сигналу. перетворювачем, виготовленим на базі мостових Джерело живлення виготовлено згідно зі схемою схем відомих аналогів, об'єкт винаходу згідно з п. активного стабілізатора постійного струму з опе2 спрощено за рахунок схемного виключення чисраційним підсилювачем в ланцюзі зворотного зв'яла (N-1) компенсаційних тензорезисторів. При зку, причому одна з вихідних клем джерела струму цьому відповідно зменшується потужність енергоз'єднана з загальною шиною перетворювача, а споживання первинних перетворювачів. інша клема з'єднана з ланцюгом послідовно з'єдСуть корисної моделі пояснюється кресленнаних виводами відповідно компенсаційного тенням, де на фіг.1 наведена структурна схема перезорезистора, вимірювального тензорезистора та творювача одиночного тензодатчика з компенсапостійного резистора, вільний вивід якого з'єднано ційним тензорезистором, а на фіг.2 - схема N із загальною шиною перетворювача. Диференційні канального перетворювача одиночних тензодатчивходи першого та другого вимірювальних підсилюків з використанням лише одного компенсаційного вачів з'єднані відповідно з виводами компенсаційтензорезистора. ного та вимірювального тензорезисторів, опорні Тензометричний перетворювач, наведений на виводи обох вимірювальних підсилювачів з'єднані схемі фіг.1, містить активний стабілізатор 1 постійміж собою та з потенційною вихідною клемою ного струму, виготовлений, наприклад, згідно зі джерела постійної стабілізованої напруги, а вихосхемою з операційним підсилювачем в ланцюзі ди першого та другого вимірювальних підсилювазворотного зв'язку [2, с. 353)]. В вихідний ланцюг чів з'єднані відповідно з інвертуючим та неінверструму стабілізатора 1 увімкнуті послідовно комтуючим входами диференційного підсилювача. пенсаційний тензорезистор 2, вимірювальний тенЛінійність вихідної статичної характеристики зорезистор 3 та постійний резистор 4, що забезпеоб'єкта винаходу в широкому діапазоні вимірючує «взваження» потенціалів виводів вання деформації вимірювального тензорезистора тензорезистора 3 відносно загальної шини перетдосягається за рахунок відсутності в ланцюзі живворювача. Виводи тензорезисторів 2 і 3 з'єднані лення тензорезисторів вузлів розгалуження струвідповідно з диференційними входами ідентичних 5 15642 6 вимірювальних підсилювачів 5 та 6, виготовлених, опору вимірювального тензорезистора R1 під наприклад, згідно зі стандартною схемою з трьох впливом деформації операційних підсилювачів [2, с. 451]. Опорні вивоНа входи вимірювальних підсилювачів 5 та 6 ди підсилювачів 5 та 6 з'єднані між собою та з попоступають відповідно сигнали: тенційною вихідною клемою джерела 7 постійної U5=IT RK=ITR(1+ ); (2) стабілізованої напруги, що забезпечує вихідне U6=IT R1=ITR(1+ + 1) балансування вимірювальних підсилювачів. Виходе ди підсилювачів 5 та 6 з'єднані з входами дифереIT - струм живлення тензорезисторів нційного підсилювача 8, на виході якого формуНа виходах підсилювачів 5 та 6 формуються ється вихідний сигнал перетворювача, відповідно сигнали: пропорційний різниці падінь напруги на вимірюваUK=U5 KB-E0; (3) льному тензорезисторі 3 та компенсаційному тенUB1=U6 KB-E0, зорезисторі 2. де В N-канальному перетворювачі згідно зі схеE0 - напруга зміщення, що подається на опорні мою фіг.2 в розрив вихідного ланцюга струму ставиводи вимірювальних підсилювачів; білізатора 1, між виводами тензорезистора 3 та КB- коефіцієнт передачі ідентичних вимірюва«взважуючого» резистора 4, увімкнуто додатково льних підсилювачів 5 та 6. послідовно з'єднані виводами N вимірювальних Тут величина КB обмежена за критерієм мактензорезисторів, а до складу електронного блока симально допустимих згідно з сертифікатом знаперетворювача введено додатково вимірювальний чень синфазного вхідного сигналу використовувата диференційний підсилювачі відповідно для коної мікросхеми диференційного підсилювача 8. жного з N додатково підключених тензорезисторів. Задаючи величину опорної напруги вимірюваВиводи додаткового, наприклад, N-го тензорезисльних підсилювачів рівною: тора 9 з'єднані з входами відповідного N-го додат(4) Е0=-ІТ R KB, кового вимірювального підсилювача 10, опорний вихідні сигнали підсилювачів 5 та 6 можна повивід якого з'єднаний з потенційною клемою джедати виразами: рела 7 постійної стабілізованої напруги, вихід підUK=IT R KB ; (5) силювача 10 з'єднано з неінвертуючим входом NUB1=IT R KB ( + 1 го додаткового диференційного підсилювача 11, При ідентичних значениях температурних інвертуючий вхід якого з'єднаний з виходом підсиприрощень опору вимірювального та компенсаційлювача 5, а вихід є виходом N-го вимірювального ного тензорезисторів, на виході диференційного каналу перетворювача, на якому формується сигпідсилювача 8 формується вихідний сигнал перетнал, пропорційний різниці падінь напруги на виміворювача: рювальному тензорезисторі 9 та на компенсацій(6) UT1=(UB1-UK) KД=IT R KB KД 1, ному тензорезисторі 2. Кожен з N вимірювальних де та компенсаційний тензорезистори з'єднані з елекКД - коефіцієнт передачі підсилювача 8, що тронним блоком перетворювача чотиридротовими нормує заданий масштаб тензометричних перетлініями зв'язку через відповідні кабельні роз'єми ворювань. Х1-XN та ХK. Таким чином, похибка термокомпенсації об'єкЯк варіант, компенсаційний тензорезистор, ту корисної моделі принципово обумовлена лише взятий з тієї ж робочої партії, що і вимірювальні неідентичністю температурних характеристик тентензорезистори, встановлюється на конструктивно зорезисторів у складі використовуваної робочої окремому зразку з того ж матеріалу, що і досліпартії. джувана конструкція. Зразок з компенсаційним Аналогічно (6) на виході N-го вимірювального тензорезистором розміщується, по можливості, в каналу перетворювача згідно зі схемою фіг.2 форбезпосередній близькості до місць встановлення мується сигнал: тензорезисторів робочої групи N. Під час випробу(7) (UBN-UK)·КД=ІТ R·КВ·КД· N вань зразок з компенсаційним тензорезистором не де повинен наражатися на деформацію, а його темN= RN/R - відносне значення прирощення пература в кожен момент часу повинна дорівнюопору вимірювального тензорезистора rn під вати температурі досліджуваної конструкції в місвпливом деформації. цях встановлення вимірювальних тензорезисторів. У виразах (6) та (7) наведених функцій перетПеретворювач, наведений на схемі фіг.1, праворення відсутні будь-які нелінійні члени, що підтцює наступним чином. В процесі вимірювань, при верджує факт лінійності вихідної статичної харакодночасному впливі на тензорезистори деформатеристики вимірювальних каналів об'єкту винаходу ції та температури, зміна опорів компенсаційного в широкому діапазоні змін деформації вимірюва(Rк) та вимірювального (R1) тензорезисторів вильних тензорезисторів. Важливою перевагою об'єзначається виразами: кту винаходу є можливість мінімізації (практично RK=R+ Rt=R(1+ ); (1) виключення) впливу температурних змін електриR1=R+ Rt+ R1=R1+ + 1) чного опору дротів кабельних ліній зв'язку на точде ність вимірів. R - номінал опору тензорезисторів у складі роВсі основні вузли перетворювача (стабілізатор бочої партії; струму, вимірювальний та диференційний підси=ΔRt/R - відносне значення температурного лювачі) можуть бути виготовлені за стандартними прирощення опору тензорезистора; схемами на базі інтегральних мікросхем операцій1= R1/R - відносне значення прирощення 7 15642 8 ного підсилювача, що забезпечує можливість вільКнига І. Пер. с англ. //Под ред. А. Кобаяси. - М.: ного багаторазового відтворення об'єкту корисної Мир, 1990. моделі «промисловим шляхом». 2. Искусство схемотехники: В 2-х томах: Том I. Перелік використаних джерел інформації Пер. с англ. //П. Хоровиц, У. Хилл. -М.: Мир, 1983. 1. Экспериментальная механика: В 2-х книгах: Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601