ИМИТАТОР ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ
SIMULATOR OF RESISTANCE STRAIN GAUGE OUTPUT SIGNALS

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов.
Известен имитатор выходных сигналов тензорезисторов, предназначенный для метрологической поверки, аттестации и наладки вторичных тензометрических приборов, содержащий мостовую или полумостовую схему, набор электромагнитных реле, контактные пары которых коммутируют в плечи измерительной схемы ту или иную комбинацию из набора постоянных резисторов [1]. Такой имитатор имеет ограниченный набор уровней разбаланса выходного сигнала, способен имитировать сигналы только статического характера, имеет небольшой ресурс из-за наличия механических контактов, не позволяет автоматизировать процесс проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных преобразователей.
Известен имитатор выходных сигналов тензорезисторов [2], содержащий имитирующую схему - измерительный мост, плечи которого образованы резисторами, первый диод, два линеаризующих резистора, а также источник образцового напряжения. Выводы одной диагонали моста служат для подключения его к источнику питания, выводы другой диагонали являются информационными для вторичного прибора. Точка соединения первых выводов резисторов подключена к катоду диода, анод которого соединен с первым выводом диагонали питания. Второй вывод одного из этих резисторов соединен с одним из информационных выводов моста и одним из выводов источника образцового напряжения, другой вывод которого соединен со вторым выводом другого из этих резисторов.
Недостатками данного устройства являются нелинейность зависимости выходного сигнала (напряжения разбаланса моста) от величины образцового напряжения, температурная нестабильность выходного сигнала, обусловленные наличием в цепи задания разбаланса нелинейных элементов с высокой температурной чувствительностью (диодов), малый диапазон измерения напряжения разбаланса моста при приемлемой точности.
Из известных наиболее близким по технической сущности является имитатор выходных сигналов тензорезисторов [3]. Устройство состоит из измерительного моста, образованного прецизионными резисторами, линеаризующего резистора, источника образцового напряжения, дифференциального усилителя, разностной схемы и интегратора. При этом выходы измерительного моста соединены с входами дифференциального усилителя, выходы источника образцового напряжения и дифференциального усилителя соединены с входами разностной схемы, выход которой соединен с входом интегратора. Выход интегратора соединен с одним выводом резистора задания разбаланса, а другой вывод резистора задания разбаланса соединен с одним выходом измерительного моста.
Недостатками этого имитатора выходных сигналов тензорезисторов являются недостаточная точность имитации разбаланса измерительного моста, связанная с тем, что величина разбаланса моста не учитывает напряжение питания моста, и невозможность имитации частотных сигналов из-за инерционности интегратора.
Целью изобретения является повышение точности имитации разбаланса измерительного моста за счет использования в качестве источника образцового напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя, на опорный вход которого подается напряжение питания измерительного моста, и обеспечение имитации частотных сигналов за счет включения в схему усилителя и сумматора.
Поставленная цель достигается тем, что в имитатор выходных сигналов тензорезисторов, содержащий измерительный мост, выводы одной диагонали которого подключены к источнику питания, а выводы другой диагонали являются информационными выводами имитатора, источник образцового напряжения, линеаризующий резистор, второй вывод которого соединен с одним из информационных выводов моста, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам измерительного моста, разностная схема, первый вход которой соединен с выходом источника образцового напряжения, а второй - с выходом дифференциального усилителя, и интегратор, вход которого соединен с выходом разностной схемы, согласно предлагаемому изобретению в него введены усилитель, вход которого соединен с выходом разностной схемы, и сумматор, входы которого подключены к выходам усилителя и интегратора, а выход соединен с первым выводом линеаризующего резистора, причем источник образцового напряжения выполнен на основе умножающего цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения которого подключен к источнику питания измерительного моста.
Использование в качестве источника образцового напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя с подключением источника питания измерительного моста к его входу опорного напряжения позволяет повысить точность имитации разбаланса измерительного моста, поскольку при этом разбаланс моста будет определяться напряжением питания моста, как и в реальных мостовых измерительных схемах.
Введенные в схему имитатора выходных сигналов тензорезисторов усилитель и сумматор образуют дополнительный безынерционный канал изменения выходного сигнала измерительного моста, что позволяет обеспечить имитацию частотных сигналов.
Таким образом, предложенная совокупность признаков изобретения приводит к повышению точности имитации разбаланса измерительного моста за счет учета напряжения питания моста и обеспечивает возможность имитации частотных сигналов.
П
П
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства имитатора выходных сигналов тензорезисторов. Устройство состоит из измерительного моста 1, образованного прецизионными резисторами 2, 3, 4, 5, линеаризующего резистора 6, дифференциального усилителя 7, источника образцового напряжения 8, выполненного на основе умножающего цифроаналогового преобразователя, разностной схемы 9, интегратора 10, усилителя 11 и сумматора 12. При этом выводы одной диагонали измерительного моста 1 подключены к источнику питания U, а выводы другой диагонали являются информационными выводами имитатора и соединены с входами дифференциального усилителя 7. Выход дифференциального усилителя 7 подключен к первому входу разностной схемы 9. Вход источника образцового напряжения 8 подключен к источнику питания U измерительного моста 1. Выход источника образцового напряжения 8 соединен со вторым входом разностной схемы 9. Выход разностной схемы 9 подключен к входам усилителя 11 и интегратора 10, выходы которых подключены к входам сумматора 12. Выход сумматора 12 соединен с первым выводом линеаризующего резистора 6, второй вывод которого подключен к одному из информационных выводов имитатора.
П
ВЫХ
об
П
ВЫХ
ДУ
ВЫХ
об
ДУ
У
И
СУМ
Y
И
ВЫХ
И
ДУ
об
У
ВЫХ
об
ВЫХ
об
Работает устройство следующим образом. При подаче на измерительный мост 1 напряжения питания U формируется выходной сигнал измерительного моста 1 - напряжение разбаланса U, и на выходе источника образцового напряжения 8 появляется напряжение U, пропорциональное напряжению питания моста U и коду, подаваемому на цифроаналоговый преобразователь. Напряжение разбаланса моста U усиливается дифференциальным усилителем 7 в K1 раз (U=K1·U). На выходе разностной схемы 9 и на входе усилителя 11 появляется разность ΔU=U-U. Усилитель 11 усиливает разность ΔU в K2 раз (U=K2·ΔU), интегратор 10 изменяет свое выходное напряжение U в направлении уменьшения величины разности ΔU. На выходе сумматора 12 формируется напряжение U=U+U, которое через линеаризующий резистор 6 изменяет выходное напряжение U измерительного моста 1. В статическом режиме интегратор 10 изменяет свое напряжение U до тех пор, пока выходное напряжение U дифференциального усилителя 7 не станет равным напряжению U, задаваемому источнику образцового напряжения 8 (ΔU=0, U=0). При этом K1·U=U, откуда U=U/K1.
об
ПЕР
У
ВЫХ
ВЫХ
В случае имитации частотных сигналов на выходе источника образцового напряжения 8 формируется заданный закон изменения напряжения U за счет соответствующего изменения входного кода цифроаналогового преобразователя. На линеаризующем резисторе 6 появляется дополнительная переменная составляющая U=U, которая приводит к появлению переменной составляющей разбаланса моста U. Частота переменной составляющей разбаланса моста U ограничивается только динамическими свойствами цифроаналогового преобразователя и частотой загрузки кода в цифроаналоговый преобразователь.
Таким образом, технический результат заключается в повышении точности имитации разбаланса измерительного моста за счет использования в качестве источника образцового напряжения умножающего цифроаналогового преобразователя с подключением источника питания измерительного моста к его входу опорного напряжения и обеспечении имитации частотных сигналов за счет введения в схему имитатора усилителя и сумматора, которые образуют дополнительный безынерционный канал изменения выходного сигнала измерительного моста.
Источники информации
1. Руководство по эксплуатации 4Т2.702.002РЭ. Имитатор выходных сигналов тензорезисторов образцовой ИСТ-1. Краснодарский завод «Тензоприбор», 1988 г., с.10-12.
2. RU патент №2391692, G05B 17/00. Имитатор выходных сигналов тензорезисторов. Опубл.: 10.06.2010 г.
3. RU патент №2490707, G06G 7/62. Имитатор выходных сигналов тензорезисторов. Опубл.: 20.08.2013 г.