×
10.06.2016
216.015.46bb

Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002586084
Дата охранного документа
10.06.2016
Аннотация: Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для измерения приращения сопротивлений удаленных тензорезисторов или терморезисторов в многоканальных измерительных системах, работающих в условиях действия интенсивных промышленных помех. Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение содержит «n» резистивных датчиков, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, четыре группы ключевых элементов по «n» ключевых элементов в каждой, источник опорного напряжения, два равных по величине опорных резистора, три операционных усилителя и сумматор. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности многоканального преобразователя и преобразовании приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение. 1 ил.
Основные результаты: Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение, содержащий «n» резистивных датчиков, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов первой группы, «n» выходов которых соответственно через «n» первых проводов соединены с «n» первыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» вторых проводов с «n» выходами ключевых элементов второй группы, общая точка соединения входов которых подключена к первому выводу первого опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, отличающийся тем, что в него введены сумматор, второй опорный резистор, третья и четвертая группы «n» ключевых элементов, третий операционный усилитель, у которого инвертирующий вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов третьей группы, «n» выходов которых соответственно через «n» третьих проводов соединены с «n» вторыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» четвертых проводов с выходами «n» ключевых элементов четвертой группы, общая точка соединения «n» входов которых подключена к первому выводу второго опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом третьего операционного усилителя, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом источника опорного напряжения, выход второго операционного усилителя соединен с выходом преобразователя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине преобразователя, а его инвертирующий вход подключен к выходу сумматора, у которого первый, инвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов второй группы и первого вывода первого опорного резистора, второй, инвертирующий, вход соединен с выходом третьего операционного усилителя и вторым выводом второго опорного резистора, третий, инвертирующий, вход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и вторым выводом источника опорного напряжения, четвертый, неинвертирующий, вход подключен к выходу первого операционного усилителя и второму выводу первого опорного резистора, а пятый, неинвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения «n» входов ключевых элементов четвертой группы и первого вывода второго опорного резистора.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть, в частности, использовано для измерения приращения сопротивлений удаленных тензорезисторов или терморезисторов в многоканальных измерительных системах, предназначенных для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций.

Известна многоканальная измерительная система К742. Система разработана ВНИИЭП и выпускалась серийно на Омском заводе «Электроточприбор».

Система измерительная информационная К742.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации ЗПИ.487.059 ТО 1983 г. ВНИИЭП.

М.Л. Дайчик, Н.И. Пригоровский, Г.Х. Хуршудов Методы и средства натурной тензометрии. Справочник. - М.: Машиностроение. - 1989 г., - с. 64-65.

В системе К742 в режиме работы с одиночными тензорезисторами они подключаются к коммутатору измерительной части по четырехпроводной схеме. В системе измеряют отклонение сопротивления каждого тензорезистора относительно величины сопротивления опорного резистора, при этом измерительная схема построена таким образом, что тензорезистор включается последовательно с опорным резистором в ветвь, питаемую током. Другая ветвь, состоящая из двух последовательно включенных постоянных резисторов, питается напряжением. Выходной сигнал снимается со средних точек ветвей. Измерительная схема не симметрична к действию помех, поэтому имеет низкую помехозащищенность.

Известен преобразователь сигналов одиночных тензорезисторов. Патент РФ №2379695, G01R 17/02. Преобразователь используется для преобразования сигналов удаленных одиночных тензорезисторов с различными номинальными сопротивлениями в многоточечных измерительных системах. Он содержит источник опорного напряжения, набор опорных резисторов, коммутатор и два операционных усилителя, один из которых имеет взвешенный источник питания, изолированный от общей шины преобразователя. Тензорезисторы подключаются к измерительной схеме преобразователя по четырехпроводной схеме. Использование источника питания, изолированного от общей шины преобразователя, нарушает симметрию измерительной схемы, поэтому преобразователь имеет низкую помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является линейный преобразователь сопротивления резистивного датчика в напряжение А.С. №892349, G01R 27/16.

Преобразователь предназначен для работы с удаленными резистивными датчиками и может быть использован в многоточечных тензорезисторных измерительных устройствах. Он содержит два операционных усилителя, дифференциальный усилитель, образцовый (опорный) резистор и источник опорного напряжения. Все они питаются от источника питания, связанного с общей шиной преобразователя. Датчики подключаются по четырехпроводной схеме, при этом в каждый провод могут быть включены ключевые элементы. Первый операционный усилитель работает в режиме повторителя напряжения, в цепь обратной связи которого включены первый и второй провода, подключенные к одному выводу датчика. Повторитель напряжения передает потенциал общей шины на первый вывод резистивного датчика. В токовый провод повторителя напряжения включен образцовый резистор. Ток через него равен току, протекающему через резистивный датчик, и поддерживается постоянным в результате действия общей отрицательной обратной связи по току. Выход второго операционного усилителя третьим проводом соединен со вторым выводом резистивного датчика. Выходное напряжение преобразователя снимается со второго вывода резистивного датчика четвертым проводом, при этом для устранения погрешности измерения входное сопротивление измерителя выходного напряжения преобразователя должно быть много больше сопротивления четвертого провода и включенного в него ключевого элемента. Измерительная схема преобразователя не симметрична по отношению к действию помех и имеет низкую помехозащищенность. Преобразователь измеряет только величину сопротивления резистивного датчика и не измеряет его приращение.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехозащищенности многоканального преобразователя и преобразование приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение.

Технический результат достигается тем, что в многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение, содержащий «n» резистивных датчиков, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов первой группы, «n» выходов которых соответственно через «n» первых проводов соединены с «n» первыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» вторых проводов с «n» выходами ключевых элементов второй группы, общая точка соединения входов которых подключена к первому выводу первого опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, введены сумматор, второй опорный резистор, третья и четвертая группы «n» ключевых элементов, третий операционный усилитель, у которого инвертирующий вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов третьей группы, «n» выходов которых соответственно через «n» третьих проводов соединены с «n» вторыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» четвертых проводов с выходами «n» ключевых элементов четвертой группы, общая точка соединения «n» входов которых подключена к первому выводу второго опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом третьего операционного усилителя, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом источника опорного напряжения, выход второго операционного усилителя соединен с выходом преобразователя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине преобразователя, а его инвертирующий вход подключен к выходу сумматора, у которого первый, инвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов второй группы и первого вывода первого опорного резистора, второй, инвертирующий, вход соединен с выходом третьего операционного усилителя и вторым выводом второго опорного резистора, третий, инвертирующий, вход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и вторым выводом источника опорного напряжения, четвертый, неинвертирующий, вход подключен к выходу первого операционного усилителя и второму выводу первого опорного резистора, а пятый, неинвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения «n» входов ключевых элементов четвертой группы и первого вывода второго опорного резистора.

На фигуре приведена блок-схема многоканального преобразователя приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение. Преобразователь содержит «n» резистивных датчиков (RД1…RДn) в группе 1 датчиков, имеющих «n» первых выводов и «n» вторых выводов соответственно, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, четыре группы 2, 3, 4, 5 ключевых элементов по «n» ключевых элементов в каждой группе, источник опорного напряжения 6, первый вывод которого соединен с общей шиной 7 преобразователя, а второй подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя 8. Инвертирующий вход первого операционного усилителя 8 соединен с общей точкой соединения «n» входов ключевых элементов группы 2, «n» выходов которых соответственно через «n» первых проводов 9 соединены с «n» первыми выводами резистивных датчиков группы 1, соединенными через «n» вторых проводов 10 с «n» выходами ключевых элементов группы 3. Общая точка соединения входов ключевых элементов группы 3 соединена через опорный резистор 11 с выходом первого операционного усилителя 8. Выход второго операционного усилителя 12 соединен с выходом 13 преобразователя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя 14, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой соединения «n» входов ключевых элементов группы 5, «n» выходов которых соответственно через «n» третьих проводов 15 соединены с «n» вторыми выводами резистивных датчиков группы 1, соединенными через «n» четвертых проводов 16 с «n» выходами ключевых элементов группы 4. Общая точка соединения «n» входов ключевых элементов группы 4 через опорный резистор 17 соединена с выходом третьего операционного усилителя 14. Неинвертирующий вход второго операционного усилителя 12 соединен с общей шиной 7 преобразователя, а его инвертирующий вход соединен с выходом сумматора 18. Первый, инвертирующий, вход 19 сумматора 18 соединен с общей точкой соединения входов ключевых элементов группы 2 и первого вывода опорного резистора 11. Второй, инвертирующий, вход 20 сумматора 18 соединен с выходом третьего операционного усилителя 14 и вторым выводом опорного резистора 17. Третий, инвертирующий, вход 21 сумматора 18 соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя 8 и вторым выводом источника опорного напряжения 6. Четвертый, неинвертирующий, вход 22 сумматора 18 подключен к выходу первого операционного усилителя 8 и второму выводу опорного резистора 11. Пятый, неинвертирующий, вход 23 сумматора 18 соединен с общей точкой соединения входов ключевых элементов группы 4 и первого вывода опорного резистора 17.

Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение работает следующим образом.

Напряжение Е источника опорного напряжения 6 через первый повторитель напряжения, образованный операционным усилителем 8, «n» первыми проводами 9 и «n» вторыми проводами 10, группами 2, 3 «n» ключевых элементов, опорным резистором 11, подается на первый вывод подключенного RДi (i=1…n) датчика из группы датчиков 1. На второй вывод RДi датчика через второй повторитель напряжения, образованный операционным усилителем 14, «n» третьими проводами 15 и «n» четвертыми проводами 16, группами 4 и 5 «n» ключевых элементов, опорным резистором 17, подается выходное напряжение Uвых преобразователя с его выхода 13. Управление «n» ключевыми элементами групп 2, 3, 4, 5 осуществляется синхронно последовательно во времени от устройства управления, не показанного на фигуре.

Ток через подключенный RДi датчик равен:

Согласно принятому направлению токов на фигуре ток I протекает с выхода первого операционного усилителя 8 через опорный резистор 11, включенный ключевой элемент группы 3, соответствующий провод из «n» вторых проводов 10, подключенный RДi датчик, включенный ключевой элемент группы 4, соответствующий провод из «n» четвертых проводов 16, опорный резистор 17 и выходное сопротивление операционного усилителя 14 на общую шину 7 преобразователя. Величины сопротивлений опорных резисторов 11 и 17 выбраны одинаковыми и равными номинальному значению R0 датчиков RДi. Напряжения с выводов опорных резисторов 11 и 17 подаются на соответствующие (первый 19, четвертый 22 и второй 20, пятый 23) входы сумматора 18. Напряжение Е опорного источника 6 подается на третий вход 21 сумматора 18. Коэффициенты передачи сумматора 18 по первому 19, второму 20, четвертому 22 и пятому 23 входам равны 1. Коэффициент передачи сумматора 18 по третьему входу 21 равен 2. При воздействии на RДi датчик и подводящие к нему провода синфазной помехи через низкоомные токовые цепи первого 8 и третьего 14 операционных усилителей, на которых выполнены повторители напряжения, протекают токи помехи и IП2, которые благодаря симметрии измерительной схемы практически одинаковы и равны IП. Выходные сопротивления повторителей напряжения близки к нулю, поэтому токи IП протекают на общую шину 7 преобразователя только через выходные сопротивления операционных усилителей 8 и 14, создавая на опорных резисторах 11 и 17 с сопротивлениями R0 падения напряжения IП·R0. Напряжение U на выходе сумматора 18 равно:

Напряжение U подается на инвертирующий вход второго операционного усилителя 12 и усиливается им в К раз. Так как выход операционного усилителя 12 соединен с выходом 13 преобразователя, то напряжение Uвых на выходе 13 определяется выражением:

Учитывая, что у современных операционных усилителей коэффициент передачи К больше или равен 106 отношение стремится к нулю, поэтому из выражений (1) и (3) следует:

В результате симметрии измерительной схемы преобразователя в выражении (4) для его выходного напряжения отсутствуют члены, отражающие действие синфазной помехи. Компенсация токов помехи IП происходит в широком частотном диапазоне и при этом не влияет на частотный диапазон работы самого датчика. Выходное напряжение преобразователя пропорционально приращению сопротивления резистивных датчиков.

Опытный образец многоканального преобразователя приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение изготовлен, опробован, получены положительные результаты. Реально синфазная помеха ослабляется более, чем в сто раз. Изобретение может быть использовано в многоканальных измерительных системах тензометрии или термометрии.

Многоканальный преобразователь приращения сопротивления резистивных датчиков в напряжение, содержащий «n» резистивных датчиков, «n» первых, «n» вторых, «n» третьих и «n» четвертых проводов, источник опорного напряжения, первый вывод которого соединен с общей шиной преобразователя, первый операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов первой группы, «n» выходов которых соответственно через «n» первых проводов соединены с «n» первыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» вторых проводов с «n» выходами ключевых элементов второй группы, общая точка соединения входов которых подключена к первому выводу первого опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом первого операционного усилителя, второй операционный усилитель, отличающийся тем, что в него введены сумматор, второй опорный резистор, третья и четвертая группы «n» ключевых элементов, третий операционный усилитель, у которого инвертирующий вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов третьей группы, «n» выходов которых соответственно через «n» третьих проводов соединены с «n» вторыми выводами «n» резистивных датчиков, соединенными через «n» четвертых проводов с выходами «n» ключевых элементов четвертой группы, общая точка соединения «n» входов которых подключена к первому выводу второго опорного резистора, у которого второй вывод соединен с выходом третьего операционного усилителя, при этом неинвертирующий вход первого операционного усилителя соединен со вторым выводом источника опорного напряжения, выход второго операционного усилителя соединен с выходом преобразователя и неинвертирующим входом третьего операционного усилителя, неинвертирующий вход второго операционного усилителя подключен к общей шине преобразователя, а его инвертирующий вход подключен к выходу сумматора, у которого первый, инвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения входов «n» ключевых элементов второй группы и первого вывода первого опорного резистора, второй, инвертирующий, вход соединен с выходом третьего операционного усилителя и вторым выводом второго опорного резистора, третий, инвертирующий, вход соединен с неинвертирующим входом первого операционного усилителя и вторым выводом источника опорного напряжения, четвертый, неинвертирующий, вход подключен к выходу первого операционного усилителя и второму выводу первого опорного резистора, а пятый, неинвертирующий, вход соединен с общей точкой соединения «n» входов ключевых элементов четвертой группы и первого вывода второго опорного резистора.
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ РЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ В НАПРЯЖЕНИЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 161-170 of 255 items.
04.10.2018
№218.016.8ecc

Способ определения усталостного разрушения элементов конструкций из полимерного композиционного материала

Изобретение относится к области мониторинга состояния конструкции по условиям прочности, направленное на определение момента разрушения элементов конструкций из полимерного композиционного материала (ПКМ) при циклическом нагружении. Способ заключается в том, что осуществляют контроль утолщения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002668644
Дата охранного документа: 02.10.2018
13.10.2018
№218.016.90f6

Летательный аппарат

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит фюзеляж, хвостовое оперение, поворотное крыло, маршевую силовую установку с воздушными винтами, установленными на крыле, и убираемую в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669491
Дата охранного документа: 11.10.2018
13.10.2018
№218.016.9119

Подогреватель газа регенеративный

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к подогревателям газа регенеративным, и может быть использовано при разработке подогревателей газа регенеративных для аэродинамических труб. Подогреватель газа регенеративный содержит уплотненную в корпусе у торца выхода газа насадку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002669440
Дата охранного документа: 11.10.2018
13.11.2018
№218.016.9ca0

Орган управления полетом летательного аппарата

Изобретение относится к средствам управления полетом летательных аппаратов. Орган управления включает в себя дефлекторы - крылышки, установленные перед рулем с осевой компенсацией вдоль аэродинамической поверхности рядом с ее задней частью. Передняя кромка дефлекторов находится впереди щели...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672153
Дата охранного документа: 12.11.2018
14.11.2018
№218.016.9cc4

Крыло самолета

Изобретение относится к области авиационной техники. Крыло самолета включает выдвижной предкрылок и основную часть крыла с выходами внутренних подводящих каналов для выдува струй воздуха. Выходы внутренних подводящих каналов для выдува струй воздуха расположены на участке верхней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672234
Дата охранного документа: 12.11.2018
07.12.2018
№218.016.a4a6

Регенеративный подогреватель газа

Изобретение относится к теплотехнике, и может быть использовано при разработке регенеративных подогревателей газа (РНГ) для аэродинамических труб. Регенеративный подогреватель газа содержит насадку с теплоаккумулирующим элементом, расположенным в газонепроницаемом по боковой поверхности кожухе,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674225
Дата охранного документа: 05.12.2018
13.12.2018
№218.016.a5ae

Устройство для сваривания встык тонких термопарных проводов

Изобретение может быть использовано для изготовления термопар, применяемых при проведении тепловых испытаний конструкций с необходимостью измерения температуры с минимальной погрешностью. Каждый из двух токоподводов устройства для сварки состоит из двух соединенных между собой пластин и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674554
Дата охранного документа: 11.12.2018
19.12.2018
№218.016.a8f2

Аэродинамическая поверхность с рулем

Изобретение относится к средствам управления полетом летательных аппаратов. Аэродинамическая поверхность снабжена рулем, имеющим осевую компенсацию. Профиль поперечного сечения аэродинамической поверхности на всем размахе или части ее размаха подрезан хотя бы с одной из сторон этого профиля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675304
Дата охранного документа: 18.12.2018
20.02.2019
№219.016.c077

Способ контроля характеристик конструкции из композиционного материала

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: после изготовления летательного аппарата перед эксплуатацией в конструкции из композиционного материала в контрольном сечении с тензорезисторами выбирают участок площади диаметром 250-300 мм, нагревают его 3-4 раза без перепадов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002309392
Дата охранного документа: 27.10.2007
20.02.2019
№219.016.c162

Способ газификации углеводородов для получения электроэнергии и углеродных наноматериалов

Изобретение относится к экологически безопасным технологиям добычи углеводородов и раздельного использования продуктов их подземной газификации, в частности водорода для получения электроэнергии, а углерода для углеродных наноматериалов. Техническим результатом являются повышение эффективности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002415262
Дата охранного документа: 27.03.2011
Showing 141-141 of 141 items.
20.05.2023
№223.018.652e

Модулятор потока газа

Изобретение относится к акустике, в частности к пневматическим излучателям звуковых сигналов. Модулятор потока газа содержит клапанный узел, состоящий из двух коаксиально расположенных полых цилиндров с одинаковой системой щелей. Один цилиндр подвижный, другой неподвижный. Устройство содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002742283
Дата охранного документа: 04.02.2021
+ добавить свой РИД