Результат интеллектуальной деятельности: Имитатор выходных сигналов тензорезисторов

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов.

Известен имитатор выходных сигналов тензорезисторов [RU патент №2022363, G06G 7/62. Опубл.: 30.10.1994 г.], содержащий измерительный мост, плечи которого образованы резисторами, источник питания, два диода, четыре линеаризующих резистора, а также источник образцового напряжения с первым и вторым выводами. Выводы одной диагонали измерительного 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 измерительного моста и одним из выводов источника образцового напряжения. Другой вывод источника образцового напряжения соединен со вторым выводом другого резистора.

Недостатком данного устройства является низкая точность задания разбаланса тензомоста из-за температурной нестабильности выходного сигнала, обусловленной наличием в цепи задания разбаланса нелинейных элементов с высокой температурной чувствительностью (диодов).

Известен имитатор выходных сигналов тензорезисторов [RU патент №2490707, G06G 7/62. Опубл.: 20.08.2013 г.], содержащий измерительный мост, образованный прецизионными резисторами, линеаризующий резистор, источник образцового напряжения, дифференциальный усилитель, разностную схему и интегратор. 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.

Недостатком этого имитатора выходных сигналов тензорезисторов является недостаточная точность задания разбаланса измерительного моста, связанная с тем, что величина разбаланса моста не учитывает напряжение питания моста.

Из известных наиболее близким по технической сущности является имитатор выходных сигналов тензорезисторов [RU патент №2536676, G06G 7/62. Опубл.: 27.12.2014 г.]. Устройство состоит из измерительного моста, линеаризующего резистора, дифференциального усилителя, источника образцового напряжения, разностную схему, интегратор, усилитель и сумматор. При этом выводы одной диагонали измерительного моста подключены к источнику питания моста, а выводы другой диагонали являются информационными выводами имитатора и соединены с входами дифференциального усилителя. Вход источника образцового напряжения подключен к источнику питания измерительного моста. Выход источника образцового напряжения соединен со вторым входом разностной схемы. Выход сумматора соединен с первым выводом линеаризующего резистора, второй вывод которого подключен к одному из информационных выводов имитатора.

Недостатком этого имитатора выходных сигналов тензорезисторов является низкая точность задания разбаланса измерительного моста, вызываемая температурными и временными уходами параметров аналоговых элементов схемы.

Целью изобретения является повышение точности задания разбаланса измерительного моста.

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, линеаризующий резистор, второй вывод которого соединен с одним из информационных выводов моста, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам измерительного моста, согласно предлагаемому изобретению введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, микропроцессор, вход которого подключен к выходу АЦП, и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), вход которого подключен к микропроцессору, а выход соединен с первым выводом линеаризующего резистора, причем в качестве опорного напряжения АЦП используется напряжение питания измерительного моста, а микропроцессор, АЦП и ЦАП являются встроенными компонентами микроконтроллера.

Введенные в схему имитатора выходных сигналов тензорезисторов АЦП и ЦАП совместно с микропроцессором образуют тракт регулирования разбаланса имитатора выходных сигналов тензорезисторов. Использование микропроцессора в качестве основного регулирующего и управляющего устройства позволяет исключить из схемы имитатора такие аналоговые элементы, как разностную схему, интегратор, усилитель, сумматор и, тем самым, исключить сопутствующие этим элементам погрешности, что существенно повышает температурную и временную стабильность имитатора и, как следствие, точность задания разбаланса измерительного моста.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства имитатора выходных сигналов тензорезисторов.

Имитатора выходных сигналов тензорезисторов состоит из измерительного моста 1, образованного резисторами 2-5, линеаризующего резистора 6, дифференциального усилителя 7, АЦП 8, микропроцессора 9 и ЦАП 10. При этом выводы одной диагонали измерительного моста 1 подключены к источнику питания U_П, а выводы другой диагонали являются информационными выводами имитатора и соединены с входами дифференциального усилителя 7. Выход дифференциального усилителя 7 подключен к входу АЦП 8, выход АЦП 8 подключен к входу микропроцессора 9, а выход микропроцессора 9 подключен к входу ЦАП 10. Выход ЦАП 10 соединен с первым выводом линеаризующего резистора 6, второй вывод которого подключен к одному из информационных выводов имитатора.

Причем в качестве источника опорного напряжения АЦП используется напряжение питания измерительного моста U_П, а микропроцессор, АЦП и ЦАП являются встроенными компонентами микроконтроллера 11.

Работает устройство следующим образом. При подаче на измерительный мост 1 напряжения питания U_П формируется выходной сигнал измерительного моста 1 - напряжение разбаланса U_ВЫХ. Напряжение U_ВЫХ усиливается дифференциальным усилителем 7 в K_УС раз. АЦП 8 преобразует это напряжение в код К_АЦП и пересылает код в микропроцессор 9. Микропроцессор 9 по величине заданного разбаланса измерительного моста 1 (ΔR/R)_ЗАД вычисляет заданное значение выходного кода АЦП 8 по следующему математическому выражению:

К_{АЦП ЗАД}=(2^N-1)* K_УС*0,25*(ΔR/R)_ЗАД,

где N - разрядность АЦП 8.

По разнице заданного К_{АЦП ЗАД} и фактического К_АЦП значений выходного кода АЦП 8 рассчитывает выходной код для ЦАП 10 на основе пропорционально-интегрального или иного регулятора, выводит этот код на ЦАП 10, поддерживая тем самым величину фактического кода АЦП 8 близкой заданному. При этом выходное напряжение измерительного моста 1 устанавливается соответствующим заданному разбалансу измерительного моста 1 (ΔR/R)_ЗАД и напряжению питания моста U_П. Микропроцессор 9 совместно с АЦП 8 и ЦАП 10 реализует схему цифрового стабилизатора выходного напряжения измерительного моста 1. Микропроцессор 9, АЦП 8 и ЦАП 10 входят в состав микроконтроллера 11.

Таким образом, технический результат заключается в повышении точности задания разбаланса измерительного моста путем обеспечения температурной и временной стабильности имитатора разбаланса измерительного моста.