В различных отраслях промышленности и транспорта для определения массы транспортного средства с грузами при погрузке или выгрузке, перемещении грузов различного рода подъемными механизмами и одновременном их взвешивании, измерения сил и давлений, а также для исследования физических свойств материалов, деформаций и напряжений в деталях и конструкциях широко используются в качестве измерительных преобразователей проволочные, фольговые, полупроводниковые и интегральные тензорезисторы.
Структура современного измерителя [6] включает в себя генератор переменного напряжения, измерительный мост с рабочими и термокомпенсационными терморезисторами, блок балансировки моста, усилитель напряжения разбаланса, детектор и нормирующий усилитель. Использование переменного напряжения питания моста вызвано тем, что применяемый затем усилитель может содержать разделительные конденсаторы между каскадами, что обеспечивает малый дрейф сигнала. Однако балансировка моста одним переменным резистором становится невозможной, так как экранированные провода линий связи имеют большую электрическую емкость, и возникает необходимость дополнительной балансировки моста и по реактивной составляющей тока.
Измерительные схемы с цифровым выходом выполняют на базе интегральных микросхем с преобразованием напряжения разбаланса моста в частоту или непосредственно в код с помощью АЦП. Мост питается от высокостабильного двухполярного источника постоянного напряжения. Недостатками подобной измерительной схемы устройства, являются низкая точность при изменении сопротивлений тензорезисторов с изменением температуры разогрева тензомоста и работа преобразователя только при разбалансе тензомоста в одну сторону, а при нулевом разбалансе выходная частота преобразователя равна нулю.
Известен способ [5] измерения веса и деформаций с использованием от одного до четырех тензорезисторов в измерительных цепях в виде мостов уравновешивания или квазиуравновешивания. Недостатками подобного способа измерения являются малый уровень амплитудного выходного сигнала, составляющего не более 10 – 50 мВ, что усложняет дистанционные измерения, сложность схемы в случае одновременного измерения во многих точках протяженного объекта.
В [4, 7] предложено использование цепочечных схем с полупроводниковыми тензорезисторами для повышения уровня амплитудного информативного сигнала. Недостатками этого способа являются ограничение использования цепных схем из тензорезисторов лишь в локальных зонах измерения, низкая помехоустойчивость амплитудного информативного сигнала и сложность усреднения результатов измерений.
Для повышения помехоустойчивости информативного сигнала с возможностью его дистанционной передачи по двухпроводной линии связи предлагается использовать тензорезисторы в качестве элементов фазирующей RC—цепочки генератора, что устранит влияние нестабильности напряжения питания измерительной схемы.
Использование метода функций преобразования (ФП) позволило [1] получать аналитические выражения (Формулы Гулина А.И.) [8], связывающие измеряемый вес (деформацию) с частотой генерации, зависящей от одновременного индивидуального изменения параметров нескольких (более четырех) тензорезисторов, и, тем самым, решить актуальную проблему. ФП преобразователя цепной структуры (Рис. 1) (формально, обратная величина традиционного коэффициента передачи), являющаяся отношением входной активной величины к выходной Bn (напряжение Uп или ток In) описывается выражением при четном числе плеч n
Итак, предложенный способ позволит частотным способом непрерывно измерять массу и деформацию объекта с использованием двухпроводной линии связи и однотипных стандартных тензорезисторов с усреднением показаний без дополнительных вычислительных операций, что обеспечивает высокую надежность и помехоустойчивость способа.
Список литературы:
- Гулин А.И. Диагностика измерительных преобразователей и устройств связи с неоднородной цепной структурой // Контроль. Диагностика. – 2010. – № 11.
С. 69 – 72. - Гулин А.И. Проектирование многозвенных RC— генераторов // Изв.вузов «Приборостроение» 2012. Т.15. № 1 (41). С. 14 – 118.
- Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC— структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2003611147/ 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003.
- Драгунов В.П. Анализ характеристик многоэлементных тензопреобразователей // Электронное приборостроение. Новосибирск, НЭТИ– 1992. – С. 131 – 139.
- Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. – Л.: Энергоатомиздат, 1983. – С. 102 – 107.
- Петровский В.С. Автоматизация лесопромышленных предприятий: Под ред. В.А. Втюрина. – М.: Издательский центр «Акакдемия», 2005. – 304 с.
- Рахманов В.Ф., Трухачев Б.С. Цепочные схемы с тензорезисторами // Измерительная техника. – 1970. – №9. – С. 52 – 54.
- Сухинец Ж.А., Гулин А.И. Анализа преобразователей с неоднородной цепной трехполюсной структурой (опубл. на англ. языке) // Труды IEEE Восток-Запад Проектирование и диагностика (EWDTS 2013: Матер. одиннадцатого межд. симп. – Ростов на Дону: ХНУРЭ, 2013. – С. 283 – 286.[schema type=»book» name=»ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗИРУЮЩИХ RC-ЦЕПОЧЕК НА ТЕНЗОРЕЗИСТОРАХ» author=»Сухинец Жанна Артуровна, Сидорова Анна Васильевна, Сухинец Антон Валерьевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-19″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]