26. Измерительные цепи тензодатчиков

Наиболее распространенной измерительной цепью для тензорезисторов является мостовая измерительная цепь. Напряжение питания цепи определяется допустимым током (5 - 20 мА) и сопротивлением тензорезисторов и равно 2…12 В. Выходной сигнал моста с проволочным тензорезистором составляет не более 10…50 мВ при деформации , выходной сигнал моста с полупроводниковым тензорезистором имеет тот же порядок, но при деформации. При измерении низкочастотных сигналов (20...200 Гц) может быть рекомендовано импульсное напряжение питания. Основным фактором определяющем выбор измерительной цепи тензорезисторов, является возможность снижения температурных погрешностей нуля и чувствительности. При дифференциальном включении тензорезисторов в два соседних плеча моста удается понизить температурную погрешность нуля в 10 - 20 раз. На рис. 3.3 -функциональная схема измерительной системы с использованием четырех тензорезисторов для измерения деформации (перемещения). Система включает в себя мостовую схему из четырех тензорезисторов, источник питания (используется источник напряжения, так как для проволочных и фольгированных тензорезисторов относительные изменения сопротивленияε_r не превышают 2% с нелинейностью вносимые мостовой схемы, относительно малы), усилитель и АЦП.

Если ,и коэффициент усилия равен произведению коэффициентов усиления буферного (DA1, DA2) и дифференциального (DA3) усилителей:

,то поступающий на R₂ вход АЦП сигнал равен.

Рис. 3.3.

Тензодатчики – устройства с низким входным сопротивлением (120 – 350) Ом. Это означает, что напряжения в проводах, соединяющих источник питания с мостом, может приводить к существенному изменению питающего напряжения. Поскольку выходное напряжение моста прямо пропорционально питающему напряжению, то его изменение будет приводить к небольшой погрешности усиления.

В целях устранения этой погрешности применяют измерительные цепи, в которых выходной ток тензомоста уравновешивается током дополнительного источника, то есть выполняется условие ; при этом выходной величиной является уравновешивающий токI_вых.

Рис. 3.4. Схема квазиуровновешенного моста с тензорезисторами

Питание тензомоста R₁, R₂, R₃, R₄ осуществляется от стабилизатора тока ИT. операционный усилитель DA1, охваченный цепью параллельной отрицательной обратной связи, уравновешивая мост за счет подачи тока I_вых в узел а выходной диагонали моста. Дополнительный усилитель DA2 реализует «плавающее» питание моста таким образом, что потенциал узла b оказывается близким к нулю. В этом случае выходное напряжение преобразователя будет равным, где.

Цепь из резисторов R₆, R₇ предназначены для установки начального уровня выходного напряжения. В данной схеме удается в значительной степени уменьшить влияние сопротивления проводов линий связи с датчиком. Практически сказывается влияние лишь сопротивления r_л провода, по которому протекает ток выхода I_вых, но это влияние невелико, поскольку величина r_л обычно много меньше сопротивления R₅, задающего коэффициент передачи устройства.