PL150717B2 - Electronic system for measurement of force, constisting of a tensometric sensor supplied with a.c. voltage from a digital compensator - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA ^OPIS PATENTOWYRZECZPOSPOLITA PATENT ^DESCRIPTION

POLSKA PATENTU TYMCZASOWEGOPOLAND OF THE PROVISIONAL PATENT

150 717150 717

URZĄDOFFICE

PATENTOWYPATENT

RPRP

Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 88 06 23 (P. 273310)Provisional patent additional to Patent No. - Filed: 88 06 23 (P. 273310)

Pierwszeństwo--Zgłoszenie ogłoszono: 89 04 03Priority - Application announced: 89 04 03

Opis patentowy opublikowano: 1990 08 31Patent description published: 1990 08 31

Int. Cl.⁵ G01L 1/22Int. Cl. ⁵ G01L 1/22

CZYTELNIAREADING ROOM

Twórca wynalazku: Krzysztof ProcelInventor of the invention: Krzysztof Procel

Uprawniony z patentu tymczasowego: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica, Gliwice (Polska)The holder of a provisional patent: Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica, Gliwice (Poland)

Elektroniczny układ pomiaru siły składający się z czujnika tensometrycznego zasilanego napięciem przemiennym i z kompensatora cyfrowegoElectronic force measuring system consisting of a strain gauge powered by alternating voltage and a digital compensator

Przedmiotem wynalazku jest elektroniczny układ pomiaru siły nacisku składający się z czujnika tensometrycznego zasilanego napięciem przemiennym i kompensatora cyfrowego, stosowany zwłaszcza w wagach elektromechanicznych, w których czujniki tensometryczne są zainstalowane w stosunkowo dużej odległości od pozostałej części układu elektronicznego.The subject of the invention is an electronic pressure force measurement system consisting of a strain gauge powered by alternating voltage and a digital compensator, used especially in electromechanical scales, in which strain gauges are installed at a relatively large distance from the rest of the electronic system.

Znane są dotychczas układy pomiaru siły, składające się z czujnika tensometrycznego i kompensatora cyfrowego, które dla wyeliminowania wpływu zmian napięcia zasilania czujnika na wynik pomiaru mają zasilacz czujnika sprzężony z wejściem dla napięcia odniesienia kompensatora. W innych znanych układach stosuje się zasilanie czujników tensometrycznych stabilizowanym źródłem siły prądometrycznej wymuszającej stały spadek napięcia na zaciskach zasilających czujnika, względnie zasilanie źródłem napięciowym ze stabilizacją napięcia na tychże zaciskach.There are so far known force measuring systems, consisting of a strain gauge and a digital compensator, which have a sensor power supply coupled with the input for the compensator reference voltage to eliminate the influence of the sensor supply voltage changes on the measurement result. In other known systems, it is used to supply strain gauges with a stabilized current source forcing a constant voltage drop at the sensor supply terminals, or to supply a voltage source with voltage stabilization at these terminals.

Dotychczasowe rozwiązania nie zapewniają w dostatecznym stopniu eliminacji wpływu zmian parametrów elektrycznych toru zasilania i pomiarowego, zwłaszcza przy znacznych długościach tych torów.The solutions used so far do not ensure the elimination of the influence of changes in the electrical parameters of the supply and measurement paths to a sufficient degree, especially with large lengths of these paths.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej struktury połączeń elektronicznego układu pomiarowego siły, przy której uzyskuje się eliminację zakłóceń sygnału pomiarowego czujnika tensometrycznego zasilanego napięciem przemiennym, a pochodzących od zmian impedancji toru zasilania i pomiarowego, od zmian wartości napięcia zasilającego czujnik tensometryczny oraz od zewnętrznych pól elektrycznych i magnetycznych.The aim of the invention is to develop such a connection structure of the electronic force measuring system, which allows to eliminate disturbances in the measuring signal of the strain gauge powered by alternating voltage, resulting from changes in the impedance of the supply and measuring path, from changes in the voltage supplying the strain gauge, and from external electric and magnetic fields. .

Cel ten osiągnięto przez skonstruowanie elektronicznego układu pomiarowego siły składającego się z czujnika tensometrycznego zasilanego napięciem przemiennym i z kompensatora, który to układ umożliwiając eliminację zakłóceń sygnału pomiarowego charakteryzuje się tym, że ma zasilacz napięcia przemiennego połączony dwużyłowym przewodem z uzwojeniem pierwotnym transformatora separacyjnego, zlokalizowanego w bezpośredniej bliskości czujnika tensometrycznego, zaś uzwojenie wtórne transformatora separacyjnego oddzielone od uzwojenia pierwotnegoThis goal was achieved by constructing an electronic force measuring system consisting of a strain gauge powered by alternating voltage and a compensator, which, enabling the elimination of disturbances in the measurement signal, is characterized by the fact that it has an alternating voltage power supply connected by a two-wire cable to the primary winding of the isolation transformer, located in the immediate vicinity of of the strain gauge, and the secondary winding of the isolation transformer is separated from the primary winding

150 717 uziemionym ekranem elektrostatycznym połączone jest z zaciskami przekątnej zasilania czujnika tensometrycznego oraz z uzwojeniem pierwotnym transformatora napięcia odniesienia, którego uzwojenie wtórne oddzielone uziemionym ekranem połączone jest poprzez dwużyłowy ekranowy kabel o skręconych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskami obwodu dla napięcia odniesienia przetwornika cyfrowo-analogowego, który to obwód cechuje się stosunkowo dużą opornością wejściową, podczas gdy zaciski przekątnej pomiarowej czujnika tensometrycznego połączone są ekranowym kablem o skręcanych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskiem wejścia odejmującego wzmacniacza błędu oraz z nieuziemionym zaciskiem wyjściowym przetwornika analogowocyfrowego, wyjściem połączonego z wejściem przetwornika cyfrowo-analogowego.150 717 with a grounded electrostatic shield is connected to the terminals of the diagonal power supply of the strain gauge and to the primary winding of the reference voltage transformer, the secondary winding of which, separated by a grounded shield, is connected by a two-wire shielded cable with twisted conductors and a grounded shield to the circuit terminals for the reference voltage of the digital-to-analog converter, which circuit has a relatively high input resistance, while the terminals of the measuring diagonal of the strain gauge are connected by a shielded cable with twisted conductors and a grounded shield to the error amplifier subtraction input terminal and to the ungrounded output terminal of the analog-to-digital converter, the output connected to the input of the digital-to-analog converter.

Układ według wynalazku umożliwia odcięcie obwodu przekątnej zasilania czujnika tensometrycznego od pasożytniczych i zmiennych w czasie pojemności trasy kablowej, co uzyskano przez zastosowanie transformatora separacyjnego umieszczonego w bezpośredniej bliskości czujnika. Natomiast napięcie odniesienia dla kompensatora cyfrowego pobierane jest bezpośrednio z zacisków zasilających czujnik tensometryczny, co pozwala kompensować wahania napięcia zasilania szujnika pochodzące zarówno od niestabilności zasilacza jak również ze zmian impedancji trasy kablowej z uzwojeniami transformatora separacyjnego włącznie. Sposób doprowadzenia sygnału pomiarowego do kompensatora według wynalazku zapewnia symetrię impedancji względem masy układu, niezbędną dla uodpornienia toru pomiarowego na zakłócenia pochodzące od zewnętrznych pól elektrycznych i magnetycznych. Kolejną zaletą jest galwaniczne odcięcie toru kablowego napięcia odniesienia do obwodu czujnika tensometrycznego przez zastosowanie dodatkowego nieobciążonego transformatora. Doprowadzenie napięcia odniesienia do obwodu o stosunkowo dużej oporności wejściowej, uniezależnia wartość tego napięcia od rezystancji toru kablowego.The system according to the invention enables the circuit of the diagonal power supply of the strain gauge to be cut off from the parasitic and time-varying capacities of the cable route, which is achieved by using a separation transformer located in the immediate vicinity of the sensor. On the other hand, the reference voltage for the digital compensator is taken directly from the terminals supplying the strain gauge, which allows to compensate for voltage fluctuations in the power supply, resulting from both instability of the power supply and changes in the impedance of the cable route, including the windings of the isolation transformer. The method of feeding the measuring signal to the compensator according to the invention ensures the symmetry of impedance with respect to the mass of the system, necessary for the resistance of the measuring line to interference from external electric and magnetic fields. Another advantage is the galvanic cut-off of the reference voltage cable track to the strain gauge circuit by using an additional unloaded transformer. Applying a reference voltage to the circuit with a relatively high input resistance makes the value of this voltage independent of the resistance of the cable track.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania przedstawionym na rysunku, który jest ideowym schematem połączeń układu pomiarowego.The invention will be explained in more detail on the basis of an embodiment shown in the drawing, which is a schematic connection diagram of the measurement system.

Ma on zasilacz 1 napięcia przemiennego połączony dwużyłowym przewodem 2 z uzwojeniem pierwotnym transformatora 3 separacyjnego, zlokalizowanego w bezpośredniej bliskości czujnika 4 tensometrycznego, zaś uzwojenie wtórne transformatora 3 separacyjnego oddzielone od uzwojenia pierwotnego uziemionym ekranem elektrostatycznym połączone jest z zaciskami przekątnej zasilania czujnika 4 tensometrycznego oraz z uzwojeniem pierwotnym transformatora 5 napięcia odniesienia, którego uzwojenie wtórne oddzielone uziemionym ekranem połączone jest poprzez dwużyłowy ekranowany kabel 7 o skręcanych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskami obwodu dla napięcia odniesienia przetwornika 8 cyfrowo-analogowego, który to obwód cechuje się stosunkowo dużą opornością wejściową, podczas gdy zaciski przekątnej pomiarowej czujnika 4 tensometrycznego połączone są ekranowym kablem 6 o skręcanych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskiem wejścia odejmującego wzmacniacza 9 błędu oraz z nieuziemionym zaciskiem wyjściowym przetwornika 10 analogowo-cyfrowego, wyjściem połączonego z wejściem przetwornika 8 cyfrowo-analogowego.It has an AC power supply 1 connected by a two-wire cable 2 to the primary winding of the separation transformer 3, located in the immediate vicinity of the strain gauge sensor 4, and the secondary winding of the separation transformer 3, separated from the primary winding by a grounded electrostatic shield, is connected to the terminals of the power supply diagonal of the strain gauge sensor 4 and to the winding primary of the reference voltage transformer 5, the secondary winding of which is separated by a grounded shield and connected via a two-core shielded cable 7 with twisted conductors and grounded shield to the terminals of the circuit for the reference voltage of the digital-to-analog converter 8, which circuit has a relatively high input resistance, while the terminals are of the measuring diagonal of the strain gauge 4 are connected by a shielded cable 6 with twisted wires and a grounded shield to the input terminal of the error amplifier 9 of the error and to the ungrounded output terminal p an analog-to-digital converter 10 with the output connected to the input of the digital-to-analog converter 8.

Claims (1)

Zastrzeżenie patentowePatent claim Elektroniczny układ pomiaru siły składający się z czujnika tensometrycznego zasilanego napięciem przemiennym i z kompensatora cyfrowego, który dla eliminacji wpływu zakłóceń pochodzących od wahań napięcia zasilacza czujnika ma zasilacz czujnika sprzężony z wejściem dla napięcia odniesienia kompensatora, znamienny tym, że ma zasilacz (1) napięcia przemiennego połączony dwużyłowym przewodem (2) z uzwojeniem pierwotnym transformatora (3) separacyjnego, zlokalizowanego w bezpośredniej bliskości czujnika (4) tensometrycznego, zaś uzwojenie wtórne transformatora (3) separacyjnego oddzielone od uzwojenia pierwotnego uziemionym ekranem elektrostatycznym połączone jest z zaciskami przekątnej zasilania czujnika (4) tensometrycznego oraz z uzwojeniem pierwotnym transformatora (5) napięcia odniesienia, którego uzwojenie wtórne oddzielone uziemionym ekranem połączone jest poprzez dwużyłowy ekranowy kabel (7) oElectronic force measurement system consisting of a strain gauge powered by alternating voltage and a digital compensator, which, in order to eliminate the influence of interference from voltage fluctuations of the sensor's power supply, has a sensor power supply coupled with the input for the compensator's reference voltage, characterized by the fact that the AC power supply (1) is connected to with a two-core cable (2) with the primary winding of the isolation transformer (3), located in the immediate vicinity of the strain gauge sensor (4), and the secondary winding of the isolation transformer (3), separated from the primary winding with a grounded electrostatic shield, is connected to the terminals of the diagonal power supply of the strain gauge sensor (4) and with the primary winding of the reference voltage transformer (5), the secondary winding of which, separated by an earthed shield, is connected by a two-core shielded cable (7) of 150 717 skręcanych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskami obwodu dla napięcia odniesienia przetwornika (8) cyfrowo-analogowego, który to obwód cechuje się stosunkowo dużą opornością wejściową, podczas gdy zaciski przekątnej pomiarowej czujnika (4) tensometrycznego połączone są ekranowym kablem (6) o skręcanych żyłach i uziemionym ekranie z zaciskiem wejścia odejmującego wzmacniacza (9) błędu oraz z nieuziemionym zaciskiem wyjściowym przetwornika (10) analogowo-cyfrowego, wyjściem połączonego z wejściem przetwornika (8) cyfrowo-analogowego.150 717 twisted conductors and a grounded shield with the circuit terminals for the reference voltage of the digital-to-analog converter (8), which circuit has a relatively high input resistance, while the terminals of the measuring diagonal of the strain gauge (4) are connected by a shielded cable (6) with twisted the conductors and a grounded shield with the error amplifier subtractor input terminal (9) and a non-grounded output terminal of the analog-to-digital converter (10), an output connected to the input of the digital-to-analog converter (8).