RU2023979C1 - Resistance strain gage digital increment simulator - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring devices for nonelectric quantities. SUBSTANCE: two additional resistors 2 and 3 are connected, respectively, to current and potential leads of standard resistor 1 connected to different leads of this resistor. Simulator provides for essential decrease in error brought in due to instability of switching element resistance. EFFECT: improved accuracy due to reduction of the effect of switching element 5 on output signal of calibrated system, insertion of shunt resistor 4 in circuit which causes stepped change of simulator resistance. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для имитации тензорезисторных датчиков и тензометрии при калибровке измерительных приборов. The invention relates to electrical engineering and can be used to simulate strain gauge sensors and strain gauges when calibrating measuring instruments.

Известен имитатор дискретного приращения сопротивления тензорезисторов с параллельным шунтом [1]. Точность такого имитатора невысока из-за значительного влияния сопротивлений соединительных и выводных проводников имитатора. Known simulator of a discrete increment of resistance of strain gauges with a parallel shunt [1]. The accuracy of such a simulator is low due to the significant influence of the resistances of the connecting and output conductors of the simulator.

Известен также имитатор дискретного приращения сопротивления тензорезисторов с параллельным шунтом, включаемый в цепь по четырехпроводной схеме [2]. Здесь влияние сопротивлений выводных проводников исключается многопроводным включением имитатора в измерительные цепи с использованием потенциальных и токовых выводных проводников. Однако влияние сопротивления коммутирующего элемента включения шунта в особенности при быстрых (порядка нескольких тысяч в секунду) переключениях, необходимых для поверки быстродействующих измерительных приборов и систем, остается существенным. Требование высокого быстродействия обязывает использовать для включения шунта в схему имитатора бесконтактных коммутирующих элементов типа МОП-транзисторов, имеющих значительное сопротивление в открытом состоянии. Коммутирующие элементы, например, типа 590КН5 обладают сопротивлением в открытом состоянии порядка 70 Ом. Относительная погрешность такого имитатора определяется выражением:
d = R₅ ΔR/R² ₁, где R₅ - cопротивление коммутирующего элемента шунта; ΔR - приращение сопротивления имитаторов; R₁ - опорное сопротивление имитатора. Для реальных значений тензометрии (R₁ = 120 Ом, ΔR = 4,80 м, R₅ = 70 Ом) d = 2,3%.Also known is a simulator of discrete increment of resistance of strain gauges with a parallel shunt, included in the circuit in a four-wire circuit [2]. Here, the influence of the resistance of the output conductors is excluded by the multi-wire inclusion of the simulator in the measuring circuit using potential and current output conductors. However, the influence of the resistance of the switching element of the inclusion of the shunt, especially during fast (of the order of several thousand per second) switching, necessary for checking high-speed measuring instruments and systems, remains significant. The high-speed requirement obliges us to use non-contact switching elements such as MOS transistors with significant resistance in the open state to include a shunt in the circuit simulator. Switching elements, for example, type 590KN5, have an open resistance of about 70 ohms. The relative error of such a simulator is determined by the expression:
d = R ₅ ΔR / R ² ₁ , where R ₅ is the resistance of the switching element of the shunt; ΔR - increment of resistance of imitators; R ₁ - reference resistance of the simulator. For real strain gauge values (R ₁ = 120 Ohm, ΔR = 4.80 m, R ₅ = 70 Ohm) d = 2.3%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является имитатор, содержащий опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой - одним концом к потенциальному выводам одного конца опорного резистора и шунтирующий резистор с коммутирующим элементом, подключенный к свободным концам дополнительных резисторов. The closest in technical essence and the achieved effect to the invention is a simulator containing a reference resistor with current and potential terminals at each end, two additional resistors, one of which is connected at one end to the current and the other at one end to the potential terminals of one end of the reference a resistor and a shunt resistor with a switching element connected to the free ends of additional resistors.

Относительная погрешность здесь определяется выражением:
d = R₅ ΔR/R₃ R₂, где R₂ и R₃ - cопротивления дополнительных резисторов, например, при R₂= R₃ = 480 Ом, R₁ = 120 Ом, Δ R = 4,8 Ом, R₅ = 70 Oм имеем: d = 0,15%, что недостаточно для прецизионных имитаторов.The relative error here is determined by the expression:
d = R ₅ ΔR / R ₃ R ₂ , where R ₂ and R ₃ are the resistances of additional resistors, for example, when R ₂ = R ₃ = 480 Ohms, R ₁ = 120 Ohms, Δ R = 4.8 Ohms, R ₅ = 70 Ohm we have: d = 0.15%, which is not enough for precision simulators.

Целью изобретения является повышение точности имитатора. The aim of the invention is to improve the accuracy of the simulator.

Это достигается тем, что в имитаторе дискретного приращения сопротивления тензорезистора, содержащем опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой - одним концом к потенциальному выводу, и последовательно соединенные шунтирующий резистор и коммутирующий элемент, свободные концы которых соединены соответственно со свободными концами дополнительных резисторов, дополнительные резисторы подключены соответственно к токовому и потенциальному выводам, соединенным с разными концами опорного резистора. This is achieved by the fact that in the simulator of a discrete increment of resistance of a strain gage containing a reference resistor with a current and potential terminals at each end, two additional resistors, one of which is connected at one end to the current and the other at one end to the potential terminal, and connected in series a shunt resistor and a switching element, the free ends of which are connected respectively to the free ends of additional resistors, additional resistors are connected respectively to currents mu and potential terminals connected to different ends of the reference resistor.

На чертеже представлена схема имитатора дискретного приращения тензорезистора. The drawing shows a circuit simulator of a discrete increment of a strain gauge.

Имитатор содержит опорный резистор 1 (R₁) c токовыми и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора 2 и 3 (R₂ и R₃), подключенных к токовому и потенциальному выводам разных концов опорного резистора, шунт 4 (R₄) и соединенный с ним последовательно коммутирующий элемент 5 (R₅), подключенные к концам дополнительных резисторов R₂ и R₃.The simulator contains a reference resistor 1 (R ₁ ) with current and potential terminals at each end, two additional resistors 2 and 3 (R ₂ and R ₃ ) connected to the current and potential terminals of different ends of the reference resistor, shunt 4 (R ₄ ) and a switching element 5 (R ₅ ) connected in series with it, connected to the ends of additional resistors R ₂ and R ₃ .

Устройство работает следующим образом. Работа имитатора описывается системой уравнений:
I = i₁ + i₄
U = i₁R₁ - i₄R₃
U = i₄R₄ - i₁R₂, откуда: ΔR= R₁(R₁+R₂+R₃) + R₂R₃)/(R₁+R₂+R₃+R₄) R₄ = R₁((R₁+R₂+R₃)+R₂R₃))/ ΔR-R₁-R₂-R₃ В реальном случае: ΔR^* =R₁((R₁+R₂+R₃)+R₂R₃))/(R₁+R₂+R₃+R₄+R₅), поэтому погрешность: d = 1 - ΔR^*/ ΔR = =R₅/(R₁+R₂+R₃+R₄+R₅₎ C другой стороны: d= R₅ΔR(R² ₁+R₁R₂+R₁R₃+R₂R₃) Для прототипа = 0,09%.The device operates as follows. The work of the simulator is described by a system of equations:
I = i ₁ + i ₄
U = i ₁ R ₁ - i ₄ R ₃
U = i ₄ R ₄ - i ₁ R ₂ , whence: ΔR = R ₁ (R ₁ + R ₂ + R ₃ ) + R ₂ R ₃ ) / (R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ ) R ₄ = R ₁ ((R ₁ + R ₂ + R ₃ ) + R ₂ R ₃ )) / ΔR-R ₁ -R ₂ -R ₃ In the real case: ΔR ^* = R ₁ ((R ₁ + R ₂ + R ₃ ) + R ₂ R ₃ )) / (R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₅ ), therefore the error: d = 1 - ΔR ^* / ΔR = = R ₅ / (R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₅₎ On the other hand: d = R ₅ ΔR (R ² ₁ + R ₁ R ₂ + R ₁ R ₃ + R ₂ R ₃ ) For the prototype = 0.09%.

Таким образом, подключение дополнительных резисторов 2 и 3 (R₂ и R₃) соответственно через токовый и потенциальный выводы к разным концам опорного резистора обеспечивает снижение погрешности, вносимой сопротивлением коммутирующего элемента 5.Thus, the connection of additional resistors 2 and 3 (R ₂ and R ₃ ), respectively, through the current and potential leads to different ends of the reference resistor, reduces the error introduced by the resistance of the switching element 5.

Изобретение позволяет значительно повысить точность имитаторов дискретного приращения сопротивления тензорезистора за счет уменьшения погрешности, вносимой коммутирующим элементом быстродействующих бесконтактных имитаторов, и повысить уровень метрологических работ по аттестации быстродействующих измерительных приборов и систем. The invention allows to significantly increase the accuracy of the simulators of the discrete increment of the resistance of the strain gage by reducing the error introduced by the switching element of the high-speed contactless simulators, and to increase the level of metrological work on the certification of high-speed measuring instruments and systems.

Claims (1)

ИМИТАТОР ДИСКРЕТНОГО ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРА, содержащий опорный резистор с токовым и потенциальным выводами на каждом из концов, два дополнительных резистора, один из которых подключен одним концом к токовому, а другой одним концом - к потенциальному выводу, и последовательно соединенные шунтирующий резистор и коммутирующий элемент, свободные концы которых соединены соответственно со свободными концами дополнительных резисторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительные резисторы подключены соответственно к токовому и потенциальному выводам, соединенным с разными концами опорного резистора. TENSOR RESISTANCE RESISTANCE SIMULATOR, comprising a reference resistor with current and potential terminals at each end, two additional resistors, one of which is connected at one end to the current and the other at one end to the potential terminal, and a shunt resistor and a switching element are connected in series, the free ends of which are connected respectively to the free ends of additional resistors, characterized in that, in order to increase accuracy, additional resistors are connected ootvetstvenno to current and potential leads connected to different ends of the reference resistor.