본 발명은 측정기술에 관한 것으로 힘, 압력, 각변위 등을 측정하는 장치에 사용될 수 있다. 감지 요소가 적용됩니다. 물리적 충격. 컴퓨터를 사용하면 민감한 요소에 연결된 전기 신호 드라이버에 컴퓨터 신호로 영향을 주어 민감한 요소의 전기적 매개 변수를 주기적으로 보상함으로써 전기 진동 프로세스가 구성됩니다. 전기 진동 과정의 결과로 신호가 형성되며, 그 주파수는 측정된 양에 의해 결정됩니다. 제안된 기술 솔루션을 적용한 기술적 결과는 전기 신호 형성기의 매개변수로부터 측정 결과의 독립성을 보장하고 측정의 정확도를 높이는 것입니다. 2엔. 그리고 월급 3개 f-ly, 2 병.
본 발명은 측정 기술에 관한 것이며 힘, 압력, 각 변위 및 기타 물리량을 측정하는 장치에 사용될 수 있습니다.
변위를 측정하는 알려진 방법은 용량 성 센서를 사용하여 입력 전압으로부터 두 개의 전압이 형성되고 그 차이가 변위를 특징으로하며 입력 전압은 기준 전압과 전압의 차이 형태로 형성된다는 사실로 구성됩니다 용량성 센서의 출력 전압으로 형성됩니다.
알려진 방법을 구현하기 위한 장치는 기준 전압원, 펄스 발생기(그 출력은 전자 스위치의 입력에 연결됨), 용량성 센서, 발생기 출력과 필터 입력 사이에 연결된 두 개의 다이오드-저항 회로, 그 출력은 제1 가산기의 입력에 연결되고, 제2 가산기는 제1 가산기의 출력과 기준 전압원에 연결되며, 출력은 전자 키의 전원 버스에 연결되고, 장치의 출력에 연결되고 용량 성 센서는 다이오드와 첫 번째 다이오드-저항 회로의 저항 연결의 중간 지점에 연결됩니다.
알려진 기술 솔루션의 단점은 측정 결과가 다이오드 저항기 회로 및 기타 아날로그 회로 요소의 매개변수에 의해 영향을 받기 때문에 측정 정확도가 낮다는 것입니다.
제안된 방법에 가장 가까운 것은 측정 방법이다. 물리량, 민감한 요소에 물리적 충격을 가하고, 민감한 요소의 전기적 매개변수를 사용하여 주기적인 전기 진동 프로세스를 형성하여 결과적으로 전기 전압이 얻어지며, 그 주파수는 측정된 값에 의해 결정됩니다. , 이 전압의 레벨을 변환하여 전기 신호가 형성되고 이는 멀티미디어 개인용 컴퓨터 사양을 준수하는 구성의 입력 컴퓨터 오디오 어댑터에 공급되고 소프트웨어 처리를 통해 측정량의 값을 결정합니다. 이 신호는 감지 요소와 전기 진동 프로세스 드라이버의 전달 특성에 대한 정보를 사용합니다.
이 방법을 구현하고 제안된 방법에 가장 가까운 장치에는 멀티미디어 개인용 컴퓨터 사양에 해당하는 구성, 민감한 요소, 주파수 설정 요소를 포함하는 교류 전압 드라이버, 추가 요소를 포함하는 컴퓨터가 포함되어 있습니다. 전압 레벨 변환기의 출력은 드라이버의 출력이고 입력 컴퓨터 오디오 어댑터에 연결되며 드라이버의 주파수 설정 요소에는 주파수 스펙트럼의 정보 중요 구성 요소의 주파수를 보장하는 매개 변수가 있습니다. 물리량의 전체 측정 범위에 걸쳐 컴퓨터 오디오 어댑터의 입력 매개변수를 만족하는 한계 내에서 출력 전압. 추가 레벨 변환기는 광전자, 상호 일치하는 수신기 및 송신기 형태 또는 변압기 형태로 만들어집니다.
알려진 기술 솔루션의 단점은 교류 전압 드라이버의 주파수 설정 요소의 전달 특성 및 매개변수의 불안정성에 대한 보상 부족으로 인해 발생하는 물리량 측정의 정확도가 낮다는 점입니다. 특히, 셰이퍼의 전송 계수의 온도 및 시간 변화와 주파수 설정 커패시턴스 또는 인덕턴스로 인해 측정 오류가 발생하며, 이는 컴퓨터에서 신호를 처리할 때 보상할 수 없습니다.
청구된 발명이 목표로 하는 기술적 과제는 교류 전압 구동기의 매개변수로부터 획득된 측정 결과의 독립성을 보장함으로써 물리량 측정의 정확도를 높이는 것이다.
민감한 요소에 물리적 작용을 가하고 민감한 요소의 전기적 매개변수를 사용하여 주기적인 전기 진동 과정을 구성하는 것으로 구성된 물리량을 측정하는 방법에서 그 결과 전기 신호가 생성되며 그 주파수는 다음과 같습니다. 측정된 양에 의해 결정되고 또한 이 신호의 소프트웨어 처리는 민감한 요소의 전달 특성에 대한 정보를 사용하여 수행됩니다. 문제에 대한 해결책은 지정된 전기 진동 프로세스가 컴퓨터를 사용하여 구성된다는 사실에 의해 달성됩니다. 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러의 추가 출력 신호가 생성되고 이 신호가 전기 신호 전달 장치에 작용하는 마이크로 컨트롤러.
컴퓨터나 마이크로컨트롤러의 출력 신호가 전기 신호 드라이버에 영향을 미칠 때 측정된 물리량의 영향으로 변화하는 민감한 요소의 전기적 매개변수를 보상할 수 있습니다.
제안된 측정 방법에서 이러한 목표를 달성하기 위해 두 개 이상의 주기적인 전기 진동 프로세스를 구성하고 결과적으로 측정된 값에 따라 주파수가 결정되는 두 개 이상의 전기 신호를 생성하고 구현하는 것이 가능합니다. 두 개 이상의 신호를 소프트웨어로 처리하고 컴퓨터나 마이크로 컨트롤러에서 여러 추가 출력 신호를 생성하며 이러한 신호가 전기 신호 발생기에 미치는 영향.
제안된 물리량 측정 방법을 구현하기 위한 장치에서 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러, 민감한 요소 및 이에 연결된 전기 신호 형성기를 포함하며 그 출력은 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러의 입력에 연결되며, 이에 대한 솔루션은 다음과 같습니다. 문제는 전기 신호 생성기에 적분기가 포함되어 있고 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러에 전기 진동 프로세스를 구성하도록 설계된 전기 신호 발생기의 추가 입력에 연결되는 추가 출력이 장착되어 있다는 사실에 의해 해결됩니다. 지정된 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러를 사용하여 민감한 요소의 전기적 매개변수를 사용합니다.
전기 신호 발생기는 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러의 입력 및 추가 출력에 각각 연결된 두 개 이상의 출력 및 추가 입력을 가질 수 있습니다.
물리량 측정기에서 청구된 기술 솔루션의 특정 특징을 구현하면 전기 신호 드라이버의 매개변수로부터 물리량 측정 결과의 독립성을 보장하고 이로 인해 다음과 같은 기술적 결과를 얻을 수 있습니다. 측정의 정확도를 높입니다.
그림 1은 제안된 측정 방법을 구현한 장치의 예를 보여주고, 그림 2는 해당 장치의 작동 시간 다이어그램을 보여줍니다.
물리량을 측정하기 위한 장치에는 민감한 요소 1, 전기 신호 발생기 2가 연결되어 있으며 그 출력은 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러 3의 입력에 연결됩니다. 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러 3에는 하나 또는 추가 출력 4(4")는 전기 신호 발생기 2의 추가 입력 5(5")에 연결됩니다.
특히 민감 요소(1)는 하프 브리지 또는 스트레인 게이지 브리지 또는 자기 저항기(6-9)의 형태로 만들어질 수 있습니다. 전기 신호 처리기 2V 일반적인 경우멀티채널 디자인을 가지고 있습니다. 각 드라이버 채널은 연산 증폭기(10(10")), 커패시터(11(11')) 및 저항기(12(12"))에 구현된 적분기를 포함할 수 있습니다.
특히 Microchip의 PIC16C505 단일 칩 마이크로 컨트롤러를 마이크로 컨트롤러로 사용할 수 있습니다.
제안된 측정 방법의 본질을 이를 구현하는 장치의 동작 예를 통해 설명하겠습니다.
측정된 물리량(예: 압력 또는 힘)은 민감한 요소 1에 작용합니다. 이 요소가 스트레인 게이지 브리지 형태로 만들어진 경우 압력이나 힘의 영향으로 인해 각 절반의 전압이 변경됩니다. 브리지 및 그에 따른 브리지 대각선의 전압.
선형 또는 각도 위치를 측정할 때 감지 요소(1)는 특히 다음에 의해 영향을 받습니다. 자기장, 브리지요소 6~9는 자기저항으로 구성된다. 이 경우 하프 브리지나 브리지의 출력 전압도 측정된 물리량의 값에 따라 결정됩니다. 이 전압 Ul, U1"(그림 1 참조)의 의존성은 미리 알려져 있으며 민감한 요소 1의 특성에 의해 결정됩니다.
U1=F(A); U1"=F"(A), (1)
여기서 U1, U1"은 각 하프 브리지의 입력 전압(민감 요소 1의 출력 전압)입니다.
A는 측정된 물리량의 값입니다.
F, F" - 민감 요소 1의 각 하프 브리지의 전달 특성.
각 전기신호 생성 채널은 다음과 같이 동작합니다.
민감 소자(1)의 하프 브리지 출력으로부터의 전압 U1은 적분기 회로에 따라 연결된 연산 증폭기(10)의 입력에 공급된다. 연산 증폭기 U2의 출력 전압과 그에 따라 컴퓨터 3의 입력 전압이 낮으면(그림 2 참조), 컴퓨터 3은 추가 출력 4(그림 2 참조)에서 낮은 전압 레벨 U3을 생성합니다. . 연산 증폭기(10)의 출력 전압은 커패시터(11)와 저항기(12)에 의해 결정된 시정수에 따라 증가하기 시작한다.
도 2의 시간 축에서 기호 "x"로 도시된 고정된 시간에 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러(3)는 입력 신호 U2(연산 증폭기(10)의 출력 전압)를 폴링한다. 이 전압이 임계 레벨 Uo를 초과하지 않으면 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러 3은 추가 출력 4에서 낮은 전위 레벨을 유지합니다.
임계값 Uo의 안정성에 대한 특별한 요구 사항은 없습니다. 따라서 이 레벨은 일반적으로 컴퓨터 및 마이크로 컨트롤러의 디지털 입력에 설치되는 슈미트 트리거로 설정할 수 있습니다.
시간 t1에서 전압 U2는 레벨 Uo에 도달합니다. 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러(3)는 시간 t2에서 이를 감지하고 추가 출력에서 고정 진폭 Eo의 전압을 설정하므로 드라이버(2)의 추가 입력에서 설정됩니다. 이 전압은 고정된 시간 동안 컴퓨터나 마이크로컨트롤러에 의해 유지된 후 0으로 돌아갑니다.
감응소자(1)의 출력전압을 초과하는 U3 전압이 작용하는 동안 연산증폭기(10)의 출력전압은 감소하고, 이후 감응소자(1)의 출력전압의 영향으로 출력단의 전압은 감소한다. 연산 증폭기(10)의 U2가 다시 증가하기 시작하고 회로의 프로세스가 반복됩니다.
따라서 전기 진동 프로세스는 컴퓨터와 마이크로 컨트롤러의 참여로 장치에 구성됩니다. 전기 신호 드라이버 U2의 출력에서 전압 상승률은 민감 소자(1)의 출력 전압(전기적 매개변수) U1과 이에 따라 측정된 물리량의 값에 의해 결정됩니다.
위의 장치 작동 설명에 따르면 평균 전압 값 U1과 U3은 항상 동일합니다. 전기 신호 드라이버에 영향을 미치는 과정에서 컴퓨터(마이크로 컨트롤러)는 측정된 물리량의 영향으로 변화하는 민감한 요소의 전기 매개변수인 전압 U1을 보상합니다.
따라서 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러(3)의 추가 출력 4의 신호 주파수는 다음 식에 의해 결정됩니다.
전기 신호 2의 셰이퍼(적분기)의 매개변수에 의존하지 않습니다.
커패시터(11)의 커패시턴스, 저항기(12)의 저항, 임계 전압 레벨 Uo 또는 연산 증폭기(10)의 출력 전압 레벨의 변화는 진폭 및 피크 대 피크 전압 U2의 변화만을 가져오지만, 주파수에 영향을 미치지 않습니다. f.
모든 셰이퍼의 전송 계수 및 주파수 설정 요소의 매개변수와 달리 To 및 Eo 매개변수는 안정화하기 쉽습니다. 특히, 시간 간격 To의 값은 컴퓨터나 마이크로 컨트롤러에 내장된 수정 발진기에 의해 결정되며 그 불안정성은 0에 가깝습니다. 진폭 E®의 값은 예를 들어 미세 회로에 만들어진 정밀 전압 제한기(KR142EN19 등)를 사용하여 높은 정확도로 쉽게 안정화됩니다.
민감한 요소가 풀 브리지 회로에 따라 만들어진 경우 전압 U1에 대한 주기적인 전기 신호의 형성과 동시에 전압 U1'에 대한 두 번째 주기 신호의 동시적이고 독립적인 형성이 수행됩니다. 결과적으로 주파수가 얻어집니다.
f'=U1'Eo/To. (삼)
물리량의 가치에 대한 결과 평가는 주파수 차이로 이루어질 수 있습니다.
f-f'=(U1-U1")Eo/To. (4)
컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러 3은 하나(민감 요소 1의 하프 브리지 회로 포함) 또는 여러 개(브리지 회로 포함) 진동 프로세스를 구성하는 것 외에도 민감한 요소의 전송 특성에 대한 정보를 사용하여 소프트웨어 신호 처리를 수행합니다. 측정된 물리량의 값을 결정합니다.
이는 다음과 같이 수행됩니다.
공식 (2) 또는 (4)를 사용하고 추가 출력의 주파수 값 또는 추가 출력의 주파수 차이를 모니터링하는 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러 3은 민감한 요소의 출력 전기 매개 변수, 특히 전압 또는 전압 차이를 결정합니다.
U1-fTo/Eo 또는 U1-U1"=(f-f)To/Eo. (5)
위에서부터 제안된 기술 솔루션에서는 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러의 참여로 진동 프로세스를 구성함으로써 전기 신호 드라이버의 매개변수로부터 물리량 측정 결과의 독립성이 보장됩니다. 덕분에 필요한 기술적 결과가 달성되어 측정 정확도가 향상됩니다.
정보 출처
1. 자동. 성. 소련 번호 1026081 A, IPC 3 G 01 R 27/26, 1993.
2. 러시아 특허 번호 2110770, IPC 6 G 01 D 3/02, 1998.
주장하다
1. 민감한 요소에 물리적 충격을 가하고, 민감한 요소의 전기적 매개변수를 사용하여 주기적인 전기 진동 과정을 구성하여 결과적으로 전기 신호가 생성되는 물리량 측정 방법, 이는 측정된 양에 의해 결정되며 또한 이 신호의 소프트웨어 처리는 민감한 요소의 전달 특성에 대한 정보를 사용하여 수행되며, 지정된 전기 진동 프로세스는 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러를 사용하여 구성되는 것을 특징으로 합니다. 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러의 출력 신호가 생성되고 이 신호는 전기 신호 드라이버에 영향을 미칩니다.
제1항에 있어서, 지정된 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러의 출력 신호가 전기 신호 드라이버에 영향을 미칠 때, 측정된 물리량의 영향으로 변화하는 민감 요소의 전기적 매개변수가 보상되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 두 개 이상의 주기적인 전기 진동 프로세스가 민감성 요소의 전기적 매개변수를 사용하여 형성되고, 그 결과 두 개 이상의 전기 신호가 얻어지며, 그 주파수는 다음과 같이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법. 측정된 값, 이러한 신호는 소프트웨어에 의해 처리되고 전기 진동 프로세스는 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러를 사용하여 구성되며 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러의 추가 출력 신호가 생성되고 이러한 신호는 전기 신호 발생기에 영향을 미칩니다.
4. 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러, 감응 소자 및 이에 연결된 전기 신호 드라이버를 포함하는 물리량 측정 장치로서, 그 출력은 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러의 입력에 연결되며, 전기 신호는 드라이버에는 적분기가 포함되어 있으며 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러에는 지정된 컴퓨터 또는 마이크로 컨트롤러를 사용하여 민감한 요소의 전기 매개변수를 사용하여 전기 진동 프로세스를 구성하기 위한 전기 신호 셰이퍼의 추가 입력에 연결된 추가 출력이 포함되어 있습니다.
제4항에 있어서, 전기 신호 형성기는 지정된 컴퓨터 또는 마이크로컨트롤러의 입력 및 추가 출력에 각각 연결된 두 개 이상의 출력 및 추가 입력을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
물리적 실험의 임무는 다양한 물리량 간의 연결을 설정하고 연구하는 것입니다. 더욱이, 실험 중에 이러한 물리량을 측정해야 하는 경우가 종종 있습니다. 물리량을 측정한다는 것은 그것을 단위로 취한 동일한 물리량과 비교하는 것을 의미합니다.
측정은 측정 장비를 사용하여 물리량 값을 실험적으로 결정하는 것입니다. 측정 도구에는 다음이 포함됩니다. 1) 측정 (추, 계량 컵 등) 2) 눈금이나 디지털 디스플레이를 갖춘 측정 장비(스톱워치, 전류계, 전압계 등) 3) 측정 장비 및 컴퓨터 장비를 포함한 측정 및 컴퓨팅 시스템.
물리량을 측정하려면 다음을 수행해야 합니다. 1) 이 수량에 대한 측정 단위를 선택합니다. 2) 요구되는 정확도를 가지고 확립된 단위로 교정된 측정 장비를 선택합니다. 3) 가장 적절한 측정 기술을 선택합니다. 4) 이용 가능한 수단을 사용하여 주어진 값을 측정합니다. 5) 측정에서 허용되는 오류를 평가합니다.
결과를 얻는 방법에 따라 측정은 다음과 같이 나뉩니다. 똑바로그리고 간접적인. 직접측정은 연구중인 값을 직접 결정하는 측정 도구를 사용하여 수행됩니다 (예 :자를 사용한 길이 측정, 저울을 사용한 체중, 스톱워치를 사용한 시간). 그러나 직접 측정이 항상 가능하거나 편리하거나 필요한 정확성과 신뢰성을 갖춘 것은 아닙니다. 이러한 경우에는 다음을 사용하십시오. 간접적인이 양과 직접 측정을 통해 값을 찾을 수 있는 양 사이의 알려진 관계를 통해 원하는 양의 값을 찾는 측정입니다. 예를 들어, 물체의 측정된 선형 치수, 알려진 밀도 및 부피 등을 통해 체질량을 계산할 수 있습니다. 따라서 모든 수량의 값은 직접 측정과 간접 측정을 통해 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 전선의 저항 값은 저항계라는 장치를 사용하고 도체를 통해 흐르는 전류의 측정 값과 도체를 통과하는 전압 강하를 기반으로 한 계산을 사용하여 결정할 수 있습니다. 각 특정 사례에 대한 물리량 측정 방법의 선택은 편의성, 결과 획득 속도, 필요한 정확성 및 신뢰성을 고려하여 별도로 결정됩니다.
각 물리적 실험은 연구 대상 물체 준비 및 측정 장비, 실험 진행 상황 및 장비 판독값 모니터링, 판독값 기록 및 측정 결과로 구성됩니다.
측정기측정된 양의 값을 직접 확인할 수 있는 장치라고 합니다.
각 측정 장치에는 측정 결과에 대한 정보를 표시하는 판독 장치가 있습니다. 가장 간단한 판독 장치는 눈금과 포인터로 구성됩니다.
규모특정 라인에 걸쳐 적용되는 마크 세트입니다. 표시 사이의 공간을 눈금 구분이라고 합니다. 쉽게 참조할 수 있도록 개별 표시를 분리하여 길이나 두께를 늘리고 숫자로 표시합니다.
바늘눈금을 따라 이동할 수 있는 화살표 또는 획의 형태로 수행됩니다. 일부 장치에서는 선 이미지가 포함된 광점이 눈금을 따라 이동합니다.
측정값에 대한 정보가 특수 디스플레이를 통해 숫자 형태로 표시되는 디지털 디스플레이가 있는 장치가 있습니다.
각 장치에 대해 안전하게 작동하고 신뢰할 수 있는 결과를 제공할 수 있는 측정값의 간격을 선택할 수 있습니다. 이 간격을 작업 측정 범위. 결정되는 값이 이하인 경우 하한작동 범위에 도달하면 측정 결과가 너무 거칠어지거나 기기 판독값이 0과 전혀 구별되지 않습니다. 측정값을 초과하는 경우 상한, 장치가 손상될 수 있습니다.
감광도측정 장비는 측정량의 작은 변화에 반응하는 능력이 특징입니다. 감도 는 다음 공식에 의해 결정됩니다.
=S / x ,
여기서 S는 측정된 값이 x만큼 변할 때 판독 장치 포인터의 움직임입니다.
감도가 전체 작동 범위에 걸쳐 일정하게 유지되면 눈금 시작과 끝 모두에서 값 x의 동일한 변화는 S 포인터의 동일한 이동에 해당합니다. 이 경우 장치에는 규모같은 부서로, 유니폼이라고 불리는. 장치의 감도가 일정하지 않은 경우 범위의 다른 부분에서 측정된 값의 동일한 변화는 포인터의 불평등한 움직임에 해당합니다. 이 경우의 척도는 다음과 같습니다. 고르지 않은.
규모 분할을 대가로 와 함께 엑스포인터가 한 칸씩 이동하게 하는 측정량의 변화를 말합니다. n만큼 눈금만큼 포인터를 이동하면 측정된 값이 x = nС X만큼 변경되었음을 나타냅니다.
이는 암시한다 분할 가격을 결정하는 규칙: 가장 가까운 디지털 표시에 해당하는 측정량 x 값의 차이를 이 표시 사이의 분할 수 n으로 나누어야 합니다.
C X = x / n.
예를 들어, 학생 자의 숫자 7과 8은 원점으로부터 7cm와 8cm의 거리에 해당합니다. 이들 거리의 차이는 x = 8 cm -7 cm = 1 cm = 10 mm입니다. 표시된 마크 사이의 분할 수는 n = 10입니다. 따라서
C X = x / n = 10mm /10 = 1mm.
스케일의 한 섹션에서 다른 섹션으로 이동할 때 눈금 값이 변경되는 고르지 않은 스케일을 가진 악기가 있습니다. 예를 들어, 그림 1은 저항계 눈금을 보여줍니다. 최대 0.5옴 영역의 분할 가격은 0.05옴이고, 0.5옴에서 2옴까지의 영역에서는 0.1옴입니다. 다른 영역의 눈금 값을 직접 결정하고 그림 1에 표시된 저항계 판독 값을 읽으십시오. 1.
~에 독서 카운트다운기구의 경우 포인터가 위치한 눈금 지점에서 기구 눈금의 값을 결정해야 합니다.
정확한 판독을 위해서는 시선이 눈금 평면과 수직을 이루어야 합니다. 이러한 조건을 보장하기 위해 전기 측정 장비에는 미러 스케일이 장착되어 있습니다. 판독 장치의 스트로크가 거울의 이미지와 일치하는 경우 시선은 눈금에 수직입니다.
장비의 배치 순서와 상호 연결은 실험의 정확성과 편의성을 최대한 보장할 수 있어야 합니다. 이 경우 정확한 결과를 얻으려면 눈금이나 디지털 디스플레이에 0 값을 설정하는 것이 가장 중요합니다. 결함이 있는 장치에서 작업하는 것은 허용되지 않습니다! 장비가 오작동하는 경우 즉시 교사나 실험 조교에게 보고해야 합니다!장치를 켜기 전에 장치가 올바르게 연결되어 있는지 확인하고 교사로부터 장치를 켜도록 허락을 받아야 합니다.
기기의 눈금이나 디스플레이가 명확하게 보이도록 기기 판독값을 관찰해야 합니다.
실험 결과를 기록하는 형식은 명확하고 간결해야 합니다. 이를 위해 각 실험실 작업에 대한 지침에 제공된 표가 사용되며, 학생들이 작업 양식에 복사한 이 표에 측정 단위와 분할 값을 고려하여 결과가 기록되어야 합니다. 장치의. 또한 필요한 결과 정확도가 미리 지정되지 않은 경우 장치가 제공하는 가능한 가장 높은 정확도로 측정 결과를 기록해야 합니다(즉, 가능한 최대 유효 자릿수를 기록). 측정된 양의 획득된 값(유효 숫자가 아닌 0)에서 0의 수를 줄이려면 표의 전체 행 또는 열에 대해 소수점 10n을 표시하는 것이 편리합니다. 예를 들어, 유효 숫자 두 자리의 정확도로 신체의 밀도 값(kg/m3 단위)을 기록해야 합니다. 추가 0을 쓰지 않기 위해 신체 밀도 값이 입력되는 표의 전체 행 (또는 열)에 대해 측정 단위 앞에 10 3의 승수가 배치됩니다. 그러면 표의 해당 셀에 있는 물의 밀도는 1000 대신 1.0이 됩니다. 그러나 측정을 수행할 때 어떤 대가를 치르더라도 현재 작업에 필요한 것보다 더 큰 정확도를 달성해서는 안 됩니다. 예를 들어, 컨테이너 생산을 위해 준비된 보드의 길이를 알아야 하는 경우 예를 들어 1미크론의 정확도로 측정할 필요가 없습니다. 또는 간접 측정을 수행할 때 측정된 수량의 값이 특정 정확도(특정 유효 숫자로 표시)로 제한되는 경우 훨씬 더 높은 정확도로 다른 수량을 측정하는 것은 의미가 없습니다. 이것보다.
소유즈 소베츠키크
사회주의자
M 신청을 한 공화국 (23) 우선권
G 01 R 17/02, 주 위원회
발명과 발견을 위한 소련
V.E. 포포프
저온물리기술연구소
우크라이나 SSR 과학 아카데미 (71) 출원인 (54) 물리적 측정 장치
본 발명은 전기 측정 장비에 관한 것이며 변환기에 영향을 미치는 물리적 매개변수(온도, 압력, 힘, 조명 등)의 값과 변환기의 저항 값을 자동으로 표시하는 데 사용하기 위한 것입니다. 변환기.
물리량, 특히 주 및 보조 전기 회로(1g.
공지의 장치를 이용하여 변형량을 결정하는 과정은 테네오 센서별로 센서의 저항 변화량에 따른 변형량의 교정 그래프를 구성하는 과정이다. 측정된 물리적 매개변수는 해당 그래프(2e)에서 찾을 수 있으므로 매개변수를 결정하는 데 소요되는 총 시간은 상당한 것으로 나타납니다. 또한, 예를 들어 저항 온도계의 경우에 요구되는 센서의 저항 절대값의 자동 측정에는 공지된 장치를 사용할 수 없으며, 제안된 장치에 가장 가까운 기술 솔루션은 다음과 같습니다. 3개의 단자가 있는 저항성 1차 변환기를 포함하는 물리량 측정. 첫 번째 단자는 전류원의 출력 단자 중 하나인 2차 장치인 저항기(2)에 연결됩니다.
이 장치의 가장 큰 단점은 주 변환기의 교정 특성이 선형인 경우에만 충분한 정확도로 측정된 물리량을 표시할 수 있다는 사실과 관련이 있습니다. 그러나 온도(저항 온도계 및 서미스터), 조명(포토레지스터) 등과 같은 많은 물리량 변환기의 특성은 비선형적입니다.
비선형 특성을 갖는 변환기를 이용하여 물리량을 측정하는 경우가 알려져 있다. 장치는 실제 비선형 의존성을 최적으로 근사하는 선형 의존성을 재현하도록 구성됩니다. 이 경우 장치의 보조 장치 판독값은 근사 정확도로 근사치로 나타납니다. 이 정확도는 컨버터 특성의 비선형성 정도와 측정된 값의 변화 간격에 따라 달라집니다.
본 발명의 목적은 측정 장치의 정확도를 높이는 것이다. .목표는 3개의 단자가 있는 저항성 1차 변환기를 포함하는 물리량 측정 장치에서 첫 번째 단자가 전류원의 출력 단자 중 하나에 연결되고, 2차 장치, 저항기, 2개가 있다는 사실에 의해 달성됩니다. 전계 효과 트랜지스터와 3개의 연산 증폭기가 도입되고, 하나의 전계 효과 트랜지스터의 드레인은 직접 저항기 중 첫 번째를 통해 다른 전계 효과 트랜지스터의 드레인은 저항성 1차 변환기의 두 번째 및 세 번째 단자에 연결되고, 제2 및 제3 저항을 통한 전계 효과 트랜지스터의 소스는 전류원의 다른 출력 단자에 연결되고, 제1 연산 증폭기의 입력은 저항성 1차 변환기의 제2 및 제3 단자에 연결되고, 네 번째 저항을 통한 출력 - 전류원의 제어 단자를 사용하여 두 번째 연산 증폭기의 반전 입력과 세 번째 연산 증폭기의 비반전 입력은 하나의 전계 효과 트랜지스터의 소스에 연결되고 비- 제2 연산 증폭기의 반전 입력과 제3 연산 증폭기의 반전 입력은 다른 전계 효과 트랜지스터의 소스에 연결되고, 제2 및 제3 연산 증폭기의 출력은 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 연결되며, 보조 장치가 연결된 배수구.
그림은 온도(t), 압력(P), 힘(F) 등과 같은 물리량을 측정하기 위해 제안된 장치의 기능 다이어그램을 보여줍니다.
이 장치는 전류원 1, 저항성 1차 변환기 2, 바이어스 저항 3, 전계 효과 트랜지스터 4 및 5, 2차 장치 b, 연산 증폭기 7, 비선형성 정도 저항 8, 기준 저항 9 및 10 및 연산 증폭기 11 및 12.
장치는 다음과 같이 작동합니다.
소스 전류 1은 3선 저항성 1차 컨버터 2에서 전계 효과 트랜지스터를 통해 흐르는 두 부분으로 분기됩니다.
4와 5 및 기준 저항기 9와 10.
입력이 기준 저항에 연결된 연산 증폭기 11 및 12의 출력 전압은 다음과 같습니다. 전압 강하의 차이에 비례합니다. 연산 증폭기 11 및 12의 출력 전압은 입력 전압과 역위상으로 전계 효과 트랜지스터 4 및 5의 전도도를 제어하므로 기준 저항기 9 및 10과 연산 증폭기 11 및 12가 있는 두 개의 전계 효과 트랜지스터 4 및 5는 다음을 형성합니다. 스트레스를 자동으로 동일하게 유지하는 시스템
© 기준 저항기 9 및 10. 기준 저항기 9 및 10의 동일한 저항 값을 사용하면 전계 효과 트랜지스터 4 및 5의 회로에 흐르는 전류의 동일한 값에 해당합니다. 5 따라서 보장 저항성 1차 변환기의 두 회로에서 동일한 크기의 전류 흐름 2. 전류 분할 회로는 일단 구성되면 저항 값에 관계없이 임의의(특정 한도 내에서) 값의 전류를 두 개의 엄격하게 동일한 부분으로 자동 나눕니다. 이 회로에 연결된 다양한 변환기와 연결 전선. 연산 증폭기에 구현된 것처럼 높은 이득에서 두 회로의 전류는 선택된 기준 저항기의 정확도와 동일하며 공급 전압 및 주변 온도의 변화에 의존하지 않습니다.
연산 증폭기 입력에
그림 7에서는 변환기 2의 저항에 비례하는 전압이 인가되며, 연산 증폭기 7의 출력 전압은 비선형 저항기 8을 통해 전류원 1의 민감한 입력에 영향을 미치고, 변환기에 존재하는 전류 설정 저항기와 함께 후자는 소스에서 부하로 공급되는 전류량을 제어합니다. 이에 대해 제안된 장치에서는 전류(즉, 컨버터 전류)를 측정한다.
도 4는 1차 컨버터(2)의 저항에 따른 가변값, 즉 측정된 물리량으로부터 의존성의 특성은 변환기의 저항이 증가함에 따라 측정 전류(및 그에 따른 출력 전압)의 증가가 가속 또는 감속되는 것입니다.
2의 속도 (정도)는 연산 증폭기 (7)의 입력 전압 위상, 이득 및 비선형 정도를 조정하도록 설계된 저항기 (8)의 저항 값에 의해 결정됩니다.
장치에 지정된 의존성을 구현하면 변환기 2 회로의 측정 전류 3 값이 법칙 o(" - Yu)에 의해 결정된다는 사실이 발생합니다.
t0 여기서 ~는 변환기의 제로 저항에 해당하는 초기 전류 값입니다.
К=> - 전류 제어 계수;
Kdr - 1차 컨버터 2의 저항
출력 전압(보조 장치 6의 단자)은 저항 Kcm을 갖는 컨버터 2와 바이어스 저항기 3의 저항에 걸친 전압 강하의 대수적 합과 같습니다.
0 = U + Os.m J(Rpp+ Råì) (2)
Kc의 마이너스 부호는 컨버터 2의 특정 특성을 표시하기 위해 바이어스 저항 3이 컨버터의 보조 회로에 포함된 경우 발생합니다(이러한 바이어스 저항 포함은 다이어그램에서 점선으로 표시됨). 예를 들어 저항 온도계를 사용하여 섭씨 온도로 표시되는 온도를 측정할 때 이러한 현상이 발생합니다.
제어의 영향을 고려한 현재 값에 대한 식을 공식 (2)로 대체하면 다음과 같습니다.
K를 두 번째 거듭 제곱합니다. 이는 K "p에 대한 0의 비선형 의존성 또는 변환기 2의 저항에 대한 물리적 매개 변수 값이 있음을 나타냅니다.
변환기 2의 실제 비선형 특성을 근사화하는 분석 함수로 식 (3)을 사용하면 실제 곡선과 분석 표현이 가장 잘 일치하는 상수 J k 및 K 의 값을 결정하는 것이 필요합니다. (3)이 실현된다. 이러한 양은 물리량 값과 변환기의 저항 값의 여러 쌍을 식 (3)에 대입하여 얻은 방정식 시스템을 풀어 구합니다.
2 교정 곡선 또는 표에서. 발견된 상수 값을 기반으로 물리량 값의 전체 작업 범위에 대한 근사 오류에 대한 분석 검사가 이루어집니다. 선형 교정 특성을 갖는 변환기를 사용하여 물리량을 측정할 때 값은 측정 전류는 일정합니다. 이는 전류원 1의 민감한 입력에서 제어 신호를 제거함으로써 달성됩니다. 예를 들어 8차 비선형 저항기를 꺼서 가능합니다.
주장하다
3개의 단자를 갖는 저항성 1차 변환기를 포함하는 물리량 측정 장치로서, 그 중 첫 번째 단자는 전류원의 출력 단자 중 하나에 연결되고, 2차 장치는 저항기, 그 외 20개로 정확도를 높이기 위해 , 2개의 전계 효과 트랜지스터와 3개의 연산 증폭기가 도입되었으며, 하나의 유용한 트랜지스터의 드레인은 직접, 다른 전계 효과 트랜지스터의 드레인은 저항성 1차 변환기의 두 번째 및 세 번째 단자에 연결된 첫 번째 저항을 통해 도입되었습니다. , 제2 및 제3 저항을 통한 전계 효과 트랜지스터의 소스는 전류원의 다른쪽 출력 단자에 연결되고, 제1 연산 증폭기의 입력은 저항성 1차 변환기의 제2 및 제3 단자에 연결되며, 제4 저항을 통한 출력은 전류원의 제어 단자에 연결되고, 제2 연산 증폭기의 반전 입력과 제3 연산 증폭기의 비반전 입력은 연결된다.
