Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 01.08.1974 Opis patentowy opublikowano: 08.09.1975 79756 U. 21e, 17/02 MKP G01r 17/02 czytelnia] Urzedu -Polejtfcwego fpiskiej IzectypiBT r\ inm]' —^^^^^^^^—^—^*^^—"¦¦*¦» Twórcawynalazku: Leonard Korczak Uprawniony z patentu tymczasowego: Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Problemów Techniki, Warszawa (Polska) Uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych Przedmiotem wynalazku jest uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych, sluzacych do pomiaru wielkosci nieelektrycznych sposobem elektronicznym.Przy mostkowych pomiarach wielkosci nieelektrycznych z wykorzystywaniem, na przyklad, rezystoro- wych czujników tensometrycznych zachodzi koniecznosc wstepnego równowazenia mostka z uwagi na to, ze wielkosc nierównowagi wstepnej, spowodowanej wplywem pojemnosci montazowych, rezystancji czujników i doprowadzen, jest zwykle kilkakrotnie wieksza od nastepnej nierównowagi, powstalej w wyniku wlasciwego procesu pomiarowego. Wstepne równowazenie przeprowadza sie w zasadzie przez zmiane niecechowanych elementów dyskretnych takich jak: potencjometry, przelaczniki z dzielnikami oraz kondensatory obrotowe.Znane uklady do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych, sluzacych do pomiaru wielkosci nieelektrycznych zawieraja w ukladzie wyjsciowym mostka silnik elektryczny, przetwarzajacy elektrycznie wartosc wstepnej nierównowagi mostka na zmiane wartosci impedancji elementów dyskretnych umieszczonych w galeziach mostka. Po dokonaniu wstepnego równowazenia mostka, przeprowadza sie odczyt lub zapis analogowej wartosci nowego stanu nierównowagi mostka, powstalej na skutek pracy czujników, wzglednie dokonuje sie ponownego równowazenia mostka elementami cechowanymi. Caly proces pomiaru odbywa sie w tego typu ukladach stosunkowo wolno, co wyklucza praktycznie ich stosowanie przy pomiarach wielopunkto- wych, gdzie liczba punktów pomiarowych moze dochodzic do kilkuset. Ponadto uklady z automatycznym zerowaniem mostków, na zasadzie mechanicznej regulacji i zmiany elementów, sa drogie i zawodne w dzialaniu.Celem wynalazku jest unikniecie tych wad, a wiec skonstruowanie ukladu umozliwiajacego automatyczne równowazenie mostków pomiarowych, przy dowolnej liczbie punktów pomiarowych, w okreslonym przedziale czasu, po jednokrotnym wstepnym zrównowazeniu sposobem elektronicznym, w odniesieniu do kazdego punktu pomiarowego. Cel ten zostal zgodnie z wynalazkiem osiagniety przez zastosowanie na wyjsciu mostka ukladu pamieci polaczonego bezposrednio, przy zasilaniu mostka pradem stalym, lub poprzez demodulatory fazoczule dla skladowej rzeczywistej i skladowej urojonej, w przypadku zasilania mostka pradem zmiennym, z wyjsciem wzmacniacza róznicowego, którego pierwsze wejscie jest polaczone z wyjsciem mostka, natomiast drugie, poprzez uklad dopasowujacy wielkosc kompensujaca, z wyjsciem ukladu pamieci.2 79 756 Uklad.dopasowujacy, w przypadku zasilania mostka pradem przemiennym zawiera mostek kompensacyjny sterowany z wyjsc wzmacniaczy skladowej rzeczywistej i skladowej urojonej, wlaczonych na wyjsciu ukladu pamieci. Wyjscie mostka kompensacyjnego jest polaczone z drugim wejsciem wzmacniacza róznicowego. Stero¬ wanie mostka skladowa rzeczywista odbywa sie na drodze fotoelektrycznej przez podlaczenie do wyjscia wzmacniacza skladowej rzeczywistej zródel swiatla, polaczonych droga optyczna z elementami fotoczulymi, umieszczonymi w dwóch galeziach mostka. Wyjscie wzmacniacza skladowej urojonej jest polaczone, poprzez rezystory, z warystorami wchodzacymi w sklad dwóch pozostalych galezi mostka kompensacyjnego.W ukladzie dla zasilania mostka pradem stalym jest zastosowany jako uklad dopasowujacy wielkosc kompensujaca dzielnik rezystancyjny, podlaczony do wyjscia ukladu pamieci i majacy punkt podzialu podla¬ czony do drugiego wejscia wzmacniacza róznicowego. Zaleta tego ukladu jest duza szybkosc dzialania, co ma szczególne znaczenie przy pomiarach wielopunktowych oraz zdolnosc zdalnego sterowania ukladem pomiaro¬ wym, przy jednoczesnych korzysciach ekonomicznych, wynikajacych z mniejszego kosztu i ciezaru.Wstepne równowazenie mostka w ukladzie wedlug wynalazku polega na przycisnieciu klawisza lub innego lacznika organu zerowania. Czynnosc zerowania jest wiec bardzo prosta i szybka, oraz praktycznie wyklucza mozliwosc popelnienia bledów przypadkowych. Uklad ogranicza co prawda cykl pomiaru, po wstepnym zrównowazeniu, do czesci stalej czasu rozladowywania pamieci, nie przekraczajacej zalozonej dokladnosci pomiaru, ale przy zastosowaniu pamieci elektronicznych o stalej czasu do kilku dni, problem jest'do pominiecia.Przedmiot wynalazku jest blizej wyjasniony na przykladzie wykonania, na rysunku na którym fig. 1 przedstawia uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych zasilanych pradem stalym, a fig. 2 - uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych zasilanych pradem przemiennym.Uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych pokazany na fig. 1, zawiera zespól mostków pomiarowych 1, których liczba zalezy od zalozonej liczby punktów pomiarowych, polaczonych poprzez wielopozycyjny przelacznik 2 z jednym z wejsc róznicowego wzmacniacza 3, którego wyjscie jest sprzezone z tym wejsciem poprzez potencjometr 4. Do wyjscia róznicowego wzmacniacza 3 jest podlaczony miernik 5 napiecia nierównowagi oraz poprzez wylacznik 6 i wielopozycyjny przelacznik 7, zespól pamieci 8, zlozony z pojedynczych ukladów pamieci, w ilosci odpowiadajacej liczbie mostków pomiarowych 1. Kazdy uklad pamieci zawiera tranzystor polowy 9, zbocznikowany kondensatorem 10. Do wyjsc ukladów pamieci bedacych wyjsciami tranzystorów polowych 9 jest podlaczony, poprzez wielopozycyjny przelacznik 11, rezys¬ tancyjny-dzielnik, zlozony z rezystorów 12 i 13, którego drugi koniec jest polaczony z ujemnym biegunem napiecia. Do punktów polaczenia rezystorów 12 i 13 dzielnika jest podlaczone drugie wejscie róznicowego wzmacniacza 3. Uklad jest ponadto wyposazony w mostek kompensacyjny 14 zlozony ze zródla napiecia 15, zasilajacego poprzez rezystory 16 i 17, potencjometr 18, zbocznikowany stabilizatorem napiecia, zawierajacym dwie polaczone szeregowo diody 19 i 20, majace punkt polaczenia podlaczony do masy. Wyjscie potencjometru 18 jest polaczone, poprzez wylacznik 21, z drugim wejsciem róznicowego wzmacniacza 3.Sygnal nierównowagi z wybranego przelacznikiem 2 mostka pomiarowego 1 podaje sie na wejscie róznicowego wzmacniacza 3. Wzmocniony we wzmacniaczu 3 sygnal jest podawany do miernika 5 napiecia oraz przy wlaczonym wylaczniku 6, poprzez przelacznik 7 na jeden z ukladów pamieci zespolu pamieci 8. Sygnal nierównowagi po wzmocnieniu przez tranzystor 9 pamieci wchodzi w przedwfazie, poprzez rezystancyjny dzielnik 12, 13 na drugie wejscie róznicowego wzmacniacza 3 oraz laduje kondensator 10 w ukladzie pamieci.Sygnal wchodzacy na drugie wejscie róznicowego wzmacniacza 3 kompensuje napiecie nierównowagi mostka 1 tak, ze na wyjsciu wzmacniacza 3 pozostaje tylko nieznaczne napiecie niezrównowazenia, niezbedne do wysterowania tranzystora 9 ukladu pamieci. Dzieki zapamietaniu napiecia nierównowagi mostka przez uklad pamieci ma miejsce stale kompensowanie ukladu, pomimo odlaczenia ukladu pamieci od wyjscia róznicowego wzmacniacza 3, przez okres odpowiadajacy stalej czasu ukladu pamieci, co umozliwia wielokrotny pomiar, bez koniecznosci ponownegorównowazenia. / Na fig. 2 jest przedstawiony podstawowy uklad do automatycznego równowazenia mostków pomiarowych zasilanych pradem przemiennym. Sygnal nierównowagi wchodzi z mostka pomiarowego 22 na jedno z wejsc operacyjnego wzmacniacza 23. Na to samo wejscie jest podane z wyjscia wzmacniacza 23 ujemne sprzezenie zwrotne, zrealizowane przez uklad 24 zawierajacy potencjometr 25 wlaczony przy pomiarze oraz równolegly uklad wlaczonych przeciwsobnie diod 26 i 27, wykorzystywany przy wstepnym równowazeniu.. Przelaczanie elementów ukladu 24 sprzezenia zwrotnego odbywa sie przy uzyciu przelaczników 28 i 29. Sygnal wyjsciowy ze wzmacniacza 23 jest podawany na miernik napiecia 30 oraz na dwa identyczne demodulatory fazoczule 31 i 32, przy czym na demodulator 32, poprzez uklad 33 przesuwajacy faze o okolo 90°. Na wyjsciu demodulatora fazoczulego 31 otrzymuje sie sygnal proporcjonalny do rozstrojenia mostka skladowa rzeczywista, a na wyjsciu demodulatora fazoczulego 32, poprzedzonego ukladem 33 przesuwajacym faze, sygnal proporcjonalny do rozstrojenia mostka skladowa urojona.79 756 3.Symetryczne wzgledem masy wyjscia demodulatorów fazoczulych 31 i 32 polaczone sa poprzez przelacz¬ niki 34 i 35 odpowiednio z ukladem pamieci 36 dla skladowej rzeczywistej i ukladem pamieci 37 dla skladowej urojonej. Oba uklady pamieci 36 i 37 sa identyczne i kazdy zawiera po dwa tranzystory typu MOSFET 38,39 oraz 40,41, zapewniajace kompensacje wplywu temperatury. Bramki tranzystorów stanowiace wejscia ukladów pamieci sa polaczone poprzez kondensatory 42—45 pamieci z masa ukladu oraz poprzez kondensatory 46—49, bedace pojemnosciami Millenowskimi, z wyjsciami operacyjnych wzmacniaczy 50 i 51 wlaczonymi odpowiednio na wyjsciu obu ukladów pamieci. Sygnaly z demodulatorów fazoczulych 31 i 32 laduja kondensatory 42-45 pamieci i steruja wlasciwe tranzystory 38—41. Z wyjsc tranzystorów, które spelniaja role przetworników rezystancji, sygnaly wchodza na wzmacniacze operacyjne 50 i 51. Do wyjscia operacyjnego wzmacniacza 50 skladowej rzeczywistej sa dolaczone dwie zarówki 52 i 53, których drugie koncówki sa zasilane napieciem dodatnim. Sygnal proporcjonalny do skladowej rzeczywistej zostaje zamieniony na sygnal swietlny sterujacy odpowiadajace zarówkom fotoelementy 54 i 55 umieszczone na dwóch sasiednich galeziach kompensacyjnego mostka 56. W dwóch pozostalych galeziach mostka 56 sa umieszczone warystory 57 i 58 sterowane, poprzez rezystory 59 i 60 z wyjscia operacyjnego wzmacniacza 51 skladowej urojonej. Do wierzcholka mostka utworzo¬ nego przez fotoelementy 54 i 55, stanowiacego wraz z podlaczonym do masy wierzcholkiem utworzonym w punkcie polaczenia warystorów 57 i 58, wyjscie kompensacyjnego mostka 56, jest podlaczone drugie wejscie operacyjnego wzmacniacza 23. Dwa pozostale wierzcholki mostka sa podlaczone do zródla napiecia przemien¬ nego zasilajacego ten mostek.Wlaczajac przelacznikiem 34 tor kompensacji skladowej rzeczywistej sygnalu niezrównowazenia, uzyskuje sie wysterowanie kompensacyjnego mostka 56 i podanie na drugie wejscie operacyjnego wzmacniacza 23 sygnalu kompensujacego napiecia nierównowagi mostka pomiarowego 22, pochodzace od skladowej rzeczywistej. Skom¬ pensowanie napiecia nierównowagi pochodzacego od skladowej urojonej odbywa sie podobnie przez wlaczenie przelacznikiem 35 toru kompensacji skladowej urojonej, wysterowanie mostka 56, przez zmiane pojemnosci warystorów 57 i 58. Wprowadzenie dodatkowego nieliniowego sprzezenia zwrotnego na diodach 26 i 27 wlaczo¬ nych w szereg z rezystorem 61, nie dopuszcza do przesterowania operacyjnego wzmacniacza 23.Uklad pokazany na fig. 2, pc zastosowaniu dodatkowych ukladów pamieci oraz przelaczników moze podobnie jak uklad do automatycznego równowazenia mostków zasilanych pradem stalym, sluzyc do równowa¬ zenia dowolnej liczby mostków pomiarowych. PL