RU2681431C1 - Relative deformations and temperature measuring device - Google Patents

Relative deformations and temperature measuring device Download PDF

Info

Publication number
RU2681431C1
RU2681431C1 RU2018112531A RU2018112531A RU2681431C1 RU 2681431 C1 RU2681431 C1 RU 2681431C1 RU 2018112531 A RU2018112531 A RU 2018112531A RU 2018112531 A RU2018112531 A RU 2018112531A RU 2681431 C1 RU2681431 C1 RU 2681431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power supply
switch
thermocouples
adc
power
Prior art date
Application number
RU2018112531A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Смирнов
Сергей Владимирович Левин
Владимир Андреевич Белямов
Ринат Назифович Шакиров
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2018112531A priority Critical patent/RU2681431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681431C1 publication Critical patent/RU2681431C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to the measurement equipment, namely, to the relative deformations and temperature measuring means. Device contains included into the Wheatstone bridges located on the test object TO resistance strain gages and thermocouples, switch for the thermocouples connection, the Wheatstone bridges switch, analog-digital converter ADC, personal computer PC, power supply. Additionally, the device is equipped with the power supply unit, the Wheatstone bridges power supply switch, the power supply spark protection barriers unit, the control spark protection barrier, the thermocouples connection spark protection barrier, router, and the optoelectronic relays. Device is made up of two separate hardware modules, the first of which includes connected to the ~220 V mains power supply, which output is connected to the power supply spark protection barriers unit. Power supply spark protection barriers unit outputs are connected to the current collector corresponding contacts first group. First hardware module also includes equipped with the multifunctional card PC, which corresponding outputs are connected to the collector contacts corresponding current second group via the control spark protection barrier, a router interface connected to the PC by the Ethernet interface and by the 802.11b/g/n to included into the second module ADC. Second module also includes: placed on the TO strain gauges and thermocouples, power supply unit, the thermocouples connection spark barrier, the Wheatstone bridges power supply switch, the Wheatstone bridges switch, the optoelectronic relays, the thermocouples connection switch. Current collector contacts first group corresponding response contacts are connected to the ADC power supply input, the power supply input, and to all the switches power supply inputs. Power supply output is connected to the Wheatstone bridges power supply switch corresponding input. Thermocouples connection switch inputs group is connected to the thermocouples leads through the thermocouples connection spark protection barrier, and the thermocouples connection switch output is connected to the ADC temperature measuring channel. Via the three-wire line each strain gauge is connected to the corresponding Wheatstone bridge three-quarters, each of which is made in the form of located on the circuit board three fixed-value resistors of the same as the corresponding strain gauge rated resistance. Wheatstone bridges outputs are connected to the Wheatstone bridges switch corresponding inputs, which output is connected to the ADC relative deformations measuring channel input. Each ADC relative deformations measuring channel positive and negative low-voltage power outputs are connected to each of the Wheatstone bridge corresponding power inputs via the corresponding optoelectronic relays switches, which power outlets are connected to the Wheatstone bridges corresponding power supply outputs, which input is connected to the power supply unit; current collector contacts second group corresponding response contacts are connected to all of the switches control inputs.EFFECT: device enables the relative deformations and the temperatures measurements that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010 "Explosive atmospheres. Part 11.Intrinsically safe electrical circuit i", directly on parts made of explosive materials during inertial tests on the centrifugal installation.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций и температуры при инерционных испытаниях.The invention relates to measuring technique, namely to means for measuring relative deformations and temperature during inertial tests.

Известно устройство для измерения относительных деформаций и температуры, приведенное в описании патента «Устройство для измерения деформаций гибких оболочек летательных аппаратов» RU №2082082, МПК6 G01B 7/18, опубликовано 20.06.1997 г.), содержащее размещенные на объекте испытания (ОИ) тензорезисторы, входящие в состав мостовых схем Уитстона, и термопары, коммутатор для подключения термопар, коммутатор мостов Уитстона, источник питания и устройство сбора данных (аналогово-цифровой преобразователь (АЦП)), персональный компьютер. Измерение относительных деформаций производится при помощи тензорезисторов, измерение температуры - при помощи термопар. Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.A device for measuring relative deformations and temperature is described in the patent description “Device for measuring the deformation of flexible shells of aircraft” RU No. 2082082, IPC6 G01B 7/18, published on 06/20/1997), containing strain gauges located at the test object (OI) included in the Wheatstone bridge circuits, and thermocouples, a switch for connecting thermocouples, a Wheatstone bridge switch, a power source and a data acquisition device (analog-to-digital converter (ADC)), a personal computer. Measurement of relative deformations is carried out using strain gauges, and temperature is measured using thermocouples. This device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore is selected as a prototype.

Недостатками устройства-прототипа являются:The disadvantages of the prototype device are:

- большие габариты, не позволяющие установить устройство в требуемом месте центробежной установки при проведении инерционных испытаний;- large dimensions that do not allow to install the device in the desired location of the centrifugal installation during inertial tests;

- невозможность использования устройства при проведении инерционных испытаний с установкой первичных измерительных преобразователей непосредственно на поверхность деталей из взрывчатых материалов.- the inability to use the device when conducting inertial tests with the installation of primary measuring transducers directly on the surface of parts made of explosive materials.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании многоканального устройства для измерений относительных деформаций и температуры, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010 «Взрывоопасные среды. Часть 11. Искробезопасная электрическая цепь i», датчиками, размещенными на объектах испытаний (ОИ), в том числе содержащих взрывчатые материалы, при инерционных испытаниях на центробежной установке (ЦБУ).The technical problem to be solved by the claimed invention is aimed at creating a multichannel device for measuring relative deformations and temperature, satisfying the requirements of GOST R IEC60079.11-2010 “Explosive atmospheres. Part 11. Intrinsically safe electrical circuit i ”, by sensors located at test objects (OI), including those containing explosive materials, during inertial tests on a centrifugal installation (CBU).

Достигаемый технический результат:Technical result achieved:

- возможность проведения измерений, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010, относительных деформаций и температуры непосредственно на деталях из взрывчатых материалов;- the ability to conduct measurements that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010, relative deformations and temperatures directly on parts made of explosive materials;

- обеспечение многоканальности измерений относительных деформаций и температуры;- providing multi-channel measurements of relative strains and temperatures;

- уменьшенные по сравнению с прототипом габариты.- reduced in comparison with the prototype dimensions.

Технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство для измерения относительных деформаций и температуры, содержащее тензорезисторы, входящие в состав мостов Уитстона, и термопары, размещенные на ОИ, коммутатор для подключения термопар, коммутатор мостов Уитстона, АЦП, персональный компьютер (ПК), источник питания, в отличие от прототипа дополнительно снабжено блоком питания, коммутатором питания мостов Уитстона, блоком искрозащитных барьеров по питанию, искрозащитным барьером по управлению, искрозащитным барьером для подключения термопар, маршрутизатором, оптоэлектронными реле в цепи питания каждого моста Уитстона. Устройство выполнено состоящим из двух отдельных аппаратных модулей, в первый из которых входят подключенные к сети ~220 В источник питания, выход которого соединен с входом блока искрозащитных барьеров по питанию. Выходы блока искрозащитных барьеров по питанию соединены с первой группой соответствующих контактов токосъемника. В состав первого аппаратного модуля также входят ПК, снабженный многофункциональной платой, соответствующие выводы которой соединены через искрозащитный барьер по управлению со второй группой соответствующих контактов токосъемника, маршрутизатор, соединенный интерфейсом Ethernet с ПК и интерфейсом 802.11b/g/n с АЦП, входящим в состав второго модуля, в состав которого также входят тензорезисторы и термопары, блок питания, искрозащитный барьер для подключения термопар, коммутатор питания мостов Уитстона, оптоэлектронные реле; соответствующие ответные контакты первой группы контактов токосъемника соединены с входом питания АЦП, входом блока питания, входами питания всех коммутаторов. Выход блока питания соединен с соответствующим входом коммутатора питания мостов Уитстона. Группа входов коммутатора для подключения термопар соединена с выводами термопар через искрозащитный барьер для подключения термопар, а его выход подключен ко входу канала измерения температуры АЦП. Каждый тензорезистор подключен по трехпроводной линии к трем четвертям соответствующего моста Уитстона, каждые из которых выполнены в виде трех постоянных резисторов, расположенных на плате, одинакового с соответствующим тензорезистором номинального сопротивления; выходы мостов Уитстона подключены к соответствующим входам коммутатора мостов Уитстона, выход которого соединен с входом соответствующего канала измерения относительных деформаций АЦП. Положительный и отрицательный выводы низковольтного питания каждого канала измерения относительных деформаций АЦП подключены к соответствующим выводам питания каждого моста Уитстона через ключи соответствующих оптоэлектронных реле, выводы питания которых подключены к соответствующим выводам коммутатора питания мостов Уитстона, вход которого подключен к блоку питания, соответствующие ответные контакты второй группы контактов токосъемника соединены с входами управления всех коммутаторов.The technical result is achieved due to the fact that the inventive device for measuring relative deformations and temperatures, containing strain gages included in the Wheatstone bridges, and thermocouples located on the OI, a switch for connecting thermocouples, a switch bridge Wheatstone bridges, ADC, personal computer (PC), the power supply, in contrast to the prototype, is additionally equipped with a power supply unit, Wheatstone bridge power switch, spark protection supply block, spark protection control barrier, spark protection barrier m for connection of thermocouples, a router, optoelectronic relay in the power circuit of each of the Wheatstone bridge. The device is made up of two separate hardware modules, the first of which includes a ~ 220 V power source connected to the network, the output of which is connected to the input of the block of spark protection barriers for power supply. The outputs of the block of spark protection supply barriers are connected to the first group of corresponding current collector contacts. The first hardware module also includes a PC equipped with a multifunction board, the corresponding terminals of which are connected through the spark protection barrier to control a second group of corresponding current collector contacts, a router connected by an Ethernet interface to a PC and an 802.11b / g / n interface with an ADC included the second module, which also includes strain gages and thermocouples, a power supply, an intrinsic barrier to connect thermocouples, a Wheatstone bridge power switch, optoelectronic relays; the corresponding response contacts of the first group of current collector contacts are connected to the ADC power input, the power supply input, the power inputs of all switches. The output of the power supply is connected to the corresponding input of the Wheatstone bridge power switch. The group of inputs of the switch for connecting thermocouples is connected to the terminals of the thermocouples through an intrinsically safe barrier for connecting thermocouples, and its output is connected to the input of the channel for measuring the temperature of the ADC. Each strain gauge is connected via a three-wire line to three quarters of the corresponding Wheatstone bridge, each of which is made in the form of three constant resistors located on the board, identical with the corresponding resistance resistor of the nominal resistance; the outputs of the Wheatstone bridges are connected to the corresponding inputs of the Wheatstone bridge switch, the output of which is connected to the input of the corresponding channel for measuring the relative deformations of the ADC. The positive and negative conclusions of the low-voltage power supply of each channel for measuring the relative deformations of the ADC are connected to the corresponding power terminals of each Wheatstone bridge through the keys of the corresponding optoelectronic relays, the power terminals of which are connected to the corresponding terminals of the Wheatstone bridge power switch, the input of which is connected to the power supply, the corresponding response contacts of the second group the current collector contacts are connected to the control inputs of all switches.

Введение в состав заявляемого устройства блока искрозащитных барьеров по питанию, искрозащитного барьера по управлению, искрозащитного барьера для подключения термопар, а также коммутатора питания мостов Уитстона, коммутатора мостов Уитстона и коммутатора для подключения термопар позволяет проводить измерения, удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010, относительных деформаций и температуры непосредственно на деталях из взрывчатых материалов по требуемому числу измерительных каналов относительных деформаций и температуры (относительных деформаций - по сорока восьми каналам, а температуры - по восьми измерительным каналам) и изготовить устройство с уменьшенными по сравнению с прототипом габаритами.The introduction of the inventive device block spark barriers for supply, spark barriers for control, spark barriers for connecting thermocouples, as well as the power switch Wheatstone bridges, switch Wheatstone bridges and switch for connecting thermocouples allows measurements that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010 , relative deformations and temperature directly on parts of explosive materials according to the required number of measuring channels of relative deformations and temperature (from deformation - in forty-eight channels, and temperature - in eight measuring channels) and make a device with reduced dimensions compared with the prototype.

Напряжение питания (12~14 В) к АЦП, коммутаторам и блоку питания поступает через блок искрозащитных барьеров по питанию и первую группу соответствующих контактов токосъемника. Максимальное входное напряжение может составить 250 В при выходе из строя источника питания. При попадании данного напряжения на соответствующий барьер обеспечивается стабилизация выходного напряжения барьера на уровне, не превышающем 15,48 В, до момента разрыва цепей питания предохранителями, входящими в состав блока искрозащитных барьеров по питанию. Таким образом, обеспечивается соответствие заявляемого устройства требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010 при переходе на его линии питания напряжения сети 250 В.The supply voltage (12 ~ 14 V) to the ADC, switches, and the power supply unit comes through the block of spark protection barriers for power supply and the first group of corresponding current collector contacts. The maximum input voltage can be 250 V in case of failure of the power source. If this voltage reaches the corresponding barrier, the output voltage of the barrier is stabilized at a level not exceeding 15.48 V, until the power supply circuit breaks with the fuses included in the block of spark protection barriers for power supply. Thus, the claimed device is compliant with the requirements of GOST R IEC60079.11-2010 when the voltage of the mains voltage of 250 V is switched to its power line.

Сигналы управления (TTL) поступают к коммутаторам через искрозащитный барьер по управлению. Максимальное входное напряжение на данном барьере может составить 250 В при выходе из строя ПК и многофункциональной платы. При попадании данного напряжения на барьер происходит стабилизация выходного напряжения барьера на уровне, не превышающем 7,87 В, до момента разрыва цепи предохранителем. Таким образом, обеспечивается соответствие заявляемого устройства ГОСТ Р МЭК60079.11-2010 при переходе на его линии управления напряжения сети 250 В.Control Signals (TTL) arrive at the switches through an intrinsically safe control barrier. The maximum input voltage at this barrier can be 250 V in case of failure of the PC and multifunction board. When this voltage enters the barrier, the output voltage of the barrier stabilizes at a level not exceeding 7.87 V, until the circuit breaks with a fuse. Thus, it ensures compliance with the claimed device GOST R IEC60079.11-2010 when switching to its control line voltage of 250 V.

Применение в цепи питания каждого моста Уитстона оптоэлектронных реле позволило осуществить гальваническую развязку мостов по питанию.The use of optoelectronic relays in the power circuit of each Wheatstone bridge allowed galvanic isolation of the power bridges.

Подключение термопар (уровень сигнала ±15 мВ) к АЦП осуществляется через искрозащитный барьер для подключения термопар. Максимальное входное напряжение на данном барьере может составить 15,48 В при выходе из строя АЦП. При попадании данного напряжения на барьер происходит ограничение тока в цепях подключения термопар до значений, удовлетворяющих требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010, до момента разрыва цепей предохранителями.Thermocouples (signal level ± 15 mV) are connected to the ADC through an intrinsically safe barrier to connect thermocouples. The maximum input voltage at this barrier can be 15.48 V when the ADC fails. When this voltage gets to the barrier, the current in the thermocouple connection circuits is limited to values that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010, until the circuit breaks with fuses.

Выполнение устройства состоящим из двух отдельных аппаратных модулей, применение интерфейса 802.11b/g/n (беспроводного канала связи), использование коммутаторов для подключения первичных измерительных преобразователей (тензорезисторов и термопар) к АЦП позволяет использовать АЦП с меньшим числом измерительных каналов и, как следствие, с меньшими геометрическими размерами.The implementation of the device consisting of two separate hardware modules, the use of the 802.11b / g / n interface (wireless communication channel), the use of switches for connecting primary measuring transducers (strain gauges and thermocouples) to the ADC allows the use of an ADC with a smaller number of measuring channels and, as a result, with smaller geometric dimensions.

Применение беспроводного канала связи позволяет использовать АЦП с высокой скоростью опроса датчиков без организации искрозащиты интерфейса между АЦП и ПК.The use of a wireless communication channel allows the use of an ADC with a high speed of polling sensors without organizing spark protection of the interface between the ADC and the PC.

Таким образом, новая совокупность существенных признаков заявляемого устройства позволяет проводить измерения относительных деформаций и температуры, удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010, непосредственно на деталях из взрывчатых материалов, по требуемому числу измерительных каналов относительных деформаций и температуры.Thus, a new set of essential features of the claimed device allows the measurement of relative deformations and temperatures that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010, directly on parts made of explosive materials, according to the required number of measuring channels of relative deformations and temperature.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 - изображена схема заявляемого устройства для измерения относительных деформаций и температуры. На фиг. 2 - показана цепь питания моста Уитстона через оптоэлектронные реле.The invention is illustrated by figures. In FIG. 1 - shows a diagram of the inventive device for measuring relative deformation and temperature. In FIG. 2 - shows the power circuit of the Wheatstone bridge through optoelectronic relays.

Устройство для измерения относительных деформаций и температуры содержит тензорезисторы 1, входящие в состав мостов 2 Уитстона, и термопары 3, размещенные на ОИ, размещенном на вращающейся части центробежной установки (на фиг. не показано), коммутатор 4 для подключения термопар, коммутатор 5 мостов Уитстона, АЦП 6, ПК 7, источник 8 питания, блок 9 питания, коммутатор 10 питания мостов Уитстона; блок 11 искрозащитных барьеров по питанию, искрозащитный барьер по управлению 12, искрозащитный барьер 13 для подключения термопар; маршрутизатор 14, оптоэлектронные реле 15.The device for measuring relative deformations and temperatures contains strain gages 1 included in Wheatstone bridges 2, and thermocouples 3 located on the UI located on the rotating part of the centrifugal installation (not shown in Fig.), Switch 4 for connecting thermocouples, switch 5 of Wheatstone bridges , ADC 6, PC 7, power supply 8, power supply 9, switch 10 power Wheatstone bridges; block 11 of the spark-proof power supply barriers, spark-control barrier 12, spark-proof barrier 13 for connecting thermocouples; router 14, optoelectronic relays 15.

Устройство выполнено состоящим из двух отдельных аппаратных модулей, в первый из которых входят подключенные к сети ~220 В источник 8 питания, выход которого соединен с входом блока 11 искрозащитных барьеров по питанию, выходы которого соединены с первой группой соответствующих контактов токосъемника 16 (в данном примере используется токосъемник, входящий в состав ЦБУ), ПК 7, снабженный многофункциональной платой 17, соответствующие выходы которой соединены через искрозащитный барьер 12 по управлению со второй группой соответствующих контактов токосъемника 16, маршрутизатор 14, соединенный интерфейсом 18 Ethernet с ПК 7 и интерфейсом 20 802.11b/g/n с соответствующим входом АЦП 6, входящим в состав второго модуля, в состав которого также входят блок 9 питания, размещенные на ОИ тензорезисторы 1, входящие в состав мостов 2 Уитстона, и термопары 3, искрозащитный барьер 13 для подключения термопар, коммутатор 4 для подключения термопар, коммутатор 10 питания мостов Уитстона, коммутатор 5 мостов Уитстона, оптоэлектронные реле 15 (например К449КП1АР в пластмассовом 4-х выводном dip-корпусе).The device is made up of two separate hardware modules, the first of which includes a power source 8 connected to the network ~ 220 V, the output of which is connected to the input of the block 11 of the spark protection supply barriers, the outputs of which are connected to the first group of corresponding contacts of the current collector 16 (in this example a current collector is used, which is part of the central control unit), PC 7, equipped with a multifunction board 17, the corresponding outputs of which are connected through an intrinsic barrier 12 to control a second group of corresponding contacts of the current collector 16, the router 14, connected by an Ethernet interface 18 with a PC 7 and an 802.11b / g / n interface 20 with the corresponding ADC input 6, which is part of the second module, which also includes a power supply unit 9, which are located on the OI strain gages 1, included in Wheatstone bridges 2, and thermocouples 3, an intrinsic barrier 13 for connecting thermocouples, switch 4 for connecting thermocouples, switch 10 for power supply of Wheatstone bridges, switch 5 of Wheatstone bridges, optoelectronic relays 15 (for example K449KP1AR in a plastic 4-pin dip-case )

Соответствующие ответные контакты первой труппы контактов токосъемника 16 соединены с входом питания АЦП 6, входом блока 9 питания, соответствующим входом питания всех коммутаторов.The corresponding response contacts of the first trolley of contacts of the current collector 16 are connected to the input of the ADC 6, the input of the power unit 9, the corresponding power input of all switches.

Выход блока 9 питания соединен с соответствующим входом коммутатора 10 питания мостов Уитстона.The output of the power supply unit 9 is connected to the corresponding input of the Wheatstone bridge power switch 10.

Группа входов коммутатора 4 для подключения термопар соединена с выводами термопар 3 (Тп1…Тп8) через искрозащитный барьер 13 для подключения термопар, а его выход подключен к каналу измерения температуры АЦП 6.The group of inputs of the switch 4 for connecting thermocouples is connected to the terminals of thermocouples 3 (TP1 ... TP8) through the spark-proof barrier 13 for connecting thermocouples, and its output is connected to the temperature measuring channel of the ADC 6.

Каждый тензорезистор 1 (Тр1…Тр24) подключен по трехпроводной линии к трем четвертям соответствующего моста 2 Уитстона, каждые из которых выполнены в виде трех постоянных резисторов одинакового с соответствующим тензорезистором 1 номинального сопротивления. Соответствующие три четверти моста 2 Уитстона для каждого тензорезистора 1 (Tp1…Тр24) расположены на плате 19.Each strain gauge 1 (Tr1 ... Tr24) is connected via a three-wire line to three quarters of the corresponding Wheatstone bridge 2, each of which is made in the form of three constant resistors of the same nominal resistance. The corresponding three quarters of Wheatstone Bridge 2 for each strain gauge 1 (Tp1 ... Tr24) are located on the board 19.

Группа выходов мостов 2 Уитстона подключена к соответствующей группе входов коммутатора 5 мостов Уитстона, выход которого соединен с соответствующим каналом измерения относительных деформаций АЦП 6. Положительный и отрицательный выводы низковольтного питания каждого канала измерения относительных деформаций АЦП 6 подключены к соответствующим выводам питания каждого моста 2 Уитстона через ключи соответствующих оптоэлектронных реле 15, выводы питания которых подключены к соответствующим выводам коммутатора 10 питания мостов Уитстона.The group of outputs of Wheatstone bridges 2 is connected to the corresponding group of inputs of the switch 5 of Wheatstone bridges, the output of which is connected to the corresponding channel for measuring the relative deformations of the ADC 6. The positive and negative terminals of the low-voltage power supply for each channel for measuring the relative deformations of the ADC 6 are connected to the corresponding terminals of the power supply for each bridge 2 of the Wheatstone the keys of the corresponding optoelectronic relays 15, the power leads of which are connected to the corresponding terminals of the switch 10 power Wheatstone bridges.

Применение в цепи питания каждого моста 2 Уитстона оптоэлектронных реле 15 позволило осуществить гальваническую развязку мостов по питанию.The use of optoelectronic relays 15 in the power circuit of each Wheatstone bridge 2 allowed galvanic isolation of the power bridges.

Для обеспечения требований искрозащиты в коммутаторе 10 питания мостов Уитстона, коммутаторе 4 для подключения термопар и коммутаторе 5 мостов Уитстона реализована гальваническая развязка по питанию.To ensure spark protection requirements, Wheatstone bridges switch 10, switch 4 for connecting thermocouples and Wheatstone bridges switch 5 have galvanic isolation.

Соответствующие ответные контакты второй группы контактов токосъемника 16 соединены с входами управления всех коммутаторов 4, 5, 10.The corresponding response contacts of the second group of current collector contacts 16 are connected to the control inputs of all switches 4, 5, 10.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.

Для измерения относительных деформаций и температуры непосредственно на деталях из взрывчатых материалов при проведении инерционных испытаний на центробежной установке аппаратные модули устройства располагаются в двух помещениях. Первый аппаратный модуль заявляемого устройства (источник 8 питания, компоненты, отвечающие за искрозащиту (искрозащитный барьер 12 по управлению, блок 11 искрозащитных барьеров по питанию), маршрутизатор 14, а также ПК 7 располагаются в помещении над вращающейся частью ЦБУ (внешнее помещение).To measure relative deformations and temperatures directly on parts made of explosive materials during inertial tests on a centrifugal installation, the device’s hardware modules are located in two rooms. The first hardware module of the claimed device (power supply 8, components responsible for spark protection (spark protection barrier 12 for control, block 11 of the spark protection power supply), router 14, as well as PC 7 are located in the room above the rotating part of the CPU (external room).

Питание располагаемого на вращающейся части ЦБУ второго аппаратного модуля заявляемого устройства осуществляется от источника 8 питания через блок 11 искрозащитных барьеров по питанию и первую группу соответствующих контактов токосъемника 16 ЦБУ.The power of the second hardware module of the inventive device located on the rotating part of the central control unit is provided from the power supply 8 through the block 11 of the spark protection barriers for power supply and the first group of corresponding contacts of the current collector 16 of the central control unit.

Управление располагаемыми на вращающейся части ЦБУ коммутаторами 4, 5, 10 осуществляется от многофункциональной платы 17 через искрозащитный барьер 12 по управлению и вторую группу соответствующих контактов токосъемника 16 ЦБУ.The switches 4, 5, 10 located on the rotating part of the central control unit are controlled from the multifunction board 17 through the spark protection barrier 12 for control and the second group of corresponding contacts of the current collector 16 of the central control unit.

Для организации интерфейса между ПК 7 и АЦП 6 для обеспечения искробезопасности цепей интерфейса используется беспроводной канал связи (стандарт 802.11b/g/n, 2,4 ГГц).To organize the interface between PC 7 and ADC 6, to ensure intrinsic safety of the interface circuits, a wireless communication channel is used (standard 802.11b / g / n, 2.4 GHz).

Для регистрации требуемых параметров используется малогабаритный АЦП 6 (например, NI 9219), имеющий встроенный беспроводной канал связи с маршрутизатором 14.To register the required parameters, a small-sized ADC 6 (for example, NI 9219) is used, which has an integrated wireless communication channel with router 14.

1. Измерение относительных деформаций1. Measurement of relative strains

Измерение относительных деформаций осуществляется мостовым методом. Для измерения относительных деформаций могут быть использованы два измерительных канала АЦП 6. В этом случае каждый канал оснащается двумя двухсторонними коммутаторами: коммутатором 5 мостов Уитстона и коммутатором 10 питания мостов Уитстона.The measurement of relative strains is carried out by the bridge method. To measure relative strains, two ADC measuring channels can be used 6. In this case, each channel is equipped with two two-way switches: switch 5 of Wheatstone bridges and switch 10 of power supply of Wheatstone bridges.

Питание мостов 2 осуществляется при помощи коммутатора 10 питания мостов Уитстона, блока питания 9 и оптоэлектронных реле 15.Power supply to the bridges 2 is carried out using the switch 10 power supply Wheatstone bridges, power supply 9 and optoelectronic relays 15.

Блок питания 9 предназначен для преобразования напряжения 12~14 В, поступающего на его вход, в напряжение +2 В, необходимое для включения оптоэлектронных реле 15.The power supply 9 is designed to convert a voltage of 12 ~ 14 V, supplied to its input, into a voltage of +2 V, necessary to turn on the optoelectronic relay 15.

Оптоэлектронные реле 15 осуществляют коммутацию низковольтного напряжения от канала измерения относительных деформаций АЦП 6 на двадцать четыре моста 2 Уитстона, а также гальваническую развязку мостов по питанию. На каждый мост используются два оптоэлектронных реле 15, расположенных в цепи питания моста, как показано на фиг. 1, 2.The optoelectronic relays 15 carry out low-voltage voltage switching from the channel for measuring the relative deformations of the ADC 6 to twenty-four Wheatstone bridges 2, as well as galvanic isolation of the power bridges. Two optoelectronic relays 15 are used on each bridge, located in the bridge power circuit, as shown in FIG. 12.

Коммутатор 10 питания мостов Уитстона (см. фиг. 1) используется для коммутации напряжения питания от блока 9 питания на соответствующую каждому мосту 2 пару оптоэлектронных реле 15. Низковольтное напряжение питания (2,5 В) от канала измерения относительных деформаций АЦП 6 поступает одновременно на ключи (входы) всех двадцати четырех пар оптоэлектронных реле 15. В зависимости от состояния, коммутатор 10 запитывает только одну соответствующую пару оптоэлектронных реле 15, следовательно в один момент времени низковольтное питание от канала АЦП 6 поступает только на один мост 2 Уитстона из двадцати четырех.The Wheatstone bridge power switch 10 (see Fig. 1) is used to switch the supply voltage from the power supply unit 9 to a pair of optoelectronic relays 15 corresponding to each bridge 2. The low-voltage supply voltage (2.5 V) from the channel for measuring relative deformations of the ADC 6 is supplied simultaneously the keys (inputs) of all twenty-four pairs of optoelectronic relays 15. Depending on the state, the switch 10 supplies only one corresponding pair of optoelectronic relays 15, therefore, at one point in time, low-voltage power from the ADC channel 6 Tupa only one bridge Wheatstone 2 of twenty-four.

Коммутатор 5 мостов Уитстона (см. фиг. 1) используется для коммутации напряжения разбаланса двадцати четырех мостов 2 на один канал АЦП 6. В зависимости от состояния, коммутатор подключает к АЦП 6 только один выход мостов 2 из двадцати четырех.The Wheatstone bridge switch 5 (see FIG. 1) is used to switch the unbalance voltage of twenty-four bridges 2 to one ADC channel 6. Depending on the state, the switch connects only one bridge output 2 out of twenty-four to the ADC 6.

Переключение каналов коммутаторов 4, 5 и 10 осуществляется многофункциональной платой 17 (по семи линиям дискретного входа), установленной в ПК 7, через искрозащитный барьер 12 по управлению и вторую группу контактов токосъемника 16 ЦБУ.Switching channels of the switches 4, 5 and 10 is carried out by a multifunction board 17 (along seven discrete input lines) installed in PC 7, through the spark protection barrier 12 for control and the second group of contacts of the current collector 16 of the CPU.

Подключение тензорезисторов 1 к мостам 2 Уитстона осуществляется по четверть-мостовой схеме (три четверти моста - три резистора номиналом сопротивления аналогичного сопротивлению соответствующего тензорезистора 1 (Tp1…Тр24)).The connection of strain gages 1 to Wheatstone bridges 2 is carried out according to a quarter-bridge circuit (three quarters of the bridge - three resistors with a nominal value of resistance similar to the resistance of the corresponding strain gage 1 (Tp1 ... Tr24)).

Заявляемое устройство позволяет реализовать сорок восемь каналов измерения относительных деформаций на основе двух каналов измерения относительных деформаций АЦП 6.The inventive device allows you to implement forty-eight channels for measuring relative strains based on two channels for measuring the relative strains of the ADC 6.

2. Измерение температуры2. Temperature measurement

Для измерения температуры в АЦП 6 используется один измерительный канал, к которому при помощи коммутатора 4 для подключения термопар (см. фиг. 1) подключаются восемь термопар 3 через искрозащитный барьер 13 для подключения термопар для обеспечения соответствия требованиям ГОСТ Р МЭК 60079.11-2010.To measure the temperature in the ADC 6, one measuring channel is used, to which eight thermocouples 3 are connected via the switch 4 for connecting thermocouples (see Fig. 1) through the spark-proof barrier 13 to connect thermocouples to ensure compliance with the requirements of GOST R IEC 60079.11-2010.

Переключение каналов коммутатора 4 осуществляется многофункциональной платой 17 (по семи линиям дискретного входа), установленной в ПК 7, через искрозащитный барьер 12 по управлению (см. фиг. 1) и вторую группу контактов токосъемника 16 ЦБУ.Switching channels of the switch 4 is carried out by a multifunction board 17 (along seven discrete input lines) installed in the PC 7, through the spark protection barrier 12 for control (see Fig. 1) and the second group of contacts of the current collector 16 of the CPU.

Заявляемое многоканальное устройство имеет меньшие габариты по сравнению с прототипом, обеспечивает измерения относительных деформаций и температуры, удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р МЭК60079.11-2010, непосредственно на деталях из взрывчатых материалов при инерционных испытаниях на центробежной установке.The inventive multi-channel device has smaller dimensions compared to the prototype, provides measurements of relative strains and temperatures that meet the requirements of GOST R IEC60079.11-2010, directly on parts of explosive materials during inertial tests on a centrifugal installation.

Claims (1)

Устройство для измерения относительных деформаций и температуры, содержащее входящие в состав мостов Уитстона тензорезисторы и термопары, размещенные на объекте испытания (ОИ); коммутатор для подключения термопар, коммутатор мостов Уитстона, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), персональный компьютер (ПК), источник питания, отличающееся тем, что дополнительно снабжено блоком питания, коммутатором питания мостов Уитстона, блоком искрозащитных барьеров по питанию, искрозащитным барьером по управлению, искрозащитным барьером для подключения термопар, маршрутизатором, оптоэлектронными реле; устройство выполнено состоящим из двух отдельных аппаратных модулей, в первый из которых входят подключенные к сети ~220 В источник питания, выход которого соединен с входом блока искрозащитных барьеров по питанию, выходы которого соединены с первой группой соответствующих контактов токосъемника, ПК, снабженный многофункциональной платой, соответствующие выходы которой соединены через искрозащитный барьер по управлению со второй группой соответствующих контактов токосъемника, маршрутизатор, соединенный интерфейсом Ethernet с ПК и интерфейсом 802.1 lb/g/n с АЦП, входящим в состав второго модуля, в состав которого также входят блок питания, тензорезисторы и термопары, искрозащитный барьер для подключения термопар, коммутатор питания мостов Уитстона, коммутатор мостов Уитстона, оптоэлектронные реле, коммутатор для подключения термопар; соответствующие ответные контакты первой группы контактов токосъемника соединены с входом питания АЦП, входом блока питания, входами питания всех коммутаторов, выход блока питания соединен с соответствующим входом коммутатора питания мостов Уитстона; группа входов коммутатора для подключения термопар соединена с выводами термопар через искрозащитный барьер для подключения термопар, а выход коммутатора для подключения термопар подключен к каналу измерения температуры АЦП; каждый тензорезистор подключен по трехпроводной линии к трем четвертям соответствующего моста Уитстона, каждые из которых выполнены в виде расположенных на плате трех постоянных резисторов одинакового с соответствующим тензорезистором номинального сопротивления, выходы мостов Уитстона подключены к соответствующим входам коммутатора мостов Уитстона, выход которого соединен с входом соответствующего канала измерения относительных деформаций АЦП; положительный и отрицательный выводы низковольтного питания каждого канала измерения относительных деформаций АЦП подключены к соответствующим выходам питания каждого моста Уитстона через ключи соответствующих оптоэлектронных реле, выводы питания которых подключены к соответствующим выходам коммутатора питания мостов Уитстона, вход которого подключен к блоку питания; соответствующие ответные контакты второй группы контактов токосъемника соединены с входами управления всех коммутаторов.A device for measuring relative deformations and temperature, containing strain gauges and thermocouples included in the Wheatstone bridges located at the test object (OI); thermocouple switch, Wheatstone bridge switch, analog-to-digital converter (ADC), personal computer (PC), power supply, characterized in that it is additionally equipped with a power supply unit, Wheatstone bridge power switch, block of spark-proof power barriers, spark-proof control barrier , an intrinsically safe barrier for connecting thermocouples, a router, optoelectronic relays; the device is made up of two separate hardware modules, the first of which includes a ~ 220 V power source connected to the network, the output of which is connected to the input of the block of spark-proof barriers for power supply, the outputs of which are connected to the first group of corresponding current collector contacts, a PC equipped with a multifunction board, the corresponding outputs of which are connected via an intrinsically safe control barrier to a second group of corresponding current collector contacts, a router connected via an Ethernet interface to a PC and an interface 802.1 lb / g / n with ADC, which is part of the second module, which also includes a power supply, strain gages and thermocouples, an intrinsic barrier for connecting thermocouples, a Wheatstone bridge power switch, Wheatstone bridge switch, optoelectronic relays, a switch for connecting thermocouples ; the corresponding response contacts of the first group of current collector contacts are connected to the ADC power input, the power supply input, power inputs of all the switches, the power supply output is connected to the corresponding input of the Wheatstone bridges power switch; the group of inputs of the switch for connecting thermocouples is connected to the terminals of the thermocouples through an intrinsically safe barrier for connecting thermocouples, and the output of the switch for connecting thermocouples is connected to the channel for measuring the temperature of the ADC; each strain gauge is connected through a three-wire line to three quarters of the corresponding Wheatstone bridge, each of which is arranged in the form of three constant resistors of the same nominal resistance as the corresponding strain gauge, the outputs of the Wheatstone bridges are connected to the corresponding inputs of the Wheatstone bridge commutator, the output of which is connected to the input of the corresponding channel measurement of relative deformations of the ADC; the positive and negative conclusions of the low-voltage power supply of each channel for measuring the relative deformations of the ADC are connected to the corresponding power outputs of each Wheatstone bridge through the keys of the corresponding optoelectronic relays, the power leads of which are connected to the corresponding outputs of the Wheatstone bridge power switch, the input of which is connected to the power supply; the corresponding response contacts of the second group of current collector contacts are connected to the control inputs of all the switches.
RU2018112531A 2018-04-06 2018-04-06 Relative deformations and temperature measuring device RU2681431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112531A RU2681431C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Relative deformations and temperature measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112531A RU2681431C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Relative deformations and temperature measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681431C1 true RU2681431C1 (en) 2019-03-06

Family

ID=65632796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112531A RU2681431C1 (en) 2018-04-06 2018-04-06 Relative deformations and temperature measuring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681431C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU238853A1 (en) * А. М. Вергилес Московский институт электронного машиностроени DEVICE FOR MEASURING DEFORMATIONS AND TEMPERATURES
SU585412A1 (en) * 1976-04-26 1977-12-25 Предприятие П/Я В-2504 Device for measuring static deformations at varying temperatures
DE2631199A1 (en) * 1976-07-10 1978-01-19 Daimler Benz Ag Measuring length changes of sample - by placing strain gauge on sample and another on piece of same material for temp. compensation
SU624109A1 (en) * 1976-12-27 1978-09-15 Предприятие П/Я В-8117 Multipurpose measuring arrangement
SU1303851A1 (en) * 1985-06-21 1987-04-15 Институт технической теплофизики АН УССР Device for measuring temperature and strain
RU2082082C1 (en) * 1994-09-08 1997-06-20 Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles
JP2007240378A (en) * 2006-03-09 2007-09-20 Tokyo Sokki Kenkyusho Co Ltd Strain/temperature measurement method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU238853A1 (en) * А. М. Вергилес Московский институт электронного машиностроени DEVICE FOR MEASURING DEFORMATIONS AND TEMPERATURES
SU585412A1 (en) * 1976-04-26 1977-12-25 Предприятие П/Я В-2504 Device for measuring static deformations at varying temperatures
DE2631199A1 (en) * 1976-07-10 1978-01-19 Daimler Benz Ag Measuring length changes of sample - by placing strain gauge on sample and another on piece of same material for temp. compensation
SU624109A1 (en) * 1976-12-27 1978-09-15 Предприятие П/Я В-8117 Multipurpose measuring arrangement
SU1303851A1 (en) * 1985-06-21 1987-04-15 Институт технической теплофизики АН УССР Device for measuring temperature and strain
RU2082082C1 (en) * 1994-09-08 1997-06-20 Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского Device measuring deformations of flexible envelopes of flying vehicles
JP2007240378A (en) * 2006-03-09 2007-09-20 Tokyo Sokki Kenkyusho Co Ltd Strain/temperature measurement method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4679571B2 (en) Equipment with automotive fuses and analog / digital converters
CN109854414B (en) Safety ignition mechanism unit tester
RU2613130C1 (en) Automated equipment monitoring device for electric substation
EP2527854B1 (en) Systems and methods for determining electrical faults
WO2018192434A1 (en) Detection circuit and detection method for insulation resistance of dc power supply system
CN101231308B (en) High-voltage insulated modular connection system with current and voltage detector
WO2016011897A1 (en) Method and apparatus for detecting abnormal electrical connection in main circuit of switching device
CN112083309B (en) Intelligent test system and method for memory plate
RU2681431C1 (en) Relative deformations and temperature measuring device
GB2465068A (en) Testing circuit breaker contact deterioration
CN208488188U (en) Multichannel temperature sensor detecting device applied to nuclear power station
RU2620895C1 (en) Signal simulator of strain gauge bridge sensors
US2481500A (en) Electrical measuring instrument and circuits therefor
CN104620087A (en) Multiwire measuring device for detecting a defective, temperature-dependent resistance sensor
RU174411U1 (en) DIGITAL CURRENT AND VOLTAGE TRANSFORMER
US10393593B2 (en) Measuring arrangement comprising first and second pairs of thermowires
CN102662098A (en) Method for measuring high voltage and high resistance by means of ratio overlaying
CN109459617B (en) Method for measuring resistance of grounding loop of intelligent grounding early warning device in power test
CN201984107U (en) Measuring device of desired short circuit current
CN109141495A (en) Sensor interface apparatus
CN108318751B (en) Board card for instrument test
CN112229536A (en) Method for measuring temperature of terminal block of electric energy meter
CN217879465U (en) Temperature channel response time detection system for nuclear reactor protection system
US2339116A (en) Temperature measuring apparatus
SU391578A1 (en) DEVICE FOR ELECTRICAL MODELING OF TARIATING THRESHEADING SENSORS