SU917101A2 - Цифровой многоточечный тензометрический мост - Google Patents

Description

I

1 Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при измерении как статических, так и динамических деформаций.

По основному авт.св. №б91765 известен цифровой многоточечный тензометрический мост, используемый дл  измерени  деформаций с применением тензорезисторов в качестве первичных преобразователей. Это устройство содержит мостовую схему, одно плечо которой образовано тензорезистором , включаемым в плечо через коммутатор , а три плеча образованы , посто нными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительного блоков подключены параллельно Одному посто нному резистору, а цифровые проводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно

второму посто нную резистору, обща  точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нульоргана , источник питани , включенный в диагональ, нуль-орган, первый вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи, включенный между регистрами дополни10 тельных цифровых блоков, блок управлени , соединенный с выходом нульоргана и с управл ющими входами переключател , регистров и блока пере ,записи

15

Недостатком известного устройства  вл ютс  ограниченные функциональные возможности, так как оно обеспечивает измерение лишь статических дефор20 маций, при непрерывно измен ющихс  т.е. динамических деформаци х, в частности при знакопеременных, с определенной амплитудой и частотой, деформаци х известное устройство меработоспособно . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей путем обеспечени  измерени  динамических деформаций. Указанна  цель достигаетс  тем, что цифровой многоточечный тензометрический мост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой образо вано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а три плеча образованы пост9 нными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительного блоков подключены параллель но одному посто нному резистору а цифровые проводимости вторых основно го и дополнительного блоков - параллельно второму посто нному резистору обща  точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нуль-органа, источник питани , включенный в диагональ нуль-органа, первый вход которого соедине1Н с первой вершиной измерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи , включенный между регистрами дополнительных цифровых блоков, блок управлени , соединенный с выходом нуль-органа и с управл ющими входами переключател , регистров и блока перезаписи, снабжай усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последбвательно соединенные усилитель переменного напр жени  вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напр жени  в посто нное , преобразователь напр жениечастота и реверсивный счетчик, ключом , включенным между вершиной мосто вой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового б/ ЪкалВходы регистра которого подк пючены к выходам реверсивного счетчика , при этом управл ющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежной 8 тензорезистором, а управл ющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключател  соединены с блоком управлени . Кроме того, усилитель переменного напр жени  выполнен частотноизбирательным , а цифрова  проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием Я -т;Г где N - код регистра первого основного цифрового узла) суммарна  проводимость разр дов , включенных в соответствии с кодом, проводимость посто нного резистора мостовой схемы. На чертеже изображена структурна  схема устройства. Устройство содержит тензорезистор 1, три посто нных резистора 2-k, образующих пассивные плечи моста, источник 5 питани , нуль-орган 6, со- единенные провода 7-9. коммутатор 10, обеспечивающий поочередный опрос всех измерительных точек, переключатель t1, измен ющий точку подключени  входа нуль-органа 6 к первой вершине моста, два основных цифровых блока, один из которых образован цифровой проводимостью 12 и регистром 13 а второй - цифровой проводимостью 14 и регистром 15 Два дополнительных цифровых блока, образованных цифровыми проводимост ми 16 и 17 и регистрами 18 и 19, блок 20 перезаписи, включенные между регистрами 18 и 19, последовательно соединенные усилитель 21 переменного напр жени , вход которого через переключатель 22 соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь 23 переменного напр жени  в посто нное, преобразователь 2k напр жение-частота и реверсивный счетчик 25. Одна вершина цифровой проводимости 12 подключена к мостовой схеме через ключ 26, управл ющий вход которого через формирователь 27 .св зан с первой вершиной 28 измерительной диагонали . Устройство работает следующим образом . Функцию цифроаналогового преобразовател  (ЦАП) вЫЬолн ют цифровые блоки и резисторы 4 и 3. Выходом ЦАП  вл етс  точка 29, т.е. втора  вершина измерительной диагонали.

Если ключ 26 замыкать и размыкать с определенной частотой, то, если код регистра 13 не равен нулю, в точке 29 по витс  переменна  составл юща  напр жени . Формирователь 2 5 обеспечивает на своем выходе знакопеременный сигнал типа меандр, частота которого равна частоте сигнала. Привод  в соответствие положительной полуврлне меандра замкнутое состо - ние ключа 26, а отрицательной полуволне - разомкнутое состо ние ключа 26, в точке 29 получаем переменный сигнал типа меандр.

Коррекци  погрешностей при г О осуществл етс  только с помощью основных цифровых блоков а разр ды цифровых проводимостей 16 и 1/ отключены .

Блок управлени  30 с помощью нуль- 20 органа 6 уравновешивает мостовую схему по посто нному току цифровым блоком , образованным регистром 15 и цифровой проводимостью Т. После . этого начинаетс  работа усилительно- 25 преобразовательного блока. Блок 30 управлени  устанавливает на выходной шине 31 сигнал логической 1. Переключатель 22 устанавливаетс  в положение 32, и переменное напр жение зо поступает на вход усилительно преобразовательного блока, где усиливает с  усилителем 21 переменного магтр жени , преобразуетс  в сигнал rtOCTO нного напр жени  преобразователем 35 23, а на выходе преобразовател  2Л имеет частотный сигнал, номинально пропорциональный исходному сигналу. Погрешности на этих этапах преобразовани  привод тс  к выходу преобрэ- АО зовател  2. Импульсы с выхода преобразовател  2k в течение первого отрезка времени поступают на вход счетчика 25, входна  логика 33 которого устанавливает режим суммирова- 45 ни  импульсов. По окончании первого отрезка времени в счетчике 25 устанавливаетс  код, который записываетс  в регистр 13, а на шине З устанавливаетс  сигнал логического О, 50 Переключатель 22 устанавливаетс  в . положение З, а логика 33 устанавливает режим вычитани  счетчцка 25

Во втором отрезке времени к 55 входу усилител  21 приложено напр жение , пропорциональное коду регистра 13 следовательно, на выходе преобразовател  2 устанавливаетс  частота, пропорциональна  этому напр жению.

К концу второго отрезка времени в счетчике сформируетс  разность кодов, котора   вл етс  поправкой . первого цикла коррекции. В момент окончани  второго отрезка времени ко входу усилител  21 вновь подключаетс  напр жение переменной составл ющей в точке 28, а счетчик 25 устанавливаетс  в режим сложени . К моменту окончани  третьего отрезка времени в счетчике сформируетс  первый скорректированный код. Если выполнить второй цикл коррекции, то таким же образом к моменту окончани  п того отрезка времени сформируетс  второй скорректированный код. После определенного цикла конечна  погрешность измерени  определ етс  точностью изготовлени  ЦАП. Это означает, что на точность измерени  не вли ет ни точность установки напр жени  источника питани , ни отклонение сопротивлени  тензорезистора от опре деленного номинала.

Если сопротивлением проводов не пренебрегать, то погрешность измерени  пропорциональна соотношению сопротивлений провода и тензорезистора .

Дл  компенсации сопротивлени  проводов в устройстве используютс  дополнительнь е цифровые блоки и осуществл ютс  два предварительных вспомогательных уравновешивани .

Первое уравновешивание производ т цифровой проводимостью 1, установив переключатель 11 в положение 35. Затем переключатель 11 перевод т в положение 36 и, не измен   состо ние цифровой проводимости I, производ т второе уравновешивание цифрово проводимостью 17. Полученный код в момент равновеси  фиксируетс  в регистре 19, а также через устройство 20 перезаписи заноситс  в регистр 18

Переключатель 11 устанавливаетс  вновь в положение 35 и производитс  третье уравновешивание при этом цифровые проводимости 16 и 17 включены в соответствии с кодом регистра 19.

Claims (2)

1. Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечиваетс  высока  точность измерени  динамических деформаций , котора  нар ду с коррекцией погрешностей усилительно-преобразовательного тракта не зависит ни от сопротивлени  проводов, ни от сопротив лени  тензорезистора. Выбира  отрезки времени преобразо вани  равными периоду сетевого напр  жени , в устройстве обеспечиваетс  подавление помех, вызванных этим напр жением . Дл  повышени  быстродействи  устройства уравновешивани  дл  каждой измерительной точки можно совместить во .времени с первым преобразовательным циклом сигнала в точке 28. Дл  обеспечени  необходимой точности измерени  преобразователь 23 выполн ют в виде амплитудного детектора, а результат измерени  дает амплитудное значение измер емой величины. При этом усилитель 21 должен быть достаточно широкополостным, чтобы сигна в точке 36 усиливалс  без искажений. 8 случае, если усилитель не обеспечивает достаточную полосу прозрачности , сигнал точки 29 будет искажатьс  за счет подавлени  высших гар моник. Это приведет к тому, что, при равгеистве амплитуд в точках 28 и 29, со 5 тмошение амплитуд на выходе усили тел  будет зависеть от степени подав лени  гармоник сигнала в точке 29. Очевидно, что при этом неизбежны погрешности измерени . Дл  устранени  погрешностей, вызванных неравномерностью частотной характеристики усилительно-преобразо вательного тракта, усилитель выполне частотно-избирательным. При этом цифрова  проводимость 12 выполнена в соответствии с условием ( . -ir r-Q код регистра 13, суммарна  проводимость разр  дов цифровой проводимости. Т, включенных в соответствии с кодом N. Таким образом, в определенной полосе частот устройство обеспечивает высокую точность измерени  без перестройки избирательности усилител  переменного напр жени . При изменении , частотного диапазона динамически деформаций необходимо произвести час тотную перестройку, например, с помощью набора фильтров. Формула изобретени  1. Цифровой многоточечный тензометрическим- мост по авт.св. №б917б5 отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  измерени  динамических деформаций, он снабжен усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последовательно соединенные усилитель переменного напр жени , вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напр жени  в посто нное, преобразователь напр жение-частота и реверсивный счетчик, клкзчом, включенным между вершиной мостовой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового блока, входы регистра которого подключеь ы к выходам р(гверсивного счетчика, при этом управл ющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежнчй с тензорезистором , а управл ющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключател  соединены с блоком управлени .
2. 2. Устройство по п.I, о т ли чающеес  тем, что усилитель переменного напр жени  выполнен частотно-избирательным, а цифрова  проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием N,.-, где N - код регистра первого основного цифрового узла, g - суммарна  проводимость разр дов , включенных в соответствии с кодом; G - проводимость посто нного резистора мостовой схемы. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 691765, кл. G 01 R 17/10, 1977 (прототип ) .

   г

   ,Г