Цифровое тензометрическое устройство для динамических измерений

 

ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ, содержащее тензометрические датчики, аапитанные от источника прямоугольных импульсов и подключенные к одному входу усилителя постоянного тока, к другому входу которого подключен выход абкоцирукикегЬ преобразователя , входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, а к вы- , хЬду усилителя постоянного roica подключена одна обкладка конденсатора, другая обкладка которого через первый ключ соединена с шиной Земля, а через второй ключ - с Яс.-аепочкой) подключенной к входу третьего ключа, и блок управле кия, выходы которого соединены с управПЯЮШ .КМ входами всех ключе и с источ НИКОМ прямоугольньа импульсов, о т я в Ц чающееся тем, что, с келью по выщения точности измерений за счет изменения структуры устройства на каждом периоде питающего напряжения с режима автокомпенсации в режим числоимпульсного преобразования, в него введены два компаратора, инвертор,, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов и два трехвходовых элемента И, причем выхбд третьего ключа соединен с первым входхм оаног компаратора непосредственно, а с входом другого компаратора - через ин-оЗ вертор, вторые входы ксиипарагоров поо (Л ключены к выходу формирователяпилообразного .напряжения, л их выходы пооключеиы к первым входам соответственно первого и второго трехвходовых элеet с ментов И, вторые входы которых и вхоа формирователя пилообразного напряжения соединены с выходом блока управпеякя, третьи входы трехвходовых алементов И подключены к выходу генератора вмпуль сов,а ихвыкояысоединенысоотвегсгвён-. :п но с суммирующим и вычитающим входами Nd реверсивного счетчика. :л х

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

6% (11) 3@8 . Ol G 3/142

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ н aBTOPCKOhRV СЕИдатВВСтви (21) 3382059/18-10 (22) 15.01.82 (46) 30.04.83. Бюл. М 16 (72) В. В. Скалевой и N. В. Скалевой (71) Одесский орцена Труцового Красного Знамени политехнический институт (53) 681.269(088.8) (56) 1; Авторское свицетельство СССР

l4 191844, кл. G 01 5 19 00, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

М "785655,кл. G 01 Q 19 00, 1979 (прототип).

I (54) (57) ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕС КИХ ИЗМЕРЕНИЙ, содержашее тензо» метрические цатчики, запиганные or ис» точника прямоугольных импульсов и поц- «люченные к оанему входу усилителя постоянного тока, к цругому sxoay которо го подключен выхоц цекодирующего преобразователя, вхоцы которого поцключены к . выходам реверсивного счетчика, а к вы» ходу усилителя постоянноге тока подключена одна обкладка конценсатора, аругая обклаака которого через первый ключ сое-, динена с шиной Земля, а через второй ключ - с Й7 -цепочкой, подключенной к вхоцу третьего ключа, и блок управления, выхоцы которого соединены с управ» ляюшими вхоцами всех ключей и с источ. ником прямоугольных импульсов, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет изменения структуры устройства на каж цом периоце питаюшего напряжения с ре жима автокомпенсааии в режим число импульсного преобразования, в него ввецены цва компаратора, инвертор, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов и цва трехвхоцо» вых элемента И, причем выхоц третьего ключа соецинен с первым вхоцом одного

«омпаратора непосредственно, а с первым вхоаом другого компаратора - через ии- ® вертор, вторые входы компараторов под ключены к выходу формирователи пило образного .напряжения, а их выходы поа» ключены к первым входам соответствеи» но первого и второго трехвхоцовых sac ментов И, вторые вхоцы которых"и вход формирова теля пилообразного напряжения соецинены с выходом блока управления, третьи входы трехвхоцовых элементов И подключены к выходу генератора импуль» сов,а их выходы соединены соответственнос суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика.

1015258

Изобретение. относится к ввсоиэмерительной технике и может быть использовано в тензометрических весах цля взвешивания цвижушихся объектов, цля цинами« ческих измерений усилий, цеформации и т.п. 5

Известно тензометрическое устройсгво цля цинамических измерений, соцержащее тензоцатчики, питающиеся переменным напряжением прямоугольной формы, и циф» ровой аилокомпенсатор с транзисторными 10 ключами, в котором межцу генэоцатчихами и цепью управления автокомпенсатором включен нуль-орган, выполненный в вице усилителей постоянного и переменного то» ка, свяэанных мвжцу собой коммутируемым >, f5 конденсатором цля вьщеления разности по леэного напряжения в конце двух разнополярных полуволн вхоцного сигнала gl) .

Устройсгво не обеспечивает необхоцнмой точности измерения нз-еа влияния на 20 результат измерения помех, поступающих на вхоц устройства.

Ближайшим по технической сущности к прецлагаемому является цифровое тенэомвтрическое устройство цля цинамичес 25 ких измерений, содержащее тензометрические датчики, запитанныв от источника прямоугольных импульсов и поцключенные к оцному вхоцу усилителя постоянного тока, к цругому вхоцу которого йоцключен выхоц цекоцируюшего преобразоватв ля, входы которого поцключены к выхоцам реверсивного счетчика, а к выхоцу усили» геля постоянного тока поцключена оцна обклацка конденсатора, другая обклагка

35 которого через первый ключ соецинена с шиной Земля, а через второй ключс AC-цепочкой, поцключенной к вхоцу третьего ключа, и блок управления, вы хоцы которого соединены с управляющими 40 входами всех ключей и с источником прямоугольных импульсов (2) .

Нецосгагок известного устройства неуцовлетворитвльная точность и нецосга точное быстроцействив, что обусловлено

45 влиянием .помех на результат измерения и жесткой структурой схемы устройства, работающего в режиме автокомпвнсатора с замкнутой обратной связью, ограничи вающем быстроцейсгвие.

Бель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений за счет изменения структуры устройства на каж цом периоце питающего напряжения с режима автокомпенсации в. режим числоимпульсного преобразования.

Поставленная цель цостигаегся тем, что в цифровое твнзометрическое устройcrao цля цинамических измерений, соцержащее генэомегрические цагчики, запи генные or исгочника прямоугольных импульсов и поцключенные к оцному вхоцу усилигеля посгоянногс гока, к цругому вхоцу когорого поцключен выхоц цекоци» руюшего преобразовагеля, вхоцы которого подключены к выхоцам реверсивного счетчике, а к выхоцу усилигеля посгоянного тоха поцключена оцна обкладка «онценсагора, цругая обклацка zoroporo через первый ключ соецинена с шиной "Земля"„ а через вгорой ключ РС-цепочкой," поцключенной х вхоцу грегьего ключа, и блок управления, выхоцы которого соеци: иены с управляющими вхоцами всех ключей и с исгочником прямоугольных импульсов, ввецены цва компарагора, инвер-. гор, формирова гель пилообразного напря жения, генерагор импульсов и цва грехвхоцовых элеменга И, причем выхоц третьего ключа соецинен с первым вхоцом одного компарагора непосрецсгввнно, а с первым вхоцом цругого компарагорачерез инвергор, вгорые вхоцы компарагоров поцхлючены к выхоцу формировагеля пилообразного напряжения, а их выхоцы поцхлючены к первым вхоцам соогвегсгвенно первого и вгорого грехвхоцовых элементов И, вгорые вхоцы которых и вхоц формировагеля пилообразного напряжения соецинены с выхоцом блока управления, грегьи вхоцы грехвхоцовых элеменгов И поцключены к выхоцу генератора импульсов, а их выхоцы соецинены соогвегсгвенно с суммирующим и вычигаюшим вхоцами реверсивного счетчика.

На фиг. 1 показана функциональная схема усгройсгва; на фиг. 2 - временные диаграммы работы его узлов.

Устройство соцержит гензьцагчики 1, эапиганныв or источника 2 прямоугольньщ импульсов, являющегося гакже узлом со гласования по мощносги, блок управленщ, выполненный из зацающего генерагора 3, целителя 4 часгогы и комбинационной схемы 5, слецящий авгокомпенсагор, со стоящий из цекоцирующего преобразователя 6, реверсивного счетчика 7 и нуль органа, в «огорый вхоцяг усилигель посгоянного гока с поцключенным на его

Ъыхоц конценсагором 9 и МС-фильгром в вице сопротивления 10 и конценсагора 3 1.

Коммутирующие конценсагор 9 ключи 12, 13 и выхоциой ключ 14 (показаны услов но), выполненные, например, на биполярных или полевых гранэисгорах, по управляющим вхоцам соецинены с соогвегсгвующими выхоцами комбинационной схемы 5

3 1015 и работают согласно временной диаграмме (фиг. 2, б, в, ц).

Выхоцной ключ 14 нуль-органа связан с входом компаратора 15 непосрецсгвенно, а с вхоцом компарагора 16 - через инвергор 17. На выхоце компарагора 15 возникаег логическая 1" при огрица« тельной полярности выходного напряжения нуль-органа, а на выхоце компарагора 16 - при положительной. Вторые вхо- to цы компараторов 15 и 16 объединены и на них поцаегся линейно иэменяюшийся сигнал:

or формирователя 18 пилообразного напряжения, который служит для возврата компарагоров иэ "1" в О", когца раз- 1$ ность межцу напряжениями, посгупаюши ми с выхоца нуль-органа и формирователя 18, станет равной или большей нулевого значения. Выходы компарагоров связаны с разцельными вхоцами грехвхо» щ довых логических элементов И 19 и 20, у которых на вгорые объединенные вхоцы непрерывно посгупаюг сигналы or генератора 21 высокочастотных импульсов заполнения, а на их третьи объединенные вхоцы,gg связанные с. вхоцом формировагеля 18, поцаегся сигнал управления or соогвегсгвуюшего выхода комбинационной схемы 5.

Выходы логических элеменгов И 19 и 20 связаны с суммируюшим -и вычитаю- Зв . шим входами реверсивного счетчика 7.

Устройство рабогаег слецуюшим обра-. зом.

Измеряемый сигнал с выхоца гензодагчиков 1 и компенсирующее напряжение с выхода цекоцируюшего преобразователя 6 посгупаюг на разноименные входы усилителя постоянного тока 8 и разносгной сигнал усиливаегся (фиг. 2 а).

В конце первого полупериоца пигаюшего напряжения управляюшие сигналы (фиг. 2

40 б, в) открывают на короткое время коммутирующие ключи 12 и 13, и усиленный сигнал разбаланса запоминается на конденсаторе 9, а конценсагор 11 раэряжаегся через эти же ключи. Загем эги клю4$ чи закрываются и конценсагор 9 сохраняет свой эаряц. В. конце второго полупериода по сигналу управления (фиг. 2 в) открывается на короткое время ключ 13, соециняя послецова тельно конценса гор 9 и 11. Поц действием разности амплитуд» ных значений полезного сигнала происхо дит заряц конценсагора 11 (фиг. 2 г).

Все другие напряжения мецленно изменя.юшихся помех (црейф нуля усилигеля 8, -помехи or сеги промышленного напряжеt ния, конгакгные ЭДС и г.п.) в промежуг». ке между коммутациями ключей остаются

258 4 практически неизменными, запоминаются на конценсагоре 9 и не перецаюгся в конденсагор 11, что обеспечиваег устрой» crsy высокую помехоустойчивость при наличии на его вхоце такого раца помех.

Кроме того, ингегрируюшие свойства

КС- фильтра уменьшают чувствительность устройства. к высокочастотным помехам типа белый шум, чем повышается разрешающая способность ycrpoOcrsa.

После эапирания ключа 13 открывает ся выходной ключ 14 (фиг. 2, ц) и напряжение конценсагора 11 поступаег на компараторы 18 и 16. Поскольку ключи 13 и 14 коммугируются в разное вре мя, то сквозной тракт; цля сигнала раэбаланса Ь И оказывается разомкнутым в любой момент времени, что позволяет повысить разрешающую способность и устойчивость устройства путем увеличе ния усиления его отцельных узлов (уси лигеля 8 и «омпарагоров 15 и16). В дальнейшем вьщеленный íà концен» сагоре 11 сигнал разбаланса при разомк нугой обратной связи авгокомпенсагора (ключ 13 закрытый) преобразуется в число-импульсный коц, зависящий or ве личины и знака эгого сигнала.

Если на вхоце нуль-органа существу ег нецокомпенсация, например, на величи ну 25 квантов цекоцируюшего преообраэо вагеля 6 и напряжение на конценсагоре11 имеег соогвегсгвукицую величину отрица тельной полярности (фиг. 2 г, левая часгь), го при замыкании выходного ключа 14 компарагор 15 установится в 1" (фиг. 2 з), а компарагор 16 сохранит состояние 0» (фиг. 2 n), так как на вхоц послецнего преобразуемый сигнал поцается через инвертор 17. С некоторой зацержкой, необхоцимой цля завершения переходных процессов в ключе 14 и компараторах 15 и 16, на вхоц формирова геля 18 и обьецинениые входы логических элементов И 19 и 20 поцаегся стартовый, сигнал управления с coorsercrsyxmNro выхоца комбинационной схемы5 (фиг.2 е)., С этого момента логический элемент И 18 буцег открыт по всем его трем вхоцам, а элемент И 20 остается закрытым, г.е. на выходе компаратора 16 существует О .

На объединенные входы комцарагоров 15 и 16 поцаегся линейно изменяющееся напряжение формирователя 18 (фиг. 2 ж), которое, вычитаясь с преобразуемого у

{фиг. 2. к) переводит компарагор 15 в 0, когда резульгируюшее напряженне на его входе перейцет нулевое значение.

На суммируюший sxoa реверсивного счет5 10152 чика 7 через элемент 19 поступит им, пульсы заполнения or высокочастотного генератора 21 (фиг. 2 и), количество которых опрецеляегся временем открытого состояния элемента 19 и периоцом слецо S вания этих импульсов, т.е. оно буцет пропорционально величине сигнала раэбаланса.

Установочной регулировкой крутизны нарасгания пилообразного напряжения t0 или периода слецования импульсов заполнения калибруют устройство гак. чтобы для приведенного примера в реверсивный счетчик 7 поступило 25 импульсов, что обеспечит полный. баланс напряжений 1$ на вхоце нуль-органа к слецующему периоду измеряемого напряжения.

Аналогичным образом при перекомпенсадии измеряемого сигнала напряже ние на конденсаторе 11.изменяет по7Ир- 20 ность, что привецег к открытию компаратора 16 и логического элемента И 20

58 4 (фиг. 2 ° а). На вычигающий вход реверсивного счетчика 7 поступит число им пульсов, соогветсгвующве значению раз нос гного сигнала перекомпенсации (фиг. 2 . м и 2 к, правая часть).

Таким образом, sa каждом периоце питающего напряжения прямоугольной формы устройство изменяет свою внутреннюю структуру, перехоця с автокомпен сатора с замкнутой обратной связью, обеспечивающего высокую точность выце

-пения раэностного сигйала на несущей ограниченной частоты, в бысгроцейсгвую щий число-импульсный преобразователь с неограниченной скоростью опрецеления значения динамического ревностного

Ф сигнала. Сочетание. в устройстве двух структур преобразования выгодно огличаег его or известных как по точности, rar. и по быстродействию, что и обусловливает его экономическую эффективность, 1015258

Составитель В. Ширшов

Редаигор A. Фролова Техред М.Гергель Корректор А. Ильин . Заказ 3197/40 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., a. 4/5

Филиал ППП «Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4