Цифровой многоточечный измерительный мост

 

ЦИФРОВОЙ МНОГОТОЧЕЧНЬт ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОСТ, содержащий замкнутую цепь, образованную первым, вторым, третьим постоянными резисторами, первой линией связи, тензорезистором и второй линией связи, нуль-орган, один вход которого соединен с выводами первого и второго постоянных резисторов, а второй вход - с подвиж ным контактом переключателя, один неподвижный контакт которого соединен с выходами третьего постояннрго резистора и первой линией связи, а второй неподвижный контакт через третью линию связи - с выводами первой линией связи и тензорезистора, источ-. ник питания, один полюс которого соединен с вторым выводом и первым выводом третьего постоянных резисторов, первую цифровую проводимость, подключенную параллельно первому постоянному резистору, вторую цифровую проводимость , подключенную параллельно второму постоянному резистору, третью цифровую проводимость, перйый, второй ,третий регистры, выход каждого из которых соединен с входом соответствукЗщей цифровой проводимости, блок управления, первый выход которого соединен с входсяи третьего регистра, четвертый регистр, блок перезаписи,, включенный между входом первого и входсад четвертого регистров, второй вход блока управления соединен с входом нуль-органа, а выходы соеди- , нены с управляющими входами первого, второго и четвертого регистров, каждая линия связи состоит из последовательно соединенных контакта коммутатора и соединительного провода, каждая цифровая проводимость образована набором параллельно включенны. цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных разрядного резистора и разрядного ключа пятый выход блока управления соединен с вторым входом блока перезаписи, отлич ающий ся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет полной компенсации сопротиво ления первой и второй линий связи при произволном соотношенииэтих (Л сопротивлений, он снабжен вторым переключателем, подвижный контакт которого соединен с вторым полюсом источника питания, первый неподвижный контакт соединен с вторым выводом первого постоянного резистора и , второй линией связи, а второй непод .вижный контакт через четвертую линик связи соединен с выводами тензорезис- . тора и второй линией связи,при этом : 05 третья цифровая проводимость включена i параллельно третьему постоянному резистору, выход третьего регистра соединен с третьим входом блока переза-I СП писи, разрыдняе резисторы второй цифровой проводимости, через дополну-, О5 тельные ключи соединены с вторым выводом первого постоянного ррзистрра, управляющие вхсды дополнительных ключей соединены с выходом второго регистра через элементы И, вторые вхо . ды которых объединены и соединены с блоке управления, шестой, седьмой, восьмой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двух переключателей и третьего регистра.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

M5D С 01 К 17/10; G 01 В 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3428336/18-21 (22) 23.04.82 (46) 15.12.83. Бюл. М 46 (72) B.B.Båýýóáöåâ (53) 621.317.733(088.8) (56) 1. Авторское свидетельтсво СССР

Р 746300, кл. G 01 R 17/10, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 691765, кл. G01 К 17/10, 1979 (прототип) . (54) (57) 11ИфРОВОИ

РИТЕЛЬНЫЙ МОС1, содержащий замкнутую цепь, образованную первым, вторым, третьим постоянными резисторами, пер" вой линией связи, тензорезистором H второй линией связи, нуль-орган, один вход которого соединен с выводами первого и второго постоянных резисторов, а второй вход - с подвижным контактом переключателя, один неподвижный контакт которого соединен с выходами третьего постоянного резистора и первой линией связи, а второй неподвижный контакт через третью линию связи - с выводами первой линией связи и тенэорезистора, источник питания, один полюс которого соединен с ВтОрым ВыВОдОм H перВым ВЫВОдом третьего постоянных резисторов, первую цифровую проводимость, подключенную параллельно первому постоянно му резистору, вторую цифровую проводимость, подключенную параллельно второму постоянному резистору, третью цифровую проводимость, первый, второй,третий регистры, выход каждого иэ которых соединен с входом соответствуищей цифровой проводимости, блок управления, первый выход которого соединен с входом третьего регистра, четвертый регистр, блок перезаписи„ включенный между входом первого и входом четвертого регистров, второй вход блока управления соединен с

0%® (1) . A входом нуль-органа, а выходы соединены с управлякщими входами первого, второго и четвертого регистров, каждая линия связи состоит из последовательно соединенных контакта коммутатора и соединительного йроводa, каждая цифровая проводимость образована набором параллельно включенны. цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных разрядного резистора и разрядного ключа пятый выход блока управления соединен с вторым входом блока перезаписи, отлич ающий с ятем, что, с целью повышения точности измерения за счет полной компенсации сопротивления первой и второй линий связи о

Р при произволном соотношении этих сопротивлений, он снабжен вторым переключателем, подвижный контакт которого соединен с вторым полюсом источника питания, первый неподвижный контакт соединен с вторым выво- Я дом первого постоянного резистора и второй линией связи, а второй непод,вижный контакт через четвертую линию связи соединен с выводами тензореэис-. . тора и второй линией связи,при этом третья цифровая проводимость включена, параллельно третьему постоянному резистору, выход третьего регистра сое" динен с третьим входом блока переза-, писи, разрыдняе резисторы второй цифровой проводимости через дополни-, тельные ключи соединены с вторым вы- водом первого постоянного ррзистора, управляющие входы дополнительных ключей соединены с выходом второго регистра через элементы И, вторые входы которых объединены и соединены с блоком управления, шестой, седьмой, восьмой выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами двух переключателей и третьЬго регистра.

1061056

Изобретение относится к иэмерительной технике и может быть использовано при измерении деформаций с помощью тензореэисторов.

Известен цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий э амкну5 тую цепь, образованную первым, вторым, третьим плечевыми постоянными резисторами (ППР), первой линией связи (ЛС), тенэорезистором и второй

ЛС, нуль-орган, один вход которого подключен к общей точке первого и второго ППР,а второй вход — к подвиж ному контакту первого переключателя, один неподвижный контакт которого соединен с общей точкой третьего ППР 15 и первой ЛС, а второй неподвижный контакт посредством третьей ЛС вЂ” с общей. точкой тенэорезистора и первой

ЛС, источник питания, один полюс которого подключен к общей точке вто- 0 рого и третьего ППР,, а второй полюсс и ОДвиж ным кОнт акт ОМ В тОРОг О иере ключателя, первый неподвижный контакт которого соединен с общей точкой пер« вого ППР и второго ЛС, а второй не- 5 подвижный контакт через четвертую

ЛС вЂ” с общей точкой тензореэистора и второй ЛС, цифровую проиэводимасть (ЦП), подключенную посредством третьего, четвертого и пятого переключателей к замкнутой цепи, регистр, подключенный к входу ЦП, блок управления, вход которого соединен с выходом нуль-органа, и выходы подключены к управляющим входам переключателей и регистра. ЛС представляет собой последовательное соединение контакта коммутатора и соединительного провода P).

В этом устройстве обеспечивается полная компенсация сопротивлений пер- 0 вой и второй ЛС, т.е., отсутствуют погрешности из-эа наличия и изменения этих сопротивлений:

Недостатком известного устройства является то, что для получения кода, 45 линейно отображающего измеряемую величину а ЦК, т.е. относительное изменение сопротивления тенэ орезистора,, необходимо провепение ряда вычи<:лительных операций над выходными кода- 50 ми устройства. В силу этого известное устройство может работать лишь в комплекте с ЭВМ. Однако в практике изме1 рений цифровыми многоточечными мостами использование ЭВМ в ряде случаев 55 нецелесообразно или не прщставляется возможным. Кроме того, .в том случае, когда измерительный мост имеет выход на ЭВМ (например, для расчета механических напряжений при 60 использовании тензорезисторных розеток) целесообразно с выхода моста снимать информацию в таком виде, чтобы свести к, минимуму вычисления. В этом случае упрощается разработка 65 программного обеспечения и сокращается время обработки информации. Последнее обстоятельство очень важно в тех случаях, когда ЭВМ работает одновременно еще с несколькими внешними устройствами °

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий замкнутую цепь, образованную первым, вторым, третьим ППР, первой ЛС, тензореэистором и второй ЛС, нуль-орган, .один вход которого подключен к общей точке первого и второго ППР, а второй входк подвижному контакту переключателя, один неподвижный контакт которого соединен с общей точкой третьего ППР и первой ЛС, а второй неподвижный контакт посредством -третьей ЛС вЂ” с общей точкой первой ЛС и тензорезистора, источник питания, один полюс которого подключен к общей точке второго и третьего ППР,а второй полюск общей точке первого ППР,и второй

ЛС,первую и вторую ЦП, подключенные параллельно первому ППР, третью и четвертую ЦП, подключенные паралI лель но второму ППР, первый, второй, третий и четвертый резисторы, выход каждого иэ которых подключен к входу соответствующей ЦП, блок памяти, вход и выход которого подключены, соответственно,.к выходу и входу .первого регистра.

Между выходом четвертого и входом второго регистров включен блок перезаписи. Управляющие входы переключателя, регистров, блока памяти и блока перезаписи подключены к выходам блока управления, вход которого подключен к выходу нуль-органа.

Цифровые проводимости обраэовайы набором параллельно включенных цепочек, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных разрядного резистора и разрядного ключа.

ЛС состоит из контакта коммутатора и соединительного провода, включенных последовательно.

С выхода третьего регистра, являющегося выходом устройства, снимают код, линейно отображающий относительное изменение сопротивления тензорезистора

aR

Ят

При равенстве сопротивлений первой и вторсгй ЛС в- каждый момент измерений обеспечивается значительная компенсация этих сопротивлений (2).

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения при неравенстве сопротивлений первой и второй ЛС.

Цель изобретения - повышение точности иэглерения за счет полной компенсации сопротивлений первой и

1061056 второй ЛС при произвольном соотношении этих сопротивлений °

Поставленная цель достигается тем, что цифровой многоточечный измерительный мост, содержащий замкнутую цепь, образованную первым, вторым, третьим постоянными резисторами, первой линией связи, тензорезистором и второй линией связи, нуль-орган, один вхсд,которого соединен с вывода- 0 ми первого и второго постоянных резисторов, а второй вход - с подвижным контактом переключателя, один неподвижный контакт которого соединен с выводами третьего постоянного резистора и перной линией связи, а втррой неподвижный контакт через третью линию связи — с выводами перной линией связи и тензорезистора, источник питания, один полюс которого соединен с вторым выводом второго и пер 20 вым выводом третьего постоянных резисторов, первую цифровую проводимость, подклуюченную параллельно первому постоянному резистору, вторую цифровую проводимость, подключенную парап- 25 лельно нторому постоянному резистору, третью цифровую проводимость, первый, второй, третий регистры, выход каждого из которых соединен с входом. соответствующей цифровой проводимости, 30 блок управл ени я первый выход к оторого соединен с входом третьего регистра, четвертый регистр, блок перезаписи, включенный между входом первого и входом четвертого регистров, . 35 второй вход блока управления соединен с входом нуль-органа, а выходы соединены с управляющими входами первого, второго и четвертого регистров, каждая линия связи состоит иэ последо" 40 вательно соединенных контакта ком-мутатора и соединительного провода, каждая цифровая проводимость образована набором параллельно включенных цепочек, каждая из которых состоит из последонательно соединенных разряд. ного резистора и разрядного ключа, пятый выход блока управления соединен с вторым входом блока перезаписи, снабжен вторым переключателем, подвижный контакт которого соединен с вторым полюсом источника питания, первой неподвижный контакт соединен с вторым выводом первого постоянного резистора и второй линией связи, .а второй неподвижный контакт через четвертую линию связи соединен с выводами тензорезистора и второй линией связи при этом третья цифровая проводимость включена параллельно третьему постоянному резистору, вы- 60 ход третьего регистра соединен с третьим входом блока перезаписи, разрядные резисторы второй цифровой проводимости через дополнительные ключи соединены с вторым выводом первого

1 постоянного резистора, управляющие

1 ходы дополнительных ключей roåäèíåíû выходом второго регистра через эле менты И, вторые входы которых объе- динены и соединены с блоком управления, шестой, седьмой, восьмой выходы блока управления соединены соотнетственно с управляющими входами двух переключателей и третьего регистра.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Четырехплеченая мостовая измерительная схема образована плечевыми постоянными резисторами 1,2 и 3 и тенэореэистором 4, подключенным посредстном линий 5 и б связи . Нуль-орган 7 и источник 8 питания включен н диагонали мостовой сх ma использованием переключателей 9 и 10 и линий

ll и 12 связи . Параллельно резисторам 1 и 3 включены идентичные цифровые проводимости 13 и 14, образованные разрядными резисторами 15 и 16 и разрядными ключами 17, которые также положены н основу построения цифровой проводимости 18, включенной параллельно резистору 2. ЦП 18, кроме того, содержит дополнительные разрядные ключи 19, общая точка которых подключена к общей точке резистора 3 и линии б связи . Управляющие входы ключей 17 подключены к входам соответствующих регистров 20, 21 и 22. Управляющие входы дополнительных ключей

19 подключены к выходу регистра 21 через элементы 23 И, вторые входы которых объединены и подключены к блоку 24 управления. Выход регистра

20 подключен к входам блока. 25 перезаписи и блока 26 памяти, выход которого, в свою очередь, подключен к входу регистра 20, К второму входу блока 25 перезаписи подключен регистр 27., вход которого подключен к блоку 24 управления. Выход нуль-органа 7 подключен к входу блока 24 управления, выходы которого подключены к управляющим входам переключателей 9 и ..10, регистров 20, 21 и 22, блока 25 перезаписи и блока 26 памяти.

Линии 5,6 11 и 12 связи сосТоят из соединительных проводов- 28 и контактов ксммутатора 29.

В зависимости от положений переключателей 9 и 10 каждая иэ линий 5 и б связи может, входить н плечо тен= зорезистора .4 либо в плечо одного из постоянных резисторов 1 и 3.

Если с блока 24 управления на объединенные, входы элементов 23 И поступает потенциал логическогс нуля, то все ключи 19 цифровой проводимости 18 будут разомкнуты независимо от кода регистра 21. Если же укаэанный потенциал соответствует логической единице, то ключи 19 включатся в соответствии с инверсньм

1061056 кодом регистра 21, т. е. если ключ

17 < - го разряда будет замкнут, то ключ 19 i. -ro разряда будет разомкнут и наоборот.

В каждой цифровой проводимости

13, 14 и 18 прнодимость зн ак он ого резистора 15 равна суммарной проводимости разрядных резисторов 16 и

Ьн;1

Идентичность цифровых проводимостей 13 и 14 означает

6. (1ç) (è) 1 гдето," - проводимость -ro разряда

ЦП 13; проводимость; -го разряда (я)»

ЦП 14.

15

В общем случае g „

Соотношения весов разрядных резисторов 16 для ЦП 13 и 14, рациально ныполнить на основе двоичного кода, а для ЦП 18 -на основе двоичнодесятично. Последнее нужно для упрощения дешифрации измерительной информации и ее регистрации в десятичной форме при автономной работе, так как в этом случае выходная информация снимается с регистра 21. 30

Плечевые резисторы 1,2 и 3 выбраны так, чтобы выполнялось условие

+ (1М Ц81 (14) (18) 1 (1 )

i Д)н 2 g3! З н (зн Йо 35

"о где 4 Д Я вЂ” проводимости соответственно резисторов 1,2 и 3.

Устоойство работает следующим образом.

В регистр 27 с блока 24 управления вводится код константы Но, который будучи переписан н регистр 22 при закрытых элементах 23 И обеспечивает, условие ! (2) 1 .5 Ко.= о -р гдето - суммарная проводимость замкнутых разрядов ЦП 14 при внедении кода в регистр 22.

В режиме установки нуля, т.е при исходном сопротивлении тензорезистора 4, производится три уранновешивания моста блоком 24 управления и нуль-органом. 7.

Для исходного состояния регистров

20, 21 и 22 характерно состояние разрядных ключей 17 „указанное на чертеже.

Первое ураннонешинание. Регистры 60

20,21 и 22 устанавливаются в исхсцное состояние, элементы 23 И открыты. Переключатели 9 и 10 устанавливаются в положение 30, следовательно, . линия 5 связи входит в плечо тензо- 65 резистора 4, а линия 6 связи - в плечо регистра 3.

Уравнов ешинание осуществляется . посредством регистра 20 и ЦП 13.

В результате уравновешивания изменяется проводимость плеча резистора 1 °

После уравновешивания имеем (4й,=4ФРОY4= — 1

"о "6 4 "б (3) "6 5 Й4 6 —.ьн

4 6 R4%lg (4) ТРетье уравновешивание, Переключатели- 9 и 10 остаются в положении 31, элементы 23 И закрынаютея, в регистр

22 из регистра 27 записывается код Йс. Состояние регистра 21, получен-. ное в результате второго уравновешивания, не меняется, т .е. в нем остается записанным, код М .

Уравновешивание осуществляется досредством регистра 20 и ЦП 13.

После уравновешивания имеем о 10 14

3" 4 ) 4 (5) Как видно иэ (5), код отображает соотношение сопротивлений тенэорези стора 4 и образцов or о резистора и не зависит от сопротивлений линий

5 и 6 связи. КодМ эаносится в блок где R4 - сопротивление тензорезистора 4; г,! 6 - сопротивление, соответственно, линий 5 и 6 связей;

- величина изменения проводимости плеча резистора 1) код регистра 20 после уравнонеши нани я.

По окончании перного уравновешива-. ния кодИ,переписывается в регистр 22 блоком 24 управления посредством блока 25 перезаписи.

Второе уравновешивание. Переключатели 9 и 10 устанавливаются в положение 31, линия 5 связи пойдет в плечо резистора 1, а линия 6 связи войдет в плечо тензорезистора 4.

Поскольку ЦП 13 и ЦП 14 идентичны, то при записи кода N в регистр 22 исходная проводимость плеча резистора

3 составит !

С з о 1

Второе уравновешивание осуществляется посредством регистра 21 и ЦП 18.

Поскольку элементы 23 И остаются от". крытыми, то в результате уравновешивания изменяются проводимости плеч резистора 2 и резистора 3 на одну и ту же величину g, но изменения эти будут с разными знаками + У

-У . После уравнонешивания имеем

1061056

26 памяти, в ячейку, соответствуйщую номеру данной измерительной точки. Затем к мосту подключается тенэореэистор следующей измерительной точки, для которой таким же образом формируется код ЙВ.

По окончании опроса всех измерительных точек устройство переводится в режим измерении, а испытуемый объект, на котором .наклеены тензорезис торы, подвергается механической наг- 10 рузке. В результате тензорезисторы получают определенные приращения сопротивлений.

В режиме измерения первые три уравновешивания осуществля1 тся точно 15 так же, как и в режиме уст ановки нуля. Следовательно, можно сразу записать код N третьего управновеши» вания, учитывая, что сопротивление . тензорезистора имеет новое значение

1 4 4

Ro Й4 0

Ю,, — т =R4

"4 Ъ (6) 25

1+ Н

1 +((Y-- — — — -=1+)4

0 5 1

1+ 14з (7) ,50

В режиме измерения при автономной работе устройства, производится дополнительное четвертое и пятое урав-. новешивания. 30

Четвертое уравновешивание ° В регистре 20 остается кодй,регистры

21 и 22 устанавливаются в исходное состояние. Элементы 23 И закрыты..

Переключатель 9 устанавливается в сос-5 тояние 30 а переключатель 10 - в состояние 31. Обе линии 5 и 6 связи входят в плечо тензорезистора 4. Уравновешивание осуществляется регистром 22 и ЦП 14.

Пятое уравновеаивание.Состояние йереключателей 9 и 10, регистра 22 и элементов 2 3 И не мен яетс я . В регистр

20 из блока памяти вводится код 14З соответствующий данной измерительной точке. Мост уравновешивается посред- 45 ством регистра 21 и ЦП 18.

После уравновешивания имеем

Код является выходным кодом устройст. ва, 1 +.М1

Н =11 -- 1 вша

1+к!, откуда с учетом выражениЯ (5) и (6) получим

0 (4 R4 Я44 6К Я вью —,-(= — -< =— о(((4 R4 R Р

Из последнего выражения видно, чу выходной код устройства отображает относительное изменение сопротивления тензорезистора 4. При этом влияние сонротивлениЪ линий 5 и 6 связи пол- ностью исключается при произвольно. 1 соотношении этих сойротивлений .Так же исключаются вычислительные опера. ции.Ц случае, если устройство имеет выход на ЭВМ,то в режиме измерения достаточно произвести три уравновешивания,т.е. закончить процесс измерения получением кода H,в режиме установки нуля блоком памяти мо- же т служи ть п ам ять ЭВМ .

Выходной код рассчитывается в ЭВМ на основании кодов М1, К для данной измерительной точки

0%

"выл= .1 + К

Фактически при этом используется одна вычислительная операция - деление, так как сложение,или вычитание единицы является одной микрокомандой; а в режиме установки нуля вычисления не производятся.

При использовании данного устройства ЭВМ значительно разгружается с одновременным упрощением программного обеспечения.

Таким образом, предлагаемое устройство может работать как автономно, так и с выходом на ЭВМ. В последнем случае быстродействие устройства По- вышаетс я.

106 1056

Составитель В.Семенчук

Редактор Л.Авраменко Техред С.Легеза

Корректор М.Шарсти

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 100 33/47: Тираж 710

ВНИИПИ Государственного ксмитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5