Устройство для автоматической балансировки тензометрического моста

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО МОСТА, содержащее тензомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подключенный к диагонали питания тензомоста, компаратор , вход которого-подключен к выходу измерительного усилителя, цепь обратной отрицательной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминающего регистра и цифроаналогового преобразователя , включенного к измерительной диагонали тензомоста,о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено oneрационнЕлм усилителем, выход которого соединен с измерительной диагональю тензомоста, двумя схемами СКЛ|ОТАЮ11ЩЕ ИЛИ- , р -триггером, iRC-триггером,схемой управления с ключом , шунтирующим неинвертирующий вход операционного усилителя, формирователем прямоугольных разнополярных импульсов с ключом, вход опера- . ционного усилителя соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения , вход схемы управления соединен с выходом первой cxei«j ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ , один вход которой соединен с диагональю питания т нзомоста, а второй вход - с выходом D -триггера, С-вход которого соединен с прякедм выходом формирователя прямоугольных i разнополярных импульсов и входом запомингиощего регистра, D -вход (Л D -триггера соединен с выходом компаратора и входом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход D-триггера соединен с входом первой схемы ИСКЖ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход формирователя прямоугольных разнополярных импульсов соединен с одним входом генератора тактовых импульсов HR -входомR5 -триггера, 5 -вход ко:D :л торого через конденсатор соединен с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход i 5-триггера соединен о ZO с вторым входом генератора такто .вых импульсов.

,SU„, 0 1. А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 G 01 В 7 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3566856/25-28 (22) 03.03.83 (46) 30.05.84. Бюл. Р 20 (72) Г.И.Буранов, И.Ф.Лопарев и В.A.Ëèñîâñêèé .(53) 531.781.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 916970, кл. G 01 В 7/16, 1980, 2. Патент США Р 4213348, кл, Q 01 L 9/04, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОИ БАЛАНСИРОВКИ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО

МОСТА, содержащее тенэомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, .источник питания, подключенный к диагонали питания тензомоста, компаратор, вход которого подключен к выходу измерительного усилителя, цепь обратной отрицательной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего иэ последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминающего регистра и цифроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тенэомоста,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено операционным усилителем, выход которого соединен с измерительной диагональю тензомоста, двумя схемами СКДОЧММФ -Е ИЛИ, Р -триггером, 0С-триггером, схемой управления с ключом, ыунтирующим неинвертирующий вход операционного усилителя, формирователем прямоугольных разнополярных импульсов с ключом, вход операционного усилителя соединен с выхо- . дом.генератора ступенчатого напряжения, вход схемы управления соединен с выходом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, один вход которой соединен с диагональю питания тенэомоста, а второй вход — с выходом 2 -триггера, С-вход которого соединен с прямым выходом формирователя прямоугольных раэнополярных импульсов и входом g. запоминающего регистра, D -вход

9 -триггера соединен с выходом компаратора и входом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход Х)-триггера соединен с входом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход формирователя прямоугольных разнополярных импульсов соединен с одним входом генератора тактовых импульсов и R -входом RS -триггера, 5 -вход которого через конденсатор соединен с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, а выход R5 -триггера соединен с вторым входом генератора такто.вых импульсов, 1095031

Изобретение относится к измеритель; ной технике, в частности к устройствам для автоматической балансировки тензометрического моста, и может быть использовано при измерении де.формаций.

О

Известно тенэометрическое устройство с автоматической устдновкой ну ля, содержащее тензомост, усилитель с двумя входами, один иэ которых подключен к выходу тензомоста, цепь обратной связи, выполненную в виде интегратора, один вход которого подключен к выходу усилителя, а другой - к точке нулевого потенциала электрической схемы устройства, преобразователя аналог - код - аналог, выполненного в виде компаратора, логического элемента НЕ, вход которого подключен к выходу компаратора, двух логических элементов

И, один вход одного из которых подключен к выходу компаратора, а один вход другого — к выходу элемента НЕ, реверсивного счетчика, входы которого подключены к выходам элемента

И, резистивной матрицы, вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика, усилителя-сумматора, один вход которого подключен к выходу матрицы, а выход — к другому входу З-0 компаратора генератора тока сдвига выход которого подключен к другому входу усилителя-сумматора, электронного ключа, выход которого подключен к другим входам элементов И, 35 а один вход — к выходу времязаддющего генератора, дифференцирующей цепи, выход которой подключен к другому входу электронного ключа, и генератора тактовых импульсов, подклю. ченного к дифференцирующей цепи, один вход преобразователя подключен к выходу интегратора, другой — к выходу времязадающего генератора, и резистор, включенный между выходом преобразователя и другим Входом усилителя (1) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для автоматической балансировки тензометрического моста, содержащее тензомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подключенный к диагонали питания тензомоста, компаратор, вход которого подключен к выходу измерительного усилителя, цепь обратной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего из последователь- 60 но соединенных генератора тактовых импульсов, запоминают@го регистра и цифроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тенэомоста j2$.

Недостатком известных устройств является то, что они не обеспечивают автоматическую балансировку тенэомостов при питании их раэнополярным прямоугольным импульсным напряжением, так как эти устройства не осуществляют изменение знака выходного компенсирующего напряжения в противофазе с изменением знака напряжения питания тензомоста, вследствие чего один полупериод йапряжения рдэбдлансд тенэомоста пОСле окончания балансировки остается не скомпепсированным, зд счет чего возникает значительная погрешность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет обеспечения автоматической балансировки тензометрического моста при питании тенэомоста разнополярным прямоугольным импульсным напряжением.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство для автоматической балансировки тенэометрического моста, содержащее тенэомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подлюченный к диагонали питания тенэомоста, компаратор, вход которого подключен к выходу измерительного усилителя, це"ь обратной отрицательной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминающего регистра и цифроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тензомоста. снабжено операционным усилителем. выход которого соединен с измерительной диагональю тензомоста, двумя схемами ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, D -триггером. Р5 триггером. схемой управления с ключом,шунтирующим неинвертирующий вход операционного усилителя,формирователем прямоугольных раэнополярных импульсов с ключом, вход операционного усилителя соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения, вход схемы управления соединен с выходом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,один вход которой соединен с диагональю питания тензомоста,а второй входс выходом D-триггера,С-вход которого соединен с прямым выходом формирователя прумоугольных раэнополярных импульсов и входом запоминающего регистра, Э -вход 9 -триггера соединен с выходом компаратора и входом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход

g -триггера соединен с входом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход формирователя прямоугольных раэ1095031,нополярных импульсов соединен с од- ним входом генератора тактовых импульсов и Г -входом Рб -триггера, 5-вход которого через конденсатор соединен с выходом второй схемы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход Ю -триггера соединен с вторым входом генератора тактовых импульсов.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства для автоматической балансировки тензометрического моста, на фиг,2 — эпюры напряжений при положительном напряжении на выходе измерительного усилителя; на фиг.3 то же, при отрицательном напряжении.

Устройство содержит тензометри- 15 ческий мост 1, к измерительной диагонали которого подключен измерительный

Усилитель 2, источник питания, выполненный в виде генератора 3 прямоу- гольных раэнополярных импульсов, 20 включенный в диагональ питайия тенэомоста 1 и в цепь питания измерительного усилителя 2, компаратор 4, один вход которого подключен. к выходу измерительного усилителя 2, второй вход соединен с общим проводом, генератор 5 ступенчатого напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора б тактовых импульсов, регистра 7 и цифро-анало- 30 гового преобразователя,(ЦАП) 8, выход ЦАП 8 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 9, выход которого подключен к одной иэ вершин измерительной диагонали 35 тензомоста 1, формирователь 10 раэнополярных прямоугольных импульсов с ключом 11, ключ 12 со схемой 13 управления,шунтирующий неинвертирующий вход операционного усилителя 9, 4О схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, выход которой соединен со схемой 13 управле1 ния ключа 12, один вход схемы ИСКЛЮЧАКНЦЕЕ ИЛЙ 14 соединен с одной из. вершин диагонали питания тенэомоста

1, D -триггер 15, выход которого подключен на второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, С-вход 9 -триггера 15 соединен с прямым выходом формирователя 10 разнополярных прямоугольных. импульсов и запоминающим регистром

7, вторую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, один вход которой подключен к выходу

3 -триггера 15, второй вход схемы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛЙ 16 соединен с выходом компаратора 4 и Р -входом 2 -тригге- 55 ра 15, РС -триггер 17, 5 -вход которо.

ro через конденсатор 18 соединен с выходом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16,Я ° вход R5 -триггера 17 соединен с инверсным выходом формирователя 10 60 прямоугольных разнополярных импульсов и одним входом генератора 6 тактовых импульсов, а выход триггера 17 соединен с вторым входом генератора

6 тактовых импульсов. 65

Устройство для автоматической ба лансировки тензомоста работает следующим образом, При разбалансе тензометрического моста 1 на выходе измерительного уси лителя 2 появляется напряжение больше или меньше 0 В ° В зависимости от этого на выходе компаратора 4 уста- навливается напряжение положительной или отрицательной полярности, Предположим, что разбаланс тенэомоста 1 таков, что на выходе измерительного усилителя 2 положительное напря. жение фиг.2а) .. В этом случае на выходе компаратора 4 будет также положительное напряжение (фиг.2 б).

Это напряжение подается на один из входов схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и вход З -триггера 15, При замыкании ключа 11 формирова. тели 10 Разиополярных прямоугольных импульсоВ одновременно на вход С13 —тригге@а 15 и на регистр 7 поступает прямоугольный импульс положи- . тельной полярности, а на вход R . R5триггера 17 и вход генератора б тактовых импульсов - импульс отрицательной полярности (фиг,2 Ь).,Цлитель. ности этим импульсов равны и в несколько раз превосходят по времени постояннув времени верхней граничной частоты полосы пропускания из.мерительного усилителя 2. При этом на выходе 2 -триггера 15 устанавливается "1", которая поступает на второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, выходы запоминающего регистра 7 устанавливаются в состояние "0", на инверсном выходе R5 -триггера 17 также устанавливается "0". который, поступая на второй вход генератора

6. запрещает его работу на время действия "0" на его входе.

После окончания действия отрицательного импульса на входе генератора 6 и входекй5 -триггера 17 на выходе триггера 17 устанавливается

"1" (фиг.2 r, которая поступает на вход генератора б. и генератор начинает работать. Импульсы с генератора 6 заносятся в запоминающий регистр 7, который формирует на своих выходах сигналы, поступающие на ЦАП

8, формирующий, в свою очередь, ступенчато-падающее отрицательное напряжение фиг.2 д). Это напряжение поступает на инвертирующнй вход операционного усилителя 9. Неинвертирующий вход операционного усилителя 9 коммутируется ключом 12 с частотой питания тенэомоста 1.

Коммутация происходит следующим образом

С генератора 3, питающего тензомост 1, поступают импульсы на один вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, а на

1095031 втором входе действует напряжение с выхода D -триггера 15, определяемое положением компаратора. 4. При положительном напряжении на выходе измерительного усилителя 2 на одном входе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 с выхода р -триггера; 15 действует

"1", а на втором входе - импульсы питания тенэометрнческого моста 1.

В этом случае схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

14 работает как инвертор и напряжение на ее выходе имеет вид, показанный на фиг,2 е . При этом на неинвертирующий вход операционного усилителя 9 поступают импульсы (фиг,2ж), промодулированные ступенчато-падаю- 15 щим напряжением, поступающим с ЦАП

8, а на выходе операционного усилителя 9 формируются прямоугольные пи-. лообразные нарастающие импульсы (фиг,2 з). Эти импульсы подаются в 2р одну из вершин измерительной диагонали тензомоста 1 в противофазе импульсного напряжения, которое имеется на выходе измерительной диагонали при разбалансе тенэомоста 1 25 (фиг.2 и). Это нарастающее импульсное напряжение уменьшает на выходе измерительной диагонали импульсы до тех пор, пока напряжение на выходе из рительного усилителя 2 не станет 30 равным нулю (фиг.2 а), В этом случае компаратор 4 переходит в другое устойчивое состояние. Этот. перепад напряжения поступает на вход схемы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и вход Р З -триг. 35 гера 15. Прн этом на выходе схемы

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 формируется отрица тельный перепад напряжения (фиг.2 к),; дифференцирующийся с помощью конден-, 1 сатора 18 и поступающий на вход 3

85-триггера 17. На выходе этого триггера формируется "0", который, поступая на вход генератора 6, запрещает его работу, оставляя в регистре.7 запомйенное число.На выходе измерительного усилителя 2 устанавливается 0 В (фиг.2 а), а в одну иэ вершин измерительной диагонали тензомоста 1 непрерывно поступают импульсы постоянной величины до следующего режима балансировки. Время между балансировками используется для измерений.

Если на выходе измерительного усилителя 2 отрицательное напряжение вследствие раэбаланса тензомоста 1, то процесс автоматической балансировки аналогичен. Эпюры напряжений при этом будут такими, как изображены на фиг.3.

Введение новых элементов и связей в схему устройства позволило изменять знак выходного компенсирующего напряжения устройства балансировки синхронно с изменением полярности напряжения.питания тензомоста в противофазе импульсов раэбаланса. 3а счет компенсации обоих полупериодов разбаланса тенэомоста автоматическое ба» лансировочное устройство позволяет производить балансировку тенэомостов, эапитываемых как раэнополярным импульсным напряжением, так н напряжением постоянного тока.

При применении в автоматическом балансировочном устройстве десятираэрядного UptI точность балансировки достигает + О, 1%.

1 095031

Фиг.3

Физ.2

Составитель В.Писаревский

Редактор С.Пекарь Техред A.Ач

КорректорН.Зинзикова

Подписное

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

Заказ 3580/23 Тираж 587

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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