Автоматически уравновешиваемый четырехплечий мост

 

АВТОМАТИЧЕСКИ УРАВНОВЕШИВАЕШЙ ЧЕТЫРЕЗОШЕЧИЙ МОСТ, содержащий в соответствующих плечах клеммы для подключения объекта измерения, два постоянных резистора, управляемый магазин проводимостей, источник питания , подключенный к вершинам диагонали питания четырехплечего моста, нульорган , подключенный входом к одной вершине измерительной диагонали, блок управления, присоединенный входом к выходу нуль-органа, а выходом к управляемому магазину проводимостей, отличающийся тем, что. с целью повышения помехозащищенности моста, в него введены два усилителя напряжения, дифференцирующая RC-цепочка , дополнительный резистор, переключатель , блок контроля, причем блок контроля подключен одним входом к выходу дифференцирующей RC-цепочки , другим - к выходу источника питания, третьим - к выходу блока управления, а выходом - к управляющему выводу переключателя, вход которого соединен с выходом дифференцирующей КС-цепочки, первый выход с дополнительным резистором, второй выход - с первым входом одного из § усилителей напряжения, один выход (Л которого подключен к вершине измерительной диа1Ьнали четырехплечего моста, а другой - к входу нуль-органа , другой усилитель напряжения, подключенный своими входами к вершинам измерительной диагонали четырехплечевого моста, выходом - к входу дифференцирующей RC-цепочки, второй ел выход второго усилителя напряжения, о второй вьюод резистора дифференцируюСП щей RC-цепочки, второй вывод дополниел тельного резистора и второй вход 4; первого усилителя соединены общей шиной.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1(50 С 01 R 17/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCXOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3621106/24-21 (22) 13.07.83 (46) 15.04.85. Бюл. Р 14 (72) В.Л.Головкин, А.К.Шашурни, А.С.Шапошников, А.А.Красильников, А.Н.Серьезнов, А.Н.Кузнецов и А.И.Адонин (71) Московский ордена Ленина и орде- на Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621. 317. 733 (088. 8) . {56) Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П.В.Новицкого. М., "Энергия", 1975, рис.5-8.

Авторское свидетельство СССР

Р 600457, кл. G 01 К 17/10, 1975. (54)(57) АВТОМАТИЧЕСКИ УРАВНОВЕШИВАЕИЫЙ ЧЕТЫРЕХПЛЕЧИЙ МОСТ, содержащий в соответствующих .плечах клеммы для подключения объекта измерения, два постоянных резистора, управляемый магазин проводимостей, источник питания, подключенный к вершинам диагонали питания четырехплечего моста, нульорган, подключенный входом к одной вершине измерительной диагонали, блок управления, присоединенный входом к выходу нуль-органа, а выходомк чправляемомт магазин проводимостей, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, „„SU„„1150554 А с целью повышения помехозащнщенностн моста, в него введены два усилителя напряжения, дифференцирушщая RC-цепочка, дополнительный резистор, переключатель, блок контроля, причем блок контроля подключен одним входом к выходу дифференцирующей R С-цепочки, другим — к выходу источника питания, третьим - к выходу блока управления, а выходом — к управляющему выводу переключателя, вход которого соединен с выходом дифференцирующей RC-цепочки, первый выход— с дополнительным резистором, второй выход — с первым входом одного из с усилителей напряжения, один выход которого подключен к вершине измери-. тельной диагонали четырехплечего моста, а другой - к входу нуль-орга- С на, другой усилитель напряжения, подключенный своими входами к вершинам измерительной диагонали четырехплечевого моста, выходом — к входу дифференцирующей RC-цепочки, второй выход второго усилителя напряжения, © второй вывод резистора дифференцирую- Ю щей ЯС-цепочки, второй вывод дополни- CR тельного резистора и второй вход CA первого усилителя соединены общей ффЬ шиной.

1150554

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при тензоизмерениях.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности автоматичес- 5 ки уравновешиваемого четырехплечего моста.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема прредложенного устройства; на фиг. 2 — временные диа- граммы; на фиг. 3 — структурная схема блока контроля; на фиг. 4 — диаграм-. мы выходных напряжений.

Автоматически уравновешиваемый четырехплечий мост содержит. клеммы для:подключения объекта измерения 1, постоянные резисторы 2 и 3, управляемый магазин проводимостей 4, включенные в плечи моста, источник питания 5, подключенный к вершинам диагонали питания моста, нуль-орган 6, подключенный одной клеммой его входа к вершине 7 измерительной диагонали моста, блок 8 управления, присоединенный входом к выходу 9 нуль-органа, а выходом — к управляющему входу магазина проводимостей 4, усилитель 10 напряжения, подключенный входами к вершинам 7 и 11 измерительной диагонали четырехплечего моста, дифференцирую- ЗО щую цепочку, составленную из конденсатора 12 и резистора 13, соединенную входом с выходом усилителя 10, усилитель 14 напряжения с симметричным выходом, один вывод которого соединен З5 с вершиной 1 1, а другой — с входной клеммой 15 нуль-органа б, переключатель 16 на два направления с выводом (контактом) 17, подключенным к выходу 18 дифференцирующей цепочки,щ дополнительный резистор 19, подключенный одним выводом к общей шине соединения усилителей 10 и 14 и резистора 13, а другим выводом — к выводу (контакту) 20 первого направления пе-45 реключателя 16, тогда как вывод (контакт) 21 второго направления переключателя подключен к входу усилителя 14, блок 22 контроля, первый вход 23 которого подключен к выходу 5р источника питания 5, второй вход 24к выходу 18 дифференцирующей цепочки, третий вход 25 — к одному из выходов блока 8 управления, а выход 26 блока контроля соединен с управляющим выво- 55 дом 27 переключателя 16.

Усилители 10 и 14 должны быть выполнены широкополосными быстродейст-. вующими усилителями постоянного напряжения с высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Их полоса пропускания должна быть такси, чтобы пропускать с малыми искажениями импульсы, соизмеримые IID длительности и амплитуде с импульсами разбаланса на измерительной диагонали моста.

Модуль коэффициента передачи цепи усилитель 10, конденсатор 12, резистор 13, переключатель 16 с замкнутыми контактами 17 и 21, усилитель 34 в полосе пропускания должен ,быть близким к единице (при равен;тве его 1 обеспечивается 100Х-ная

:омпенсация помех). Значение сопрогивления резистора 19 должно быть ного меньшим сопротивления резистора 13.

Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 2, где импульсное напряжение U источника питания моста (фиг. 2 а) ради общности рассмотрения показано двухполярным.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение раэбаланса 0р моста (фиг. 2 б) в отсутствие помех по форме подобно напряжению питания моста. В современных мостах с питанием двухполярными импульсами нульорган измеряет значения V (1 ) и V<(k<) напряжения разбаланса в моменты 1 и 1, отнесенные от моментов „ и начал полуволн импульса питания. По результатам измерений значений О„(1 ) и u, (,,) в нуль-органе формируются пропорциональные импульсы V»„(фиг. 2 в), а на выходе нуль-органа — импульс с амплитудой пооцорциональной U9 = (u<(<>) (фиг. 2 r). Если питание моста осуществляется однополярными импульсами, то выходной сигнал нульоргана V> пропорционален только

Vp(

Напряжение помехи в измерительной диагонали L q (фиг. 2 д) накладывается на напряжение разбаланса Ур.

Если выходное напряжение V (напряжение компенсации) усилителя 14 равно нулю, что имеет место при замкнутых контактах 17 и 20 переключателя 16, то напряжение „ на входе нуль-органа равно суммарному напряжению U +U<= V, в диагонали моста (фиг. 2 е). При этом нуль-орган изме3 11505 ряет полезный сигнал вместе с помехой, т. е. БР(, )+О„(Ф2 ) H Op( (фиг. 2 ж), и вырабатывает сигнал, пропорциональный разности этих напряжений, который (фиг. 2з) может существенно (даже по знаку) отличаться от выходного сигнала нуль-органа в отсутствие помехи (сравни фиг.2 г и з). Таким образом в отсутствие компенсации помехи (как в прототипе 10 или при разомкнутой цепи компенсации, выполненной на элементах 10, 12, 13, 16 и 14 данного устройства) помеха может срывать работу нуль-органа и моста в целом. 15

Компенсация помехи обеспечивается следующим образом..

В моменты „ и 1 переключатель 16 находится в состоянии замкнутости контактов 17 и 20; при этом резис 20 тор 13 зашунтирован дополнительным резистором 19 с низким сопротивлением, постоянная времени RC-цепи с конденсатором 12 и резисторами 13 и 19 мала, чем обеспечивается быстрый за- >5 ряд емкости конденсатора до напряжения разбаланса моста. В момент „+ Е,, где 1 — время задержки, определяемое действием блока контроля 22, по сигналу 0 на выходе блока 22 30 (фиг. 2 и) переключатель 16 коммутируется с размыканием контактов 17 и 20 и замыканием контактов 17 и 21, постоянная времени конденсатора 12 многократно увеличивается, после него 5 все изменения напряжения (помехи) в измерительной диагонали моста через раэвязывающий усилитель и емкость передаются на резистор 13 (фиг. 2 к) и вход усилителя 14, почти не изме- 4р няя напряжения на емкости (из-за большой постоянной времени), а значит и не искажаяеь. Усилитель 14 передает напряжение в диагональ моста (фиг. 2 л). При этом уже установив- 4S шееся напряжение разбаланса не проникает на выход усилителя 14, а напряжение помехи, поступающей на мост после момента, + t,, вводится в диагональ моста между клеммой 15 и вер- у шиной 11 в такой же полярности, в какой оно присутствует на вершинах диагонали 7 и 11. В результате этого напряжение на входе нуль-органа

U1, =U +О„-0 не содержит (нли поч- gg ти не содержит, если U близко, но не равно точно U„) напряжения помехи, поскольку оно компенсируется

54 4 напряжением компенсации 0„ т.е. 0 „ имеет вид, показанный на фиг. 2 б. Поэтому нуль-орган реагирует только на сигнал разбаланса, но не на помеху. После срабатывания нуль-органа по сигналу блоков управления, поступающему на вход 25 блока контроля, блок 22 переключает переключатель 16 в исходное состояние с замкнутыми контактами 17 и 20.

Блок контроля предотвращает замыкание контактов 17 и 21 переключателя 16 в присутствии помехи и до окончания переходного процесса реакции моста на импульс питания — во избежание фиксации на конденсаторе 12 напряжения, отличающегося от установившегося значения напряжечия разбаланса и возможного вследствие этого формирования ложного напряжения 0„.

Блок контроля может быть выполнен, например, по структурной схеме, приведенной на фиг. 3. Тогда он содержит компаратор 28, дифференциатор 29 с компаратором 30 на -его выходе, интегратор 31 с компаратором 32 на его выходе, сумматор 33, присоединенный входами к выходам компараторов 28 и 30, дифференцирующую цепь 34, присоединенную входом к входу 23 блока, формирователь 35, присоединенный входом к выходу цепи 34, триггер 36, присоединенный одним входом к выходу формирователя 35, одновибратор 37, присоединенный входом к выходу формирователя 35, ключ 38, соединенный сигнальным входом с выходом компаратора 32, а управляющим входом — с выходом сумматора 33, триггер Шмитта 39, соединенный входом с выходом ключа 38, одновибратор 40, присоединенный вхопом к выходу триггера 39, одновибратор 41, соединенный входом с выходом формирователя 35, триггер 42, присоединенный входами к выходу одновибраторов 40 и 41, а выходом — к входу обнуления интегратора 31,,сумматор-вычитатель 43 с триггером Шмитта 44 на его выходе, присоединенный суммирующими входами к выходам триггера 36, одновибратора 37, а вычитающими входами - к выходам компаратора 32, сумматора 33, источник 45 постоянных напряжений управляемого значения, управляющий вход которого соединен с входом 25 блока, а выходы соединены с входами опорных напряжений компараторов 28, 1150554

30 и 32, причем выход триггера Шмит-: та 44 присоединен к выходу 26 блока, j вход 24 блока соединен с входами элементов 28, 29 и 3 1, а вход 25 блока - с вторым входом триггера 36. 5

Работа блока поясняется диаграм" мами на фиг. 4, где показаны выходные напряжения соответствующих элементов.

Напряжение U> на входе 24 блока, порождаемое переходными процессами и помехами, анализируется элементами 28 - 32, причем значения опорных напряжений на входах компараторов устанавливаются источником 45 в зави- симости от номера устанавливаемого в данном цикле работы моста разряда

° магазина проводимостей 4 по сигналу блока 8 управления на входе 25 блока; эти напряжения тем меньше, чем мпад ше разряд. По окончании переходного процесса установления напряжения разбаланса после поступления импульса Ц (фиг. 4 а) в отсутствие помех напряжение U мало и несущественно изменяется, йоэтому на выходах компараторов напряжений нет (интегратор в состоянии обнуления удерживается триггером 42 в течение времени 4е1, превышающего длительность переходного процесса), а выходное напряжение сумматора 43 и состояние триггера 44 (Фиг. 4 з) определяются только:выходными напряжениями триггера 36 и одновибратора 37, возбуждаемых фронта- И ми 0„ через элементы 34 и 35 (фиг. 4 а — д). Длительность импульса одновибратора 37 должна быть несколько больше статистически определенной максимальной длительности 40 видеоимпульса помехи. Прямоугольный импульс помехи (фиг, 4 е) порождает напряжение Uqq, интеграл которого равен нулю, и если V„(k,+%„) 0

4 )K), то fо = а„(фиг 4

Прямоугольный импульс V заканчивающийся после „ + „(фиг. 4 и), задерживает стремление к нулю выходных напряжений элементов 28 и 33, поэтому в данном случае, (фиг.4 к).

Импульс Ц,, накрывающий момент (фиг. 4 л) или непрямоугольный (фиг. 4 м), обусловливает неравенство нулю интеграла от l3 + (фиг. 4 н) .

Но в этом случае в результате приближения к нулю напряжения на выходе сумматора 33 (после окончания помехи) открывается ключ 38, триггер 39 возбуждается выходным напряжением компаратора 32, возбуждает одновибратор 40 (фиг. 4 о), который спустя время 4< (длительность его импульса) возбуждает триггер 42 (фнг. 4 п), обнуляющнй интегратор 31, выходное напряжение компаратора 32 становится равным нулю, срабатывает триггер 44 (фиг. 4 р). Требование к значению

Таким образом, данное устройство ,защищено от импульсных помех с длительностью импульса до Ор3 — б,5 длительности 4 полуволны одной полярности импульса питания моста (и =

100 мкс для базового объекта). Типовые импульсные помехи имеют длительности до 1-5 мкс, которые находятся в диапазоне эффективного действия данного устройства.

1150554

1 15055.

К

Уу

Ж

Ь фиг.

1150554

ВНИИШ1 Закая,213б/34 Тираж 748 Подписное

Филиал ШШ "Пвтеит", t.Óèãîðîä, ул.Проектная, 4