Устройство для измерения ускорения
Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения. Устройство содержит силовой компенсатор 1, состоящий из управляющей токовой обмотки 2 и воспринимающего злемента 3,аналого-цифровой преобразователь 4,реверсивный счетчик 5 импульсов, тензорезисторы 6 и 7, корпус 8, смежные плечи 9 моста, резисторы 10 и 11, усилитель 12, фазочувствительный выпрямитель 13, генератор 14 переменного напряжения, измерительный преобразователь 15. Для обеспечения автоматической компенсации смещения нуля устройство содержит реверсивный счетчик 16 импульсов , фазочувствительный выпрямитель 13 и цифроаналоговый преобразователь 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает то, что частота на выходе измерительного преобразователя 15 будет иметь две составляющие, пропорциональные соответственно входному напряжению и производной от него, а регулировка соотношения между этими составляющими выполняется путем изменения коэффициента деления делителя напряжения. 4 ил. § (Л с кэ ел 1C ч 00
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„.80„„12527 О А1 (51) 4 G 01 P 15/08
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3789046/24-10 (22) 11. 09. 84, (46) 23.08.86. Бюл. Ф 31 (72) С. В. Куликов, В. А. Карелов и Л. В. Крюков (53) 531. 768 (088. 8) (56) Электрические измерения неэлектрических величин. /Под ред.
П.В. Новицкого. Энергия. 1975, с . 444-448.
Кноринг В.Г.7 Рукина Л.К. Новый метод построения цифровых компенсационных приборов для измерения механических величин: Труды ЛПИ имени
М. И. Калинина У 256 . Цифровые измерительные и управляющие устройства, 1965, с. 3-9. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКО-
РЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения. Устройство содержит силовой компенсатор 1, состоящий из управляющей токовой обмотки 2 и воспринимающего элемента
3, аналого-цифровой преобразователь
4, реверсивный счетчик 5 импульсов, тензорезисторы 6 и 7, корпус 8, смежные плечи 9 моста, резисторы
10 и 11, усилитель 12, фазочувствительный выпрямитель 13, генератор
14 переменного напряжения, измерительный преобразователь 15. Для обеспечения автоматической компенсации смещения нуля устройство содержит реверсивный счетчик 16 импульсов, фаэочувствительный выпрямитель 13 и цифроаналоговый преобразователь 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает то, что частота на выходе измерительного преобразователя 15 будет иметь две составляющие, пропорциональные соответственно входному напряжению и производной от него, а регулировка соотношения между этими составляющими выполняется путем иэ— менения коэффициента деления делителя напряжения. 4 ил.
12527 3 ) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорения.
Цель изобретения — поньппение точности измерения.
На фиг.1 показана функциональная схема устройства, на фиг. 2 а, б — варианты ныполнения конструкции силового компенсатора, упругого и воспринимающего элементов," фиг.3— схема измерительного преобразова10
Силовой компенсатор 1 может быть выполнен либо на обратимом магнитоэлектрическом преобразователе теля.
Устройство содержит силовой компенсатор 1, состоящий иэ управляю. щей токовой обмотки 2 и восприни- 15 мающего элемента 3. Управляющая токовая обмотка 2 соединена с днухполярным токовым выходом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 4, соединенного своим входом с выходом ревер инного счетчика 5 импульсов.
Воспринимающий элемент 3 жестко связан с упругими элементами в виде двух механически дифференциально включенных тензорезисторов 6 и 7, 25 жестко связанных с корпусом 8 устройства. Тензореэисторы 6 и 7 электрически включены в смежные плечи 9 моста, другими плечами которого являются резисторы 1 ) и 11. Мост 9 зр одной диагональю через усилитель 12 подключен к измерительному входу фазочунствительного выпрямителя 13, а другой — к его опорному входу, связанному с выходом генератора 14 переменного напряжения.
Знаковый выход фазочунствительного выпрямителя 13 подключен к управляющему входу реверсивного счетчика
5 импульсов, а уровневый выход — к 40 входу измерительного преобразователя
15, выход которого связан со счетным входом реверсивного счетчика 5 импульсов (фиг.1).
С целью обеспечения автоматичес- 45 кой компенсации смещения нуля устройство содержит дополнительные последовательно соединенные реверсинный счетчик 16 импульсов, входы которого связаны со знаковым и уров
50 невым выходами фазочунствительного выпрямителя 13, и ЦАП !7 параллельно подключенный своим двухполярным токовым выходом к управляющей токо— вой обмотке 2 силового компенсатора 1.
55 (фиг. 2а), либо, с целью повьппения точности и быстродействия, на обратимом электродинамическом преобразователе (фиг.2 б) °
Измеряемое ускорение преобразуется в силу которая воздействует на воспринимающий элемент 3, вызывая увеличение сопротивления одного тензорезистора и уменьшение другого. Выходной сигнал снимается в ви де тока, который обычно точно преобразуется с помощью преобразователя тока в частоту, вход которого включается последовательно с высокоомным выходом ЦАП 4 (сопротивление нагрузки 18, на фиг.1). В виде кода выходной сигнал можно снять со входа ЦАП 4.
Устройство работает следующим образом.
Перед измерением -на запрещающие
U 2 и Uî, э U . IIpH этом счетчики 5 и 16 обнуляются, а сигналы на счетном (С) и знаковом (+) входах не вызывают изменений состояний этих счетчикон. Затем при нулевом значении измеряемой неличины сии мают запрещающее U и обнуляющее Б „„ напряжения на дополнительном счетчике 16. При этом включается цепь отрицательной обратной связи и обусловленный смещением нуля сигнал рассогласования, преобразованный в напряжение на выходе моста 9, подается на вход усилителя 12, а после усиления — на измерительный вход (U ) фазочувствительного выпряминх теля 13 . На опорный вход фазочувствительного ныпрямителя 13 постоянно поступает переменное напряжение (синусоидальное, прямоугольное или импульсное) от генератора 14. В результате на знаковом выходе (i) фазочувствительного выпрямителя 13 åeì напряжение, полярность которого соответствует знаку обусловленного смещения нуля сигнала рассогласования, а на уровневом выходе (U, ) — напряжение, пропорциональное значению этого сигнала рассогласования, которое поступает иа вход измерительного преобразователя 15 напряжения в частоту импульсов . 1252730 15 25 35 45 55 Сигнал с выхода измерительного преобразователя 15 напряжения в час тоту одновременно со знаковым сигналом с выхода фаэочувствительного выпрямителя 13 подается на дополнительный реверсивный счетчик 16 импульсов, в котором выполняется интегрирование частоты,а результат интегрирования в виде кода поступает на ЦАП 17, где пропорционально преобразуется в ток соответствующей полярности. Этот ток поступает в ниэкоомную токовую обмотку 2, воздействуя на воспринимающий элемент 3 до тех пор, пока напряжение на выходе моста 9 не станет равным нулю, При этом в дополнительном счетчике 16, а следовательно, и в ЦАП 17 происходит запоминание ошибки от смещения нуля. После этого вновь подают напряжение Бк на запрещающий вход дополнительного счетчика 16, а затем снимают зепрешающее U>, и обнуляющее Бщ напряжения с нходов (V и R) основного счетчика 5. После коррекции ошибки выполняют измерение ускорения. Во время измерения ускорения через основной счетчик 5 и ЦАП 4 включается цепь отрицательной обратной связи, которая работает также, как и при коррекции ошибки от смещения нуля. Разница заключается в том, что выходной ток ЦАП 4,воздействуя через токовую обмотку 2 на воспринимающий элемент 3, уравновешивает силу, в которую преобразуется измеряемое ускорение, т.е. выполняется соотношение KP„ „,, где I — ток на выходе вык ЦАП 4, P „ — измеряемое ускорение. При этом погрешность от смещения нуля исключается из результата измерения. Ввиду того, что в основной контур устройства введен интегрирующий ЦАП, при использовании некоторых типов силовых компенсаторов может возникнуть неустойчивый режим. Для повышения устойчивости частотноимпульсной системы в нем измерительный преобразователь 15 напряжения в частоту выполнен так, что входное преобразуемое напряжение одновремен но вместо постоянного порогового напряжения подается на пороговый (прямой) вход блока сравнения, В этом случае частота на выходе преобразователя 15 имеет, кроме составляющей, пропорциональной входному напряжению, состанляющую, пропорциональную производной от входного напряжения преобразователя 15. Такой измерительный преобразонатель напряжения и производной от него в частоту импульсов со следующим уравновешиванием показан на фиг.3. Он содержит интегратор 19, выполненный на операционном усилителе 20 с резисторами 21 и 2? на входе и конденсатором 23 н цепи отрицательной обратной связи.Его выход связан с инверсным входом блока 24 сравнения, выхоq которого подключен к генератору 25 одиночных импульсов (ГОИ). С выхода ГОИ 25 сигнал поступает на ключ 26, замыкая его но время импульса и тем самым подключая источник 27 опорного напряжения к интегратору 19. От источника 28 преобразуемого напряжения (от уровненого выхода фазочунстнительного выпрямителя 13 на фиг.1) напряжение U,,подается на вход интегратора 19 и одновременно (на фиг.1 показано пунктиром) на прямой вход блока сравнения либо непосредственно (на фиг.3 показано пунктиром), либо через регулируемое усилительно-делительное устройстно 29, состоящее иэ последовательно соединенных усилителя ЗО и делителя 31 напряжения. При таком построении измерительного преобразователя частота на выходе имеет дне составляющие, пропорциональные соответственно входному напряжению и производной от него, а регулировка соотношения между этими составляющими выполняется путем изменения коэффициента деления делителя 32 напряжения. Формула изобретения Устройство для измерения ускорения, содержащее размещенные н корпусе силовой компенсатор, воспринимающий элемент которого жестко связан с упругим элементом датчика, а управляющая токовая обмотка соединена с выходами гервого и второго цифроаналоговых преобразователей, входы которых соединены соотнетсттензорезисторах, жестко связанных одними концами с воспринимающим элементом, а другим с кор15 пусом.. ! Л4 N ялеялтри еслому 8 елм еяясморм (ресмясиеае я е или смияюемвге рс е яудстйлтсль м с re УлраЬяюи ая лтояояая одмолтяа Ьос лрияимоющ елемелл9 (Ilocllt ter a I + — Ф-— г Таязфрезиссяоръ еооаемие имс л)рияесяому мослзу Л электра«есяъ у есл7у Теяеарееисиьо даеме» ияи оослриреи» ереме нщ Улрайляюи ая люл аУая ао молъю Теязаре зисяюри мме ияи сми Оилиеал ара люла N злелтри чеоаму мослу 3 Фи я. я Составитель А. Пашков Редактор О. Бугир ТехРед В .Кадар Корректор Л. Патай Заказ 4618/46 Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 I венно с выходами первого и второго реверсивных счетчиков импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерения, датчик выполнен в виде тенэометрического моста, а в устройство введены генератор, усилитель рассогласования, фаэочувствительный выпрямитель и измерительный преобраэс атель, выход которого соединен с первыми входами первого и второго реверсивных счетчиков, вход — с вторым выходом фаэочувствительного выпрямителя, первый выход которого соединен с вторыми входами первого 252730 Ф Р и второго реверсивных счетчиков,первьп1 вход фазочувствительного выпрямителя соединен с генератором,второй — с выходом усилителя рассогласования, вход которого соединен с одной диагональю тенэометрического моста, с другой диагональю которого соединен генератор, при этом тензометрический мост выполнен на двух 10 постоянных резисторах и двух механически дифференциально включенных
