Тензометрическое устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Целью изобретения является повьшение точности измерений за счет получения более линейной выходной характеристики. Нелинейность выходной характеристики тензометрического устройства составляет 0,3%. Для преобразования сигнала с тензорезисторов I и 2 во временной интервал служат введенные в устройство конденсатор 8 и компаратор 9. Генератор 12 тактовых импульсов и реверсивный счетчик I1 позволяют измерять этот интервал с высокой точностью. Счетчик 10 циклов повышает разрешающую способность устройства. Буферный регистр 16 фиксирует результаты измерений, формирователь 14 импульсов, линия 15 задержки и схема 13 И участвуют в управлении процессом измерения и необW ходимы для работоспособности устройства , 5 ил. ю кэ

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1 11 4 G 0! В 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3924691/25-28 (22) 10.07.85 (46) 23.11.86, Бюл. У 43 (72) С,Т.Свирин, Г.А,Абрамчук, Ю.И.Белоносов, А.Г.Стрижко и 1О.В.Димчук (53) 531.781.2(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 352132, кл. G 01 В 7/16, 1970.

Авторское свидетельство СССР

В 521454, кл. G 01 В 7/16, 1974. (54 ) ТЕНЗОМЕТРИЧЕС КОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет получения более

„„SU„„1272100 А1 линейной выходной характеристики.

Нелинейность выходной характеристики тенэометрического устройства составляет 0,37, Для преобразования сигнала с тензорезисторов 1 и 2 во временной интервал служат введенные в устройство конденсатор 8 и компаратор 9. Генератор 12 тактовых импульсов и реверсивный счетчик 11 позволяют измерять этот Интервал с высокой точностью. Счетчик 10 циклов повышает разрешающую способность устройства. Буферный регистр 16 фиксирует результаты измерений, формирователь 14 импульсов, линия 15 задержки и схема 13 И участвуют в управлении процессом измерения и необходимы для работоспособности устройства. 5 ил.

1?i

ИЗОбргтЕНИЕ ат11оСИ7 Ся К И "3МЕр1— тельной технике и может быть и<170JII, эовано 1цля измерения деформаций вращающихся объектов„

Цель изобретения — повыщение то«ности измерений за счет получения более линейной выходной характеристики, а также обработки сигнала с тензорезисторов цифровыми методами.

На фиг. пред< тавлена блок-схема тензометрического устройства; на фиг, 2 — диаграмма работы тенэометрического устройства, на фиг. 3 график изменения напряжения на датчике тока и на входе компаратора, на фиг, 4 — эквивалентная схема измерения деформации, на фиг. 5 — выходная характеристика.

Тензометрическое устройст1зо содержит активный тенэореэистор компенсационный тензарезистор 2, два диода 3 и 1, токосъемник 5, источник питания (например, генератор 6 синусоидального напряжения), дат«ик 7 тока, конденсатор 8, компараiop 9, счетчик 10 циклов, реверсивный счетчик 11, генератор 12 тактовых импульсов, схему И 13, формирователь

14 импульсов, линию 15 задержки, буферный регистр 1б, регис.тратор 17.

Первый вывод активного тензорезистора 1 соединен с анодом первого диода 3„ первый вывод компенсационного тензорезистора 2 соединен с катодам второго диода 4, вторые вывоцы активного 1 и компенсационногo ? тензореэисторав, соединены с первым выводом вращающейся части токосъем-. ника 5, катод первого 3 и at.oц второ.

ro 4,циодов соединены с зторым выводом вращающейся части токасьемника 5, Первый вывод неподвижной части токосъемникà 5 соединен с первым выходом генератора б синусоидального напряжения, второй вывод токосъемника 5 соединен с EIepвым выводом датчика 7 тока и через ко:1денсатор

8 с первым входом компаратора 9.

Второй вывод датчика 7 ;.ока соединен с вторым выходом генератора 6 синусоидальнаго напряжения и втооым входом компаратора 9. Выход компаратора 9 соединен с входом управления реверсивного счетчика 11 и с входом счетчика IO циклов, вь<ход счетчика 10 циклов соединен с первым вхо-дам схемы И 13 и с входом формирователя 14 импульсов, в:"1ход фармиро1зателя 14 импульсов соединен с входом 1 1 <10

3a1t1i<1и буфер); Зг

J73IEIE÷î 15 задержки е вх< дом сброса реверсив17<зго c«cò«itêa 11, генератор

l ? T B I< T o H b1 х и м77 У31 1 с о н с О Р пи н е н с В т Орь<м входом схемы И 13, выход которой соединен са < чети <м входом реверсивного счетч1-:ка 11, а выход реверсивного счетчика 11 соединен с информационным вхсдом буферного регистра

1О 16, выход которого соединен с регистратором 17, Тенэометрическое устройство работает следуннцим образом.

Генератор 6 синусоидального напряжения вырабатывает синусоидальное напряжение стабильной частоты (фиг. 2 a). Во время 17олажительной полуволны напряжения так течет через активный теизареэистор 1, а во вреN мя отрицательной — через компенсационный тенэореэистар 2. Поэтому на датчике 7 тока появляется напряжение несимметричной формы (фиг. ?а), поступающее через конденсатор 8, котоpbN подавляет постоянную составляю щую на вход компаратора 9 ° На входе компаратора 9 формируются и<я7ульсы (фиг. 2 б), котор Ie поступают на вход счетчика 10 циклов и на управ1Q ляющий вход реверсивного счетчика

11. Когда на. выхоце кампаратора 9 (фиг. 2 ) сигнал логического нуля, реверсивный счетчик 11 работает в режиме прямсго счета, если на выхо>, де компаратора 9 сигнал логической единицы, реверсивный счетчик 11 работает в реяп<ме обратного счета.

Счетчик 10 циклов срабатывает по заднему франту па11ожительных импульсов, поступающих Iia его вход, а с его выхода сигнал (фиг, Zg) поступает на вход формирователя 14 импульсов и на первь;й вход схемы И 13, Когда на выходе с етчика 1О циклов

Д присутствует сиги,зп логической единицы, на счетный зхад реверсивного счетчика 11 с ген ратора 12 тактовых импульсов через схему И 13 (фиг. 2u) поступапт импульсы высокой и стабильной частоты, если на у1 выходе сче чика 1О циклон присутствует сигнал логического нуля, схема

И 13 не про:пускае; на вход реверсивнога счетчика 11 импульсы с генератора 12 так:тавых импульсов (фиг.2 )..

Па заднему фронту положительного

55 импульса, гзоступанщсго с выхода. счетчика 10 цикл<зв на вход формирователя

14 импульсов, фор ирователь 14 им3 12 пульсов вырабатывает короткий положительный импульс (фиг. 2 е), который поступает на вход записи буферного регистра 16, в результате в буферный регистр 16 переписывается информация иэ реверсивного счетчика !1.

Таким образом, в буферный регистр

l6 записывается число б. — б

И=(п-1)

Т где и — число импульсов, необходимое для заполнения счетчика 10 циклов; — длительность отрицательного

1 импульса на выходе компаратора 9; — длительность положительного импульса на выходе компаратора 9;

Т вЂ” период следования импульсов генератора 12 тактовых импульсов.

Далее положительный импульс с выхода формирователя 14 импульсов,задержанный линией 15 задержки на время 1 В (фиг. 2збс1, поступает на вход сброса реверсивного счетчика 11 и обнуляет его, тем самым подготавливая к новому циклу измерения ° При появлении на выходе счетчика 1О циклов положительного импульса цикл измерения повторяется. Иэ буферного б регистра 16 информация поступает в регистратор 17 где преобразуется в форму, удобную для считывания оператором, Выходная характеристика тенэометрического устройства определяется графиком (фиг. 3), где кривая

ABCDEFGH является графиком функции напряжения на датчике 7 тока и функции напряжения на входе компаратора

9 от времени, в одном случае нулевому уровню соответствует прямая AI а в другом — прямая ВН, Площади фигур BCD u DEFGH равны, так как конденсатор 8 позволяет постоянную составляющую сигнала с датчика 7 тока.

Итак

BC3 DEFGH

=8 yg 1c; мьсфя мВвн еСВ еОР6 ЭЕо Рс,й.

Кривая ABCDE описывается уравнением .U =V sincdt (3) и кривая EFG уравнением

72!00 (4) U =V, я1п !t

1О (5) AM=NE=GL=x3

AH=EG= (6) ,ВМ=ЭМ=ОЕ=РС=НЬ= J sinulx; (7) с

8 =8 =с - Г, (8)

РЕС Мбб DNFO DNE перепишем формулу 2 в следующем виде:

« „, „

I V< siпа dt-V siпбах(— -х)= и

% а

cd х и

= J V sincdtdt+V sinu7x. — +2(Ч sinew

2 сс1

° x- f Ч sinWdt) (9)

V V !TV

cos(ll -dx)+ -б- cos x- -- sinu2x=

uJ сс! сб.б

2 V 1ГЧ„. 2V 2Ч

--- + --"- я1пах+ — с- соясахсс! cd cd (10) 25

35 ссГ я1п,с!х= Л (1 l )

2ПЧ1 . 2(V -Ч )

V -Ч я i псах=

Tl V

1 (12) откуда следует

45 1.V-V х= — агся1п

cd !1V, (l3) Рассмотрим эквивалентную схему измерения деформации, используемую в устройстве (фиг. 4), Амплитуда положительной полуволны напряжения на датчике 7 тока равна

V — R, (!4)

1 R, ьR+7R +P,7 1! а амплитуда отрицательной полуводны напряжения на датчике 7 тока равна

R+(R +R ) 2 где U — текущее значение напряжения

1 на датчике 7 тока во время положительной полуволны;

U. — текущее значение напряжения

2 на датчике 7 тока sc время отрицательной полуволны;

V, — амплитуда положительной полуволны налряжения на датчике 7 тока;

V — амплитуда отрицательной по2 луволцы напряжения на датчике 7 тока;

ccrc — круговая частота напряжения генератора 6 сииусоидального напряжения; текущее значение времени.

Обозначим длину AM через Х,- Замечая., что

20 где F. амплитуда напряжения генератора 6 синусоидального напряжения; сопротивление активного тензореэистора 1 в ненагруженном состоянии сопротивление компенсационного тензореэистора 2,, сопротивление датчика 7 тока; сопротивление токосъемника 5; изменение сопротивления активного тензореэистора 1 под действием деформации °

gR

При R,=R =Б подставим выражения (!4, 15) в формулу (13):

1 . лБ х=- — агсэlп - -- г — -- (16) ПГЙ+(R +R Ц

Так как R>)R +R, то выражение (16) т можно переписать следующим образом. х= — агся1п (— (--)) . (17) ! . 1 ЛВ

ы) П R

Подставляя в это выражение значение

ЛБ

=1сЕ где k — коэффициент тензов чувствительности, E — относительная деформация тенэорезистора;и>=

27à — где Т вЂ” период генератора 6 синусоидального напряжения, и

% ( х= -1-- (18)

2 получим

Т. . 1с агcs171 - - (19)

2 2 II П

Выходная характеристика (фиг.5) тензометрического устройства с использованием в качестве тенэопреобразователей полупроводниковых тензорезисторов с коэффициентом тензочувствительности равна. 120. Как следует иэ приведенного графика, нелинейность выходной характеристики тензометрического устройства !.! ==О,ЗЕ., 1

Формула изобретения

Тензометрическое устройство, содержащее активный и- компенсационный тензорезисторы, два диода, токосъемник, источник питания и регистратор, первый вывод активного тенэореэистора соединен с анодом первого диода, первый вывод компенсационного тензо-!

О резистора соединен с катодом второго диода, второй вывод активного тензорезистора соединен с вторым выводом компенсационного тензорезистора и с первым выводом вращающейся части токосъемника> катод первого диода соединен с анодом второго диода и с вторым выводом вращающейся части токосъемника, первый вывод неподвижной, части токосьемника соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого заземлен, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены датчик тока, конденсатор, компаратор, счетчик циклов, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, линия задержки, схема И и буферный регистр, первый вывод датчика тока соединен с вторым выводом неподвижной части токосъемника и через конденсатор с первым входом компаратора, второй вывод датчика тока соединен с вторым выходом источника питания и вторым

35 входом компаратора, выход компаратора соединен с входом управления реверсивного счетчика и с входом счетчика циклов, выход счетчика циклов соединен с первым входом схемы И и с входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с входом записи буферного регистра и через линию задержки — с входом сброса реверсивного счетчика, генератор

45 тактовых импульсов соединен с вторым входом схемы И, выход которой соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом буферного регистра, выход которого

50 соединен с регистратором, 127210() I,2 72100

Составитель В.Писаревский

Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Самборская

Редактор Н,Тупица

Заказ 6326/36 Тираж 670 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