Многоканальное тензометрическое устройство

 

Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет при использовании ЭВМ организовать автоматизирбванную систему сбора тензоинформации с автоматическим контролем и коррекцией параметров. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет реализации следующих функций: измерение температурного дрейфа измерительного , тракта каждого канала, смещение диапазона измерений кажд8го канала, изменение чувствительности тензодатчи- .ков, подача на входы всех измерительных каналов единого эталонного сигнала без разрыва цепи рабочего сигнала (без отключения тензодатчиков). 1 3.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН

„„80„„14 42 (51)4 0 В 7 8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 404314 1/25-28 (22) 28.03 ° 86 (46) 30. i0.88.. Бюл, У 40 (?2) А.Г.Выстропов и Е.С.Новак (53) 531.781.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 657239, кл. G Oi В 7/00, 1976, (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области измерительной техники и позволяет при использовании ЭВМ организовать автоматизирОванную систему сбора тензоинформации с автоматическим контролем и коррекцией параметров.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет

I реализации следующих функций: измерение температурного дрейфа измерительного. тракта каждого канала, смещение диапазона измерений каждего канала, изменение чувствительности тензодатчи,ков, подача на входы всех измерительных каналов единого зталонного сигнала без разрыва цепи рабочего сигнала (без отключения тензодатчиков).

1 з.п. ф-лы, 4 ил,, 1 табл.

1434240

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к авто"матическим многоканальным тензометрическим устройствам, и может быть э использовано при исследовании на механическую прочность различных деталей и конструкций, Цель изобретения — расширение, функциональных возможностей устройст- 10 ва в процессе проведения прочностнаго эксперимента, заключающееся в, :реализации следующих функций: измере ние температурного дрейфа измеритель,ного тракта каждого канала;, смещение 15 диапазона измерений каждого канала; . .изменение чувствительности тензодат, чиков, подача на входы всех измерительных каналов единого эталонного, сигнала без разрыва цепи рабочего 20 сигнала (без отключения тензодатчи=.. ков) .

На фиг, I представлена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — структурная электрическая 25 схема управляемого источника питания тензодатчиков; на фиг. 3 и 4 — соот-ветственно структурные электрические

i схемы блока смещения диапазона из-! мерений и блока управления, причем ЗО структурные электрические схемы блока смещения диапазона измерений и блока управления являютс.:. Вариантами построения и не могут быть использованы самостоятельно, 35

Многоканальное тензометрическое устройство содержит -.ензадатчики 1, усилители 2, блок 3 смешения диапазона измерений, блок 4 управления, первый счетчик 5, буферные регистры 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7, схемы 8 сравнения, коммутатор 9, в+арой счетчик 10 v управляемый источник 11 питания тензодатчикОВ при этом Выходы тензадатчиков

9 1

1 соединены с Входами 1усилителей 2, инвертирующие входы которых соединены с выходамн блока 3 смещения диапазона измерений, управляющие входы котарОгО подключены к управляющим Вы ходам блока 4 управления, первый тактОВый Выход а также первые ВыхОды записи и сброса которого подключены к счетному входу, Входу предварительной установки и входу сброса первого

55 счетчика 5, выход переноса которого соединен с Входом конца преобразования блока 4 управления, а Выходы первого счетчика 5 подключены к входам буферных регистров 6 и входами ЦАП 7, выход которого соединен с вторыми вхацами схем 8 сравнения, первые входы которых подключены к выходам усилителей 2, а выходы схем 8 сравнения соединены с входами блока 4 управле" ния, информзционные входы которого являются информационными входами устройства, а адресные входы блока 4 управления соединены с управляющими входами коммутатора 9, выходы которого являются информационными выходами устройства, а входы коммутатора 9 соединены с выходами буферных регистров 6, входы записи которых подключень: к вторым управляющим выходам бло ка 4 управления, вторые входы которого являются командными входами устройства, а информационные выходы блока 4 управления соединены с входами первого 5, второго 10 счетчиков и информационными входами управляемого источника 11 питания тензодатчиКОВ> средняя точка которого заземлена, а шина отрицательного напряжения соединена с первыми выводами тензодатчиков 1, вторые выводы которых подключены к шине положительного напряжения управляемого источника 11 питания тензадатчиков, Вторые информационные входы которого, совместна с информационными входами блока 3 смещения диапазона измерений подключены к выходам второго счетчика

10, входы сброса и предварительной установки которого соединены с вторыми выходами сброса и записи блока

4 управления, третьи аналогичные входы которого соединены с входом сброса.и счетным входом блока 3 смещения диапазона измерений, управляющий выход которого является выходом

"Готовность" устройства и соединен с первым управляющим входом блока 4 управления и счетным входом второго счетчика 10, выход переноса которого соединен с вторым управляющим входом блока 4 управления, четвертые выходы сброса записи, а также второй такто Вый выход которого подключены к входам сброса, предварительной установки и счетному входу управляемого ис точника 11 питания тенэодатчиков, Управляемый источник 11 питания тензоцатчиков содержит второй ЦАП 12, трeòèé счетчик 13, третий ЦАП 14, первый 15 и второй 16 операционнйе усилители, первый 17, второй 18, тре

14342 тий 19, четвертый 20 и пятый 21 резисторы и источник 22 опорного напряжения, причем, входы второго ЦАП 12 являются первыми информационными входами управляемого источника 11 питания тензодатчиков, вторые информационные входы которого соединены с информационными входами третьего счетчика 13, вход сброса, счетный 10 вход и вход предварительной установки которого являются соответственно входом сброса, счетным входом и входом предварительной установки управляемого источника 11 питания тензодатчиков, а выходы третьего счетчика 13 соединены с входами третьего, ЦАП 14, выход которого соединен с инвертирующими входами первого 15 и второго 16 операционных усилителей 20 и выводом первого резистора 17, вто-. рой вывод которого соединен с общей шиной 23 Земли, а выход второго операционного усилителя 1б соединен с шиной отрицательного напряжения и 25 первым выводом второго резистора 18, второй вывод которого соединен с инвертирующим входом второго операционного усилителя 16 и первым выводом третьего резистора 19, второй вывод 30 которого соединен с выходом первого операционного усилителя 15, шиной положительного напряжения и первым выводом четвертого резистора 20, второй вывод которого соединен с ичвертируюшим входом первого операционного усилителя 15 и первым выводом пятого резистора 2 1, второй вывод ,которого соединен с выходом второго

ЦАП 12, вход опорного напряжения которого соединен с входом опорного напряжения третьего ЦАП 16 и выходом источника 22 опорного напряжения.

Блок 3 смещения диапазона измере.ний содержит четвертый счетчик 24, дешифратор 25, а также для каждого из каналов вторые буферные регистры

26, число которых для каждого канала равно числу ступеней чувствительности, и четвертые ЦДП 27, причем

50 счетный вход и вход сброса --блока 3 смещения диапазона измерений являются аналогичными входами четвертого счетчика 24, выход переноса которого являетсч управляющим выходом блока 3

55 смещения диапазона измерений, инфор.мационные входы которого являются входами дешифратора 25, каждый из выходов которого соединен с входом

40 4

"Выбор кристалла" одноименных вторых буферных регистров 26 каждого иэ каналов, входы записи вторых буферных регистров 26 объединены поканальа и являются управляющими входами блока 3 смещения диапазона измерений, выходами которого являются выходы четвертых ЦАП 27. входы каждого из которых подключены к объединенным поразрядно выходам вторых буферных регистров 26 соответствующего канала, а входы всех вторых буферных регистров 26, объединенные поразрядно, подключены к выходам четвертого счетчика 24.

Вторые буферные регистры 26 в каждом канале могут быть заменены блоком памяти, входы которого при этом должны быть подключены к выходам четвертого счетчика 24, а выходы блока памяти — к входам соответствующего ЦАП.

При этом информационные входы блока

3 смешения диапазона измерения нужно подключить к адресным входам блока памяти, исключив из схемь дешифратор

25, а управляющий вход каждого канала (блока 3 смещения диапазона измерения) соединить с входом "Запись— чтение" блока памяти этого же канала.

Блок 4 управления содержит дешифратор 28 команд, первый 29 и второй 30 триггеры, элемент НЕ 31,. первую схему ИЛИ 32, счетчик 33 циклов контроля, первый ключ 34, второй элемент HE 35, второй ключ 36, третий триггер 37, вторую схему ИЛИ 38, четвертый 39 и пятый 40 триггеры, счетчик 4 1 управления выводом, третий 42, четвертый 43 и пятый 44 ключи, тактовый генератор 45, формирователи 46 импульсов, шестые триггеры

47, шестые 48 и седьмые 49 ключи, причем входы дешифратара 28 команд являются комачдными входами блока 4 управления, а первый выход дешифратора 28 соединен с входами установки в

"0" первого 29 и второго 30 триггеров, входом элемента НЕ 3 1 и вторым входом первой схемы ИЛИ 32, первый вход и выход которой соответственно являются вторьм управляющим входам и первым выходом сброса блока 4 уп" равления, первый, четвертый и второй выходы записи которого соответственно являются вторым, третьими четвертым выходами дешифратора 28 команд, одиннадцатый выход которого соединен с входам установки в 1 второго

1434240! с

ji б триггера 30, информационный вход которого заэемлен, à Tàê-..оаый вход второго триггера 30 соединен с выходом переноса счетчика 33 циклов контроля, счетный Вход которого является четвертым тактовым выходом бло-. ка 4 управления и соединен с выходом перВОГО ключа 34р Вi Îp011 Bxoti которого соединен с выходом Второго тригге*. ра 30, а первый вход первого ключа

34 через второй элемент Г 35 соедис нен с выходом ьторого KJtti-;H 36 и пер= вым входом второй схемь ИЛИ 38, т- етий вход которой соединен с входом

l: H установки в 1 четверто:"0 триггера

39 H BOC551bt!4 BbKopoM tIIP!ttttgpFITopB 28 кОмандр деБятый Выход котopolо сОБ -"

: ДИНЕН С ВТОРЫМ ВХОДОМ Б-с.1-РОй СХЕМЫ

ИЛИ 38 ВыхОд котОрои сосдине1! с Вхо -

1с, дом установк 1 в 1 пя.с."01 0 триггера, с

40. информационный вход:o Tорого ! заземлен, а тактовый Вход пятOГÎ триг

I гера чо соединен с Вьгхопом. элемента

HE 3 1 > кОторый Явля - тся -..Я1«же BTopb .ì., с с третьим и четвертым BbDcoit Bi

ЯвлчюгсЯ апоесньй!и Быхоцаl:"1 блока 4 . :управления. Вход ко!!Да и:;. е об!«,«зoBHния которого соединен с,:ходом уст-i.-VII it нОБки B 1 третье Г о три. 1" pрсс. 3 7 и

ВхОдОм установки В 0 псi! ТОГО трHГ гера 40, выход кот рого соед нен с

ПЕРВЫМ ВХОДОМ срЕтЬЕГО К.!1!Э!а 42,, БЬ1хОд KQTopo:ÃÎ НБпястся BpBbl_#_ тактОвым выхоцом блока 4 упра,-:л; ния, так-

T OB Ый В ЫХ ОД К O T ОР О Г О П ОД ll: IIIO -"1 Е Н К В Ы

ХОду чЕтВЕртО -О КЛЭЧ= -3 Ватный - -0-;

КОТОРОГО СОЕДИНЕН С ВЬЖОГ«011 .. .. Ет PГО триггера 37 „а Вь!хоц —.сет-, =Бтот:о к,-",„" ча 43 Подключен такж=- К::- ."-..T -ОМу В1сс.о-"

ДУ СЧЕТЧИКа -, . IP.-1«ьЛЕНИЯ В1«1БОДОМ,„

ВыхОд перpHОса к «тОDОГО соpдинен с

f;

Входом установки В 0 p-"3 ье;- o тви„ =ГЕра 37, ИнфврМационный скад сКОТОр"-го заземлен, и с Вторь1м Входом ВтороГО КЛЮЧа. 36., П=«pâbé «ЬХОд О-сО .ОГО

СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ ЧЕ-;ВЕсЭТОГО тРИГГ"=-ра 39, вход уcTIIFIOBHH В "0" котор о

СОЕДИНЕН С ДЕСЯТЫМ ВьсхОЦО:; ДЕШИфРВТО-ра команд 28,,: OUI«rtoA Выхсосг к1-."opo:"o

СОединен с ВхОдОм усTBHGI:-Г(.. 1 IIpp-ваго триггера Ь, информгпионньы Вход

КОТОРОГO За 3PlilIC ll р а BblXG;:, ПЕРБОГO триГГера 29 с OOFIHHp H с В тОрььч Входоь1 пятого ключа 44, первый вход котороГо совместно с вторыми входами третьего 42 и четвертого 43 ключей подключен к выходу тактового генератора 45. а выход пятого ключа 44 является третьим тактовым выходом блока 4 управления, первый управляющий вход которого подключен к тактовому входу первого триггера 29, а входы блока 4 управления подключены к входам формирователей тмпульсов 46, выходы которых подключены к входам установки в

"0" шестых триггеров 47 и первым входам седьмых ключей 49, вторые входы которых соединены с выходом пятого триггера 40, а выходы седьмых ключей

49 являются вторыми управляющими выходами блока 4 управления, управляющие выходы которого являются выходами восьмьм ключей 48, вторые входы которых соединены с выходами шестых триггеров 47, входы установки в "1" которых, объединенные вместе, подключены к шестому выходу дешифратора 28 команд, пятый выход которого соедиHåH с первыми входами восьмых ключей

48, третьи входы которых подключены к третьему тактовому выходу блока

4 управления, информационные входы которого являются так же его информаЦ1110ННЫМИ ВЫХОДBMH о

Управляемый источник 11 питания тензодатчиков работает следующим образом.

На первые информационные входы источника 11 с выходов второго счет» чика 10 поступает информационное слово, величина которого задает выходное напряжение lgdI 12, которое, в свою очередь, опеределяет величину положительного напряжения питания тенэодатчиков. Отрицательное напряжение питания тенэодатчиков по абсо Л1этной величине равно положительному

l-a счет того, что второй операцион», ный усилитель 16 совместно с вторым

i .

18 и третьим 19 резисторами образуют инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления — 1 (К 18 = К 19). В результате этого всякое изменение положительного напряжения питания тензодатчиков вызывает равное по

Величине и противоположное по знаку изменение отрицательного напряжения питания тензодатчиков. Таким образом, при нулевом напряжении на Выходе третьего ЦАП 14 выходные напряжения

1434240 8

55 управляемого источника 11 питания течэодатчиков симметричны относительно общей шины. Величины этих напряжений задают ток через тенводатчики и, следовательно, определяют чувствительность последних.

Запись в третий счетчик 13 с вто" рых информационных входов управляемого источника 11 питания тензодатчиков информационного кода, отличного от кода 1000000000, вызывает появление на выходе ЦАП 14 соответствующего этому коду тока, который создает на первом резисторе 17 падение напряжения. Зто напряжение, поступая на . неинвертирующие входы первого t5 и второго 16 операционных усилителей, вызывает синфазный сдвиг напряжения питания тензодатчиков на величину, равную напряжению, создаваемому ЦАП

14. Следовательно, изменяя двоичный код, записанный в третий счетчик

13, можно осуществлять синфазный сдвиг питающих напряжений тензодатчиков, причем величина сдвига определя.ется значением двоичного кода. Третий счетчик 13 имеет два режима работы: — режим параллельной записи, при котором коды, поступающие на вторые информационные входы управляемого ис" точника 11 питания тензодатчиков, заносятся в третий счетчик 13 по импульсу, поступающему на вход предварительной установки управляемого источника 1 1 питания тензодатчиков; — режим последовательного счета, при котором число, записанное в третий счетчик 13, равно числу импульсов, поступивших на счетный вход управляемого источника 11 питания тензодатчиков.

Первый режим позволяет реализовать генерацию эталонного сигнала произвольной формы, параметры которого (амплитуда, частота и т.ц,) задаются кодами, поступающими на входы третьего счетчика 13.

Второй режим позволяет реализовать генерацию линейно нарастающего эталонного сигнала, частота которого определяется частотой импульсов, поступающих на счетный вход третьего счетчика 13.

Таким образом., управляемый источник 11 питания тензодатчиков позволяет осуществлять изменение напряжения питания датчиков, что позволяет измейять протекающий через них ток, а следовательно, и их чувствительность; синфазный сдвиг напряжения питания тензодатчиков, который является эталонным сигналом, подаваемым на.вход тензодатчиков, Блок 3 смещения диапазона измере" ний работает следующим образом.

С выходов второго счетчика 10 устройства на входы дешифратора 25 поступает двоичный код, который в зависимости от выбранной ступени чувствительности подключает соответствующие буферные регистры 26 к входам ЦАП 27, Например, при поступле нии на информационные входы блока 3 смещения диапазона кода 0000000000 дешифратор 25 подключен буферные ре20 гистры 26,1, 1, ...26 .и. 1. Все остальные буферные регистры 26 выключены по выводу "Выбор кристалла" и никакого влияния на работу схемы не оказывают.

В процессе работы устройства из блока 4 управления на счетный вход счетчика 24 поступают тактовые импульсы, которые вызывают изменение его содержимого от нуля до максимального значения. По каждому тактовому импульсу при определенном состоянии выходов схем 8 сравнения на управляющие входы блока 3 смещения диапазона измерений из блока 4 управления поступают импульсы, по которым осуществляется перезапись состояния выходов счетчика 24 в буферные регистры 26.

Изменение содержимого буферных регист. ров 26 вызывает изменение уровня выходного напряжения ЦАП 27, которое смещает диапазон измерений входных усилителей.

При выборе другой ступени чувствительности блок 3 работает аналогично.

Блок 4 угравления работает следующим образом.

На командные входы блока 4 управления, соединенные с входами дешифратора 28, поступают старшие разряды управляющей микрокоманды. С поступлением кода команды на одном из выходов дешифратора 28 появляется отрицательный импульс, по которому блок

4 управления генерирует определенную последовательность управляющих сигналов. Коды команд, а также функции, выполняемые устройством при их поступлении, приведены в таблице.

9 1434

Режимы работы многоканального тензометрического устройства: балансировка: измерение;

5 контроль, Режимы работы многоканального тензометрического устройства, а так-же необходимые для их осуществления подготовительные операции задаются управляющими микрокомандами (см, таблицу), поступающими на командные и информационные входы устройства.

Структура управляющей микрокоманды имеет следующий вид: четыре старших разряда являются управляющими и по-. даются на командные входы блока 4 управления, а оставшиеся — информационными и подаются на информацион- ные шины блока 4 управления.

В режиме "Балансировка" устройство работает следующим образом„

Первая поступающая Ra информационные и командные вхоцы блока 4 управ- 25 ления команда "Общий сброс (см, таблицу), старшие разряды которой имеют . вид 0000, осуществляет предварительную установку устройства, При этом на первом выходе дешифратора 28 ко-- дО манд появляется сигнал,, который устанавливает в "0" первый 29 и вгорой 30 триггеры и„ проходя --еоез первый элемент НЕ 31,„устarraíõï вает в

"0" третий 37 и пятый 40 твиггевы

Зг а также счетчик 33 циклов вконтроля и счетчик 41 управления выводом.

Кроме того, с выхода элемента НЕ 31 сигнал сброса поступает на второй, третий H четвертый выходы сброса дд блока 4 управления, а с первого выхода дешифратора 28 комаь;:, =,"-вез первую схему ИЛИ 32 игнал : броса посгу-пает на первый выход сб ;ñña блок-: управления. При этом ус ==.н,вливают-. ся в "0" счетчики 10,, 24 ". и

После выполне iHR команпь Общий сброс." устройство готово к раб.те =- реж-.,:-"a

И те .и BJIaHcHpoBKB g Которым зс ущес Г л яе т ся следующим образом: по команде 2, при одновременной установке На ин" формационных входах уст-,.ойства ко;,а

1000000000 последний переписывается в первый счетчик 5 импульса. .:, пос :у-" пающим на его вход препвави гельь,ой установки с второго выхода дешифр тора 28 команд. Это приводит к по.явлению нулевого напряж",-.нчя на выходе ЦАП 7, которое пос гупает на вгорые входы схем 8 сравнения (так как

ЦАП 7 — биполярный) .

По команде 3 с информационных входов устройства в третий счетчик

13 записывается код 1000000000, который задает нулевое напряжение на выходе ЦАП 14, В этом случае синфазный сдвиг напряжений питания тензодатчиков равен О, т.е. напряжения симметричны относительно общей шины.

После выполнения команды 3 подается -команда 4, которая осуществляет запись с информационных входов устройства во второй счетчик 10 кода, определяющего ступень чувствительности датчиков. Этот код поступает с выхода второго счетчика 10 на входы

ЦАП 12 управляемого источника 11 питания тензодатчиков и определяет:;: величину напряжений питания тензодатчиков 1. Этот же код, поступая на информационные входы блока 3 смещения чапазона измерений, при помощи дешифратора 25 осуществляет выбор группы вторых буферных регистров 26, относящихся к данной ступени чувст вительности.

По команде 6 через дешифратор 28 команд осуществляется установка в состояние "1" шестых триггеров 47 блока 4 управления, которая открывает шестые ключи 48.

По команде 5 на пятом выходе дешифратора 28 команд блока 4 управления появляется отрицательный импульс, который, пройдя через шестые ключи

48, производит запись в выбранную группу вторых буферных регистров 26 нулевого кода с выходов четвертого счетчика 24. Этот код, поступая на входы ЦАП 27„ ьызывает появление на их выходах напряжения, соответствующего отрицательной границе диапа=-она измеряемого сигнала, что вызывает смещение .выходных напряжений усилителей 2 в сторону отрицательнога напряжения, т.е, на выходах усилителей 2 появляется отрицательное напряжение, величина которого в каждом канале равна разности напряжений (поступающего с тензодатчика 1 и напряжения, задаваемого соответствующим (?фП 27), умноженной на коэффициент усиления усилителя 2.

Команда 7 вызывает появление на седьмом выходе дешифратора 28 команд импульса, которЫй устанавливает в состояние "1" первый триггер 29, что!

434240

12 разрешает прохождение импульсов от тактового генератора 45 через пятый ключ 44 на счетный вход четвертого счетчика 24, Эти же импульсы через

5 шестые ключи 48 поступают на управляющие входы блока 3 смещения диапазона измерений и осуществляют перезапись состояния выходов четвертого счетчика 24 в выбранную группу вто !р рых буферных регистров 26. При этом на выходах (ЦАП 27 формируется линейно нарастающее ступенчатое напряжение, величина которого определяет выходное напряжение усилителей 2.

Поэтому выходное напряжение усилителей изменяется в сторону положительных значений. В момент равенства напряжения, поступающего с тензодатчика 1, и напряжения, создаваемого 20

ЦАП 27 данного канала, на выходе усилителя 2 этого канала имеется нулевое напряжение, которое, сравниваясь с нулевым напряжением, поступающим на схему 8 сравнения данного 25 канала с выхода ЦАП 7, вызывает появление на его выходе логического перепада, который запускает соответствующий формирователь 46 импульсов, выходной импульс которого переводит ч0 в "0" соответствующий шестой триггер 47. Это запрещает прохождение тактовых импульсов на вход записи второго буферного регистра 26 данного канала, в результате чего в нем остается записанным цифровой код, при котором выходное напряжение усилителя 2 данного канала равно .нулю.

Таким образом, происходит смещение диапазона измерения усилителя 2 íà 4р величину, равную входному напряжению, поступающему с тенэодатчика 1 которое определяется величиной начального разброса сопротивлений тензореэисторов, входящих в него. Аналогичным 4> образом происходит смещение измерительного диапазона всех остальных каналов.

При достижении четвертым счетчиком 24 максимального числа на управляющем выходе блока 3 смещения диапазона измерений появляется сигнал нГотовнбсть", который поступая на первый управляющий вход блока 4 управления, устанавливает в "0" первый триггер 29, что запрещает прохождение тактовых импульсов на счетный вход четвертого счетчика 24. Появление сигнала на выходе устройства Готовность" говорит о возможности выполнения устройством последующих команд. Таким образом, выполняется смещение диапазона измерений для одной ступени чувствительности. Для проведения аналогичной процедуры для следующей ступени чувствительности необходимо снова повторить следующие операции: — передачей команды 4 и соответствующего информационного кода задать очередную ступень чувствительности; — передачей команды 6 установить в "1" шестые триггеры 47; — передачей команды 5 записать нулевой код с выходов четвертого счетчика 24 во вновь выбранные вторые буферные регистры 26; — передачей команды 7 разрешить поступление тактовых импульсов на счетный вход четвертого счетчика 24, начав новый цикл смещения диапазона измерений для всех каналов °

Смещение диапазона измерений выполняется для всех ступеней чувствительности, включая и нулевую. При нулевой ступени чувствительности (код на выходах второго счетчика !О—

0000000000) выходные напряжения питания управляемого источника 11 питания тенэодатчиков равны нулю. При этом код, получаемый для нулевой ступени чувствительности в регистрах

26, 1. 1-26.п. 1, является цифровым эквивалентом суммарного напряжения смещения измерительного тракта данного канала (смещения управляемого источника 11 питания тензодатчиков, измерительного усилителя 2, схемы 8 сравнения, ЦАП 7 и 27).

После выполнения смещения диапазона измерений по всем ступеням чувствительности устройство готово к работе в режиме "Измерение" и "Контроль

Режим Измерение подразделяется на режимы: "Измерение многократно" и Измерение однократно".

ДЛя выполнения режима Измерение многократно" необходимо передачей команды 4 и соответствующего информа» ционного кода выбрать нужную ступень чувствительности; передачей команды

2 и информационного кода 0000000000 установить первый счетчик 5 в нулевое состояние, При этом на выходе

ЦАП 7 устанавливается максимальное

1434240

14 отрицательное напряжение:, передачей команды 8 перевести устройство в режим Измерение многократно .

При этом на восьмом выходе дешифратора 28 команд появляется импульс, который через вторую схему

38 ИЛИ устанавливает пятый триггер

40 в состояние "1"., Этот же импульс устанавливает в состояние "1" четвертый триггер 39. Единичное состояние пятого триггера 40 разрешает прохождение импульсов с выхода тактового генератора 45 через третий ключ 42 на счетный вход первого счетчика 5, что приводит к появлению на выходе

ЦАП 7 линейно нарастающего ступенчатого напряжения, каждая ступень кото ., рого является аналоговым эквивалентом цифрового кода, записанного в первый счетчик 5, Это напряжение в каждом такте сравнивается с выходнымй сй налами усилителей 2,, В момент сравнения выходного напряжения уси лителя 2 одного из каналов с напряже нием на выходе ЦАП 7 сос.ветствующая схема 8 сравнения вырабa.тrывает лoru ческий перепад, который запускает ! формирователь 46 импульсов данного канала, импульсом с выхода которого через седьмые ключи 49 производится перезапись цифрового кода первого счетчика 5 в буферный регистр 6 данного канала. Аналогичным образом происходит преобразование в цифровой

,код сигналов, поступающих с выходов усилителей 2 остальных каналов. По. достижении первым счетчиком 5 максимально возможно-о значения кода в буферных регистрах б для всех кана,лов оказываются записанными цифровые

,эквиваленты измеряемых сигналов, а .на выходе переноса первого счетчика

5 появляется сигнал "Кон"ö,преобразования кОТОрый сбрасывает в 0 пятый триггер 40 блока -. Управления и устанавливает в состояние "1 третий триггер 37, что соответственно запрещает поступление тактовых импульсов на первый счетчик 5 и разрешает прохождение тактовых и:-птульсов через четвертый ключ 43 на счетныьй вход счетчика 41 управления выводом и тактовый выход устройства, Выходные коды счетчика 41 управления выводом через коммутатор 9 обеспечивают поочередное подключение выходов буферных регистров 6 к выходам устройст-! ва, Импульсы, пост упающие на тактовый выход устройства, синхронизируют выводимую информацию. После подключения последнего буферного регистра

5 б на выходе переноса счетчика 41 управления выводом появляется сигнал окончания вывода, который сбрасывает третий триггер 37 и, пройдя через второй ключ Зб и вторую схему ИЛИ 38, устанавливает пятый триггер 40 в состояние 1, что вызывает повторение цикла измерения. Такая работа происходит до тех пор, пока .не поступит. команда 10 "Останов", По этой коман)5 де происходит установка в "О" четвертого триггера 39 и прерывается работа устройства в режиме "Измерение многократно".

Режим "Измерение однократно" осу2О ществляется подачей команды 9, по которой происходит установка в состояние "1" через вторую схему ИЛИ 38 пятого триггера 40, Однако в отличие от режима "Измерение многократно"

25 четвертый триггер 39 остается в состоянии "0". Поэтому после окончания одного цикла измерения .и вывода импульс окончания вывода не проходит через второй ключ Зб и не осуществлячо ет повторный запуск устройства. В остальном работа устройства в режиме

"Измерение однократно" не отличается от работы в режиме "Измерение многократно

В процессе проведения измерений часто возникает необходимость расширения динамического диапазона измерений. Устройство позволяет реализовать это двумя путями, первый из которых заключается в том, что при достижении верхней границы динамического диапазона измерений в устройство передается команда 10 "Останов", 45 результаты последнего измерения фиксируются с помощью внешнего устройства (ЭВМ и т-.д.) и выполняется цикл смещения диапазона измерений для этой же ступени чувствительности (как и в

5О режиме "Балансировка" ). В результате. этого на выходах измерительных усилителей вновь устанавливается нулевое напряжение и процесс проведения измерений может быть продолжен, При

5» этом для получения правильных результатов вновь полученные значения необходимо поканально суммировать со значениями, зафиксированными ранее внешним устройством.

1434

240

Такое расширение динамического диапазона возможно из-за того, что в устройстве величина, на которую может быть смещен диапазон измерения, в несколько раз превьш ает диапазон измерения устройства.

Режим работы "Контроль" выполняется совместно с режимом Измерение", Имеется возможность осуществления двух видов режима Контроль".

Если устройство находилось в режиме Измерение многократно", то для перевода в режим Контроль автоматический" подается команда 10 "Осуа- 15 нов", затем команда 11, по которой на одиннадцатом выходе дешифратора

28 команд появляется импульс, устанавливающий второй триггер 30 в состдяние "1", что разрешает прохожде- 2р ние через первый ключ 34 на счетный вход счетчика 33 циклов контроля импульсов окончания вывода, поступающих с выхода второго ключа 36 через второй элемент НЕ 35. После этого 25 передается команда 8 "Измерение многократно". После выполнения одного цикпа измерение — вывод импульс окончания вывода увеличивает на единицу содержимое счетчика 33 т лклов контро- Зр ля и через четвертый -актовый выход блока 4 управления поступает на счетный вход третьего счетчика 13, также увеличивая на единицу его содержимое.

В результате этого выходные напряже.ния управляемого источника 11 питания тензодатчиков смещаются на величину, равную аналоговому эквиваленту единицы младшего разряда третьего счетчика 13 {работа управляемого ис- 4р точника 11 питания тензодатчиков).

При этом разность между положительным и отрицательным напряжениями питания тензод;=тчиков 1 не изменяется и поэтому выходные напряжения тен- 45 зодатчиков 1 всех измерительных каналов изменяется на величину синфазного сдвига, Вследствие этого цифровые коды, полученные в результате следую— щего измерения, изменяются на единицу (если цены деления единиц младших разрядов ЦАП 7 и 14 равны). Данный процесс продолжается до тех пор, пока на выходе счетчика 33 циклов контроля не появится сигнал переноса, который установит второй триггер

30 в состояние 0", При этом в третьем счетчике 13 записано то число, которое находилось в нем до начала

16 выполнения режима Контроль", т.е.

1000000000 (так как объемы счета счетчиков 13 и 33 равны, а числа, хранящиеся в них до начала режима

"Контроль", соответственно равны

1000000000 и 0000000000). Таким образом, BbIBQJIHHB полный цикл контроля, устройство возвращается в исходное состояние. При этом могут иметь место следующие две ситуации.

Режим Контроль" выполняется до начала проведения испытания, т.е. в отсутствие механических воздейст-. вий на датчики. В этом случае выходные коды до начала режима "Контроль автоматический по всем каналам были нулевьп4И в результате выполнения режима "Балансировка", поэтому в процессе осуществления режима

Контроль выходные коды изменяются от нулевых до максимальных положительных и затем от максимальных отрицательных вновь до нулевых (например, для 10 разрядного устройства от

1000000000 до 1111111111,и затем от

0000000000 до 1000000000, где старший разряд — знаковый) вне зависимости от выбранной ступени чувствит пьности. Причем указанное выше из менение кодов в режиме "Контроль автоматический" свидетельствует о полной работоспособности устройства, т.е. об отсутствии обрывов и короткого замыкания датчиков, а также об исправности кабельных линий, соединяющих датчики с измерительными каналами, в том числе и об отсутствии короткого замыкания выхода тензодатчика (средней точки полумоста тензорезисторов) на шину Земли. Кроме того, если ЦАП 14 имеет более высокую точность, чем ЦАП 7 (например, ЦАП 144-двенадцати-или четырнадцати разрядный, а разрядность ЦАП 7 равна 10), то по полученным выходным кодам могут быть определены коэффициент передачи и дифференциальная нелинейность для всех измерительных каналов устройства.

2. Режим "Контроль" выполняется в процессе проведения прочностных испытаний. В этом случае выходные коды, получаемые в результате измерения на информационных выходах устройства, не будут нулевыми и поэтому, если необходимо провести измерение коэффициента передачи, дифференциальной нелинейности устройства в процес34240 !8

Дальнейшая работа устройства в этом случае аналогична работе в режиме Контроль автоматическ яй . По

ОкОнчании ОДНОГО ПОлнОГО цикла КОнт, роль устройство остается в режиме, "Измерение многократно 1, но для нуле,вой ступени чувствительности. Для того, чтобы продолжить прочностные испытания, необходимо передать коман,. ду 4, выставив одновременно на инфор мационных шинах устройства код не обходимой степени чувствительности.

:Получаемые в ходе проведения проч,ностного эксперимента при выполнении

:режима Контроль автоматический" ли,нейно нарастающие коды позволяют по мимо измерения коэффициента передачи ,и дифференциальной нелинейности из:мерительных каналов устройства убе,диться в работоспособности датчиков и кабельных линий, соединяющих датчики с измерительными каналами, В том случае, когда в ходе прочностного эксперимента требуется =.î.ëüêî про". верить работоспособность датчиков кабельных линий и измерительных каналов устройства режим "Контроль автсматическийп может быть выполнен для той же ступени чувствительности, на которой осуществлялось измерение, однайЬ в этом случае получаемые вы-ходные коды представляют собой для каждого измерительного канала алгебраическую сумму кодов, получаемых в результате возцействия на датчики механических напряжений и изменяющегося в режиме Контроль «втоматичес17 14 се проведения прочностных испытаний, то необходимо „ передать команду 10 "Останов"; — передать команду 4 одновременным выставлением на информационных входах устройства кода 0000...0, что задает нулевую ступень чувствительности датчиков, при которой на— пряжения питания тензодатчиков равны

О. В этом случае напряжения с выходов тензодатчиков равны 0 даже при

; наличии механическйх напряжений; — передать команду 11 "Контроль автоматический", по которой устанавливается в "1" второй триггер 30, что разрешает прохождение через пер— вый ключ 34 импульсов Конец вывода на счетный вход третьего счетчика 13; — передать команду 8 Измерение многократно .

l0

1,5

ЗО

35 кий" напряжения синфазного сдвига, т.е, для данного случая в каждом канале выходной код изменяется в обе стороны не относительно нулевого кода, а относительно кода результата последнего измерения, предшествующего режиму "Контроль автоматический", Хотя коды, получающиеся в ре-. зультате измерения в разных каналах могут быть различными (в зависимости от результата последнего измерения, предшествующего режиму "Контроль автоматический"), их изменение во всех работоспособных каналах происходит на одинаковую величину. Это и позволяет сделать вывод об исправности датчиков, кабельных линий и измерительных каналов.

Устройство позволяет также осуществлять режим "Контроль внешний", когда величина синфазного сдвига напряжений источника 1 1 питания тензодатчиков задается значением кода, подаваемого на информационные .входы устройства. Пусть устройство находилось в режиме |Измерение многократ но ". Передается команда 10 "Останов".

Затем по команде 4 при наличии на информационных шинах кода 0000...0 выбирается нулевая ступень чувствительности датчиков. Выходные напряжения на выходах измерительных усилителей 2 для этой ступени чувствитель ности датчиков определяются величи" ной синфазного сдвига, создаваемого управляемым, источником 11 питания тензодатчиков (в отсутствие дрейфа напряжения смещения). После этого по команде 3 осуществляется запись кода с информационных входов устройства в третий счетчик 13. Этот код задает величину синфазного сдвига напряжений питания тензодатчиков 1, которое является входным .напряжением для измерительных усилителей 2 всех каналов, Затем по команде 9 "Измерение однократно устройство выполняет один цикл измерение — вывод, результатом которого для каждого канала является выходной код, представляющий собой цифровой эквивалент задан ного напряжения синфазного сдвига.

Дальнейшая работа устройства в режиме Контроль внешнийл осуществляется аналогичным образом. На информацион иых шинах устройства устанавливается новое значение цифрового кода, которое по команде 3 переписывается в

1434

19 счетчик 13. Затем по команде 9 устройство вновь выполняет один цикл измерение — вывод и т.д. Так как напряжение синфазного сдвига, задается

ЦАП 14 с более высокой точностью, чем

5 точность последующего преобразования

его в выходные коды устройства, то по результатам сравнения выходных кодов каждого канала с соответствующим кодом, поступающим на входы ЦАП

14, можно определить коэффициент передачи и дифференциальную нелинейность измерительных каналов устройства.

Для измерения температурного дрей- 1 фа измерительных каналов необходимо: — передать команду 10 "Останов"; — передать команду 4 с одновременным выставлением на информационных входах устройства кода 0000...0, что задает нулевую ступень чувствитель-. ности датчиков, при которой напряжение питания тензодатчиков равны нулю; задать нулевой синфазный сдвиг напряжений питания тензодатчиков, для 25 чего передать команду 3 одновременно с кодом 1000000000; — передать команду 9 "Измерение и однократна

В результате смещения диапазона измерений на нулевой ступени чувствительности в регистрах 26.1.1-26. 1 оказались записаны цифровые коды, эквивалеHTHble суммарным напряжениям смещения измерительных каналов при отсутствии деформации. Поэтому в режиме

- "Измерение" на нулевой ступени чувствительности выходные коды, получаемые в регистрах 6.1-6.п эквивалентны суммарным изменениям напряжений сме щения измерительных каналов, т.е. дрейфу напряжений смещения. Это поз валяет при использовании 3BN вносить коррекцию в результате измерений в процессе проведения прочностного эксперимента.

Формула изобретения

1. Многоканальное тензометрическое устройство, содержащее тензадатчики, усилители, схемы сравиения, коммутатор, при этом выходы тензадатчиков соединены с входами усилителей, а т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, она дополнительно содержит блок смещения диапазона измерений, блок управления, первый счетчик, 240 20 буферные регистры, цифроаналоговыи преобразователь, второй счетчик, управляемый источник питания тензодатчиков, причем инвертирующие входы, усилителей соединены с выходами блока смещения диапазона измерений, управляющие входы которого подключены к управляющим выходам блока управления, тактовый выход которога является тактовым выходом устройства, а первый тактовый выход и первые выхо ды записи и сброса блока управления подключены соответственно к счетному входу, входу предварительной установки и входу сброса первого счетчика, выход переноса которого соединен с входам конца преобразования блока управления, а выходы первого счетчика подключены к входам буферных регистров и входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соеди" нен с входами схем сравнения, первые входы которых подключены к выходам усилителей, а выходы схем сравнения соедйнены с входами блока управления, Ъ информационные входы которого являются информационными входами устройст" ва, а адресные выходы блока управле" ния соединены с управляющими входами коммутатора выходы котарага являются информационными выходами устройства, а входы коммутатора соединены с выходами буферных регистров, входы записи которых подключены к вторым управляющим выходам блока управления, вторые входы которого являются командными входами устройства, а информационные выходы блоха управления соединены с входами первого, второго счетчиков и информационными входами управляемого источника питания тензодатчикав, срсдняя точка ко-орого заземлена, а пинй отрицательнога напояжения соединена с первыми выводами тензадатчикав, вторые выводы которых подключены к шине положительного напряжения управляемага источника питания тензодатчикав, вторые информа» ционные входы которого совместно с информационным вхацами блока смещения диапазона измерений подключены к выходам второго счетчика, входы сброса и предварительной установки которого соединены с вторыми выходами сброса и записи блока управления, третьи аналогичные выходы которого соединены с входом сброса и счетным входом блока смещения диапазона из2I 14 мерений, управпяющий выход которого является выходом "I oòoâíoñòü" устройства и соединен с первым управляющим входом блока управления и счетным входом второго счетчика, выход переноса которого соединен с вторым управляющим входом блока управления, четвертые выходы сброса, записи, а также второй тактовый выход которого подключены соответственно к вхо" дам сброса„ предварительной установ" ки и счетному входу управляемого ис- i точника питания тензодатчиков.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ e e с я тем, что управляеМый источник питания тензодатчиков содержит второй цифроаналоговый пре" бразователь, третий счетчик, третий цифроаналоговый преобразователь, первый и второй операционные усилители, Первый, второй, третий, четвертый и

Пятый резисторы источник опорного напряжения, причем входы второго циф1 оаналогового преобразователя являют я первыми информационными входами

1 правляемого.источника питания тензоцатчиков, вторые информационные вхо пы которого соединены с информацион ыми входами третьего счетчика, вход броса, счетный вход и вход предварительной установки которого являются

34240 22 соответственно входом сброса, счет» ным входом и входом предварительной установки управляемого источника

5 питания тензодатчиков а выходы треть.

Ф его счетчика соединены с входами третьего цифроаналогового преобразователя, выход. которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя и выводом первого резистора„ второй вывод которого соединен с шиной "Земля", а выход второго операционного усилителя соединен с ши ной отрицательного напряжения и пер вым выводом второго резистора, вто" рой вывод которого соединен с инвер тирующим входом второго операционно-. го усилителя и первым выводом третьего резистора, второй вывод которого

20 соединен с выходом первого опера":: ционного усилителя, шиной положительного напряжения и первым выводом четвертого резистора, втордй вывод которого соединен с инвертирующим входом, 2я первого операционного усилителя и с первым выводом пятого резистора, второй вывод которого соединен д выхо" дом второго цифроаналогового преобразователя, вход опорного напряжения

gp которого соединен с входом опорного напряжения третьего цифроаналогового преобразователя и выходом источника опорного напряжения.

1434240

Выполняемая функция

Ne Код команды

Общий сброс устройства (установка в "0") 1 0000

2 0001

3 0010

Запись параллельного кода с информационных выходов блока 4 управления в первый счетчик 5

Запись параллельного кода с информационных выходов блока 4 управления в третий счетчик 13 (оинфазный сдвиг напряжений питания тензодатчиков на величину, определяемую записываемым кодом)

Запись кода с информационных выходов блока 4 управления во второй счетчик 10.(задание необходимой чувствительности тензодатчиков за счет выбора величины напряжения питания)

Запись кода во вторые буферные регистры 26

4 0011

5 0100

6 0101

7 0110

Установка в состояние "1" шестых триггеров 47

Установка в "1" первого триггера 29, который разрешает прохождение тактовых импульсов на счетный вход четвертого счетчика 24 !

"Измерение многократно". По этой команде происходит установка в "1" четвертого триггера 39 и пятого триггера 40, который разрешает прохождение тактовых импульсов на счетный вход первого счетчика 5

"Измерение однократно", По этой команде происходит установка в "1" пятого триггера 40 и устройство выполняет только один цикл измерение — вывод Останов". По этой команде происхоцит установка в "0" тригге-. ра 39 и прерывается работа устройства в режиме "Измерение многократно".

"Контроль автоматический". Устанавливается в "1" второй триггер 30, что разрешает прбхождение через второй ключ 34, импульсов "Конец вывода" на счетный вход третьего счетчика 13

8 0111

9 1000

10 1001

11 1010

1434240

1434240

3434240

Составитель Е.Щелина

Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцова

Редактор Л.Пчолинская

Тираж áßÎ Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

li3035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5542/4 1

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4