Устройство для измерения внутренних напряжений
Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности. Устройство сожержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом. На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора, состоящая из изолированных секций 8 и 9, смещенных одна относительно другой на фиксированное расстояние. Крайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции: 12, 13 и 14, 15 соответственно. Выводы параллельных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам электронного двоичного мультиплексора 16. Мультиплексор 16 подключен управляющими входами к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами - к частотнозависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии связи 21, соединяющей устройство с вторичным прибором. 1 ил.
СОЮЗ .СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ . ПРИ ГКНТ СССР 1; ь..... :, .,1- 1,,.1 - " „Г,,, S ОП И САН И Е ИЗОБРЕТЕ НИ Я иноиу К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4673625/24-10 (22) 13.02,89 (46) 23,12,90. Бюл. М 47 (71) Куйбышевский филиал Всесоюзного института по проектированию организации энергетического строительства "Оргэнергострой" (72) B.Ñ,ÈBàíoâ и Г,К.Скрипицын (53) 531.781 (088.8) (56) Датчики контроля и регулирования. / Справочник под ред. Д.И.Агейкина. — М.: Машиностроение, 1965, с. 207-209. Авторское свидетельство СССР и 142469, кл. G 01 L 1/12, 1960. „„Я2„„1615575 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности Устройство содержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом. На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного 1615575 зом. конденсатора, сострящая из изолированных секций 8 и 9, смещенных одна относительно другой на фиксированное расстояние. Крайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции: 12, 13 и 14, 15 соответственно. Выводы параллельных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам электронноИзобретение относится к области измерительной техники, может найти применение в приборах и измерительных информационных системах, предназначенных для высокоточного измерения внутренних напряжений упругопластических и пластических тел, в том числе в централизованных системах натурных исследований крупных бетонных энергетических сооружений. Цель изобретения — повышение точности. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом, На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора, состоящая из двух изолированных одна от другой секций 8 и 9, смещенных одна относительно другой на известное расстояние А Крайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции 12, 13 и 14, 15 соответственно, Выводы параллельно соединенных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам А -А4 и Вi-В4 электронного двоичного мультиплексора 16. Мультиплексор 16 подключен управляющими входами.2 и 2 к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом Vo — к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами — к частотно-зависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии 21 связи, соединяющей устройство с вторичным прибором {не показан). Устройство работает следующим обраro двоичного мультиплексора .16, Мультиплексор 16 подключен управляющими входами к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами — к частотно-зависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии 21 связи, соединяющей устройство с вторичным прибором. 1 ил. Измеряемое напряжение а воздействует на мембрану 4, вызывая ее прогиб Х. Вместе с мембраной смещается и средняя пластина 7 плоскопараллельного конденса5 тора. Жесткость мембраны подбирается таким образом, чтобы в диапазоне измеряемых напряжений имела место линейная зависимость Х = f(а); Х = К o; B исходном состоянии средняя пластина 7 плоскопарал10 лельного конденсатора занимает положение, определяемое текущим значением Х (или о), За начальное положение Хо условно принимается положение пластины 7, при котором секция 8 расположена на.одинако15 вом расстоянии от секций 12 и 14, За положительное направление изменения Х условно принимается направление по стрелке на чертеже. 20 Рабочий участок функций преобразования предлагаемого устройства (как и многих частотных датчиков) нелинеен..Действительно, в устройстве осуществляются следующие преобразования; 25 . о- Х- С+f- N. При использовании емкостного преобразователя в качестве элемента частотно-зависимой цепи автогенератора имеют выражение 30 1 1 N= К К2 2_#_ LC где L — индуктивность. Для плоскопараллельного конденсатора с переменным зазором справедливо 35 е$ 1 С= — =l4 — Х х где я — диэлектрическая проницаемость; S — площадь пластины. Следовательно,N = K4 VX, 40 К где К4= —. v< Нелинейный рабочий участок функции преобразования устройства для определения напряжений с достаточной точностью 1615575 и 14 конденсатора. 8 линию 21 связи посту40 пает электрический сигнал М2, пропорциональный величине Xp — Х, С приходом второго тактового импульса с задающего генератора 18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 45 о 1 устанавливаются сигналы соответственно нулевого и высокого уровня, по которым входы А2 и 82 мультиплексора 16 отключаются от секций 8 и 14 конденсатора, а его входы Аз и Вз подключаются к секциям 13 и 9 соответственно. В линию связи поступает электрический сигнал Кз, пропорциональный величине Xp+ Х+ Л. С приходом третьего тактового импульса с задающего генератора 18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 устанавливаются сигналы высокого уровня, по которым входы Аз и Вз мультиплексора 16 отключаются от секций 13 и 9, а входы А4 и 84 подключаются к секциям 9 и 15 55 может быть представлен отрезками пара6ап; N = аХ2+ ЬХ+ с, (1) где а, Ь, с — случайные коэффициенты, зависящие от внешних мешающих факторов. 5 Отличие текущих значений этих коэффициентов от номинальных определяет погрешности; нелинейности (а), чувствительности (Ь), начального уровня (с). Для исключения влияния трех нестабильных коэффи- 10 циентов на результат измерения X в предлагаемом устройстве проводится четыре такта измерения, в каждом из которых информация снимается с одной из пар секций конденсатора. При подаче по двухпроводной 15 линии 21 связи на устройство напряжения постоянного тока от удаленного вторичкого прибора (не показан) двухразрядный двоич-. ный счетчик 17 устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходах 2 и 20 2 устанавливаются сигналы нулевого уров1 ня. При этом входы А1 и 81 электронного двоичного мультиплексора 16 подключаются соответственно к выходам секций 12 и 8 конденсатора, которые оказываются вклю- 25 ченными в частотно-зависимую цепь 19 частотного преобразователя 20, в результате чего в линию 21 связи с выхода частотного преобразователя поступает электрический сигнал N1, пропорциональный Xo+ Х. С при- 30 ходом первого тактового импульса с задающего генератора 18 на вход двоичного счетчика 17 последний устанавливается в состояние, при котором с его выхода 2 снимается сигнал высокого уровня, а с выхода 35 2 — сигнал нулевого уровня, При этом про1 исходит переключение входов мультиплексора 16: входы А1 и 81 отключаются, а входы А2 и 82 его подключаются к выходам секций 8 соответственно, В линию 21 связи поступает электрический сигнал N4, пропорциональный величине Xp-X- Ь, В результате проведенных четырех тактов измерения получают систему уравнений Ni = a (Xp + X) + Ь (Хо + Х) + с; (2) N2 =- а (Хо — Х) + Ь (Xp — Х) + с; N3 = à (Xp + X + Д + Ь (Х + Х + Л) + с; N4=a(Xp X- Ь) +Ь(Хо Х Q+c. Решение системы (2) относительно Х осуществляется во вторичном приборе; М2 — К1 () (Na 3) (2 1) Полученное значение Х умножается на постоянный коэффициент 1/К (чувствительность), который хранится в памяти вторичного прибора. Следовательно, — 2 1 (4) (N4 Из) (и М1) К Из (4) следует, что в конечное выражение для измеряемого напояжения не входят коэффициенты а, Ь, с функции преобразования всего тракта измерительного устройства, включая преобразователь перемещения в электрический параметр. Таким образом, на точность измерения не влияет нестабильность этих коэффициентов, вызванная вариацией внешних условий и временным дрейфом параметров элементов, входящих в состав устройства. Формула изобретения Устройство для измерения внутренних напряжений, содержащее динамометрический датчик, выполненный в виде корпуса с жестко закрепленной по его периметру мембраной и преобразователя перемещения мембраны в электрический сигнал, частотный преобразователь и вторичный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено электронным двоичным мультиплексором, задающим генератором и двухразрядным счетчиком, а преобразователь перемещения мембраны в электрический сигнал выполнен в виде плоскопарэллельного дифференциального конденсатора, каждая из пластин которого содержит по две изолированные идентичные секции, при этом секции средней пластины смещены на фиксированное расстояние одна относительно другой и соединены с мембраной, а секции крайних пластин жестко соединены с корпусом, причем sJIBKTpoHHLlA двоичный мультиплексор подключен своими входами к выходам секций преобразователя перемещения мембраны в электрический параметр, выходами — к входу частотно-зависимой цепи частотного преобразователя, управляющими входами — к выходам двухраз1615575 Составитель Н.Вовчук Техред М.Моргентал Редактор Е.Папп Коррекгор Л.Пилипенко Заказ 3981 Тираж 475 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101 рядного двоичного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу задающего I генератора и к синхронизирующему входу электронного двоичного мультиплексора.
