Автоматический мостовой измеритель

 

ОП С -Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 71 4292

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0301,78 (21) 2561704/18-21

® „К„г с присоединением заявки ¹

G 01 R 17/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 050280, Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 050280 (53) УДК 621.317.

° 733 (088 ° 8) (72) Автор изобретения

С.M.Êîëîêîëüöåâ (71) Заявитель (5 4 ) АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

Изобретение касаетс я, автоматики и измерительной техники и предназначено для использования в тенэометрических установках.

Известны автоматические мостовые измерители, содержащие резонансные усилители, в обратную связь одного иэ которых включен измерительный - мост, и автогенераторы, управлеацие. режимом работы укаэанных усилителей (1) .

Их недостатком является то, что они не позволяют сочетать высокую чувствительность с высоким быстродействием устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является автоматический мостовой измеритель, содержащий мост, первый и второй автогенераторы,.первый и второй резонансные усилители, амплитудный детектор, переключатель, фа-. зовый детектор, исполнительный элемент, причем одна диагональ моста подключена ко входу первого резонансного усилителя, выход которого подключен через амплитудный детектор ко входу второго резонансного усили-: теля и через переключатель — ко второй диагонали моста, выход первого автогенератора подключен ко второму входу переключателя и .ко входу фаэо5 вого детектора, к другому входу которого подключен выход второго резонансного усилителя, а выход фазового детектора подключен ко входу исполнительного. элемента (2).

jg Иедсетаткдм его.является то, что он обладает высокой чувствительностью, но не позволяет, при использовании в тензометрических установках реализовать достаточно высокое быст15 него связано с необходимостью увеличения частоты автогенератора. В тенэометрических системах резисторытензодатчики, включаемые в мост, разрешаются на объектах, удаленных от измерительного устройства. Электрическое соединение достигается посредством проводной связи. При этом собственное активное и реактивное сопротивление проводов, а также сопротивление, вносимое эа счет паразитной магнитной и электрической связи, являются причиной дополнительного разбаланса моста. Указанные параметры достаточно нестабильны и их деста714292 билиэируюшее влияние возрастает при увеличении частоты напряжения питаюшего моста. Кроме того, йо мере"роста частоты питающешго напряжения, затрудняется балансировка и возрастает паразйтная связь между ъходом и выходом моста, не зависящая от раэбаланса. Влияние перечисленных . факторов приводит, при достаточно. высокой частоте питающего напряжения, к устойчийому самовоэбуждению и нарушению работы устройства. отсюдавозможность реализации высокой чувствительности устройства — прототипа только при достаточно низкой частоте питающего напряжения, что и определяет инерционность устройства как измерительного прибора.

Цель изобретения" — повышение быстродействия при высокой чувствительности устройства. "

Для этого н автоматичесйий мостовой измеритель, содержащий мост, дна

" автогенератора, дна резонансных усилйтеля, амплитудный детектор и исполнительный эл мент, причем выход пер- g5 ного автогенератора подключен к

"первому входу первого реэойансного усйлителя, а выход амплитудного детектора соединен со -входом второго резонансного усилителя, введены источник напряжения, умножитель часто-ты, пять суммирующих устройств; три прерывателй, причем выход второго автогенератора подключен к первым входам первого суймирУюшйго устройства, первого и второго прерывателей и ко входу умножителя частоты, источ " ник напряжения подключен к одной иэ диагоналей моста, другая диаго-"

"наль которого подключена ко второму входу йервого суммирующего устройст- 40, ва; выхсд первого суймируюшегб устройства подключен к первому входу третьего прерынателя, выход кбторого"подключен ко,второму входу первого резонансного:усилителя, первый выход последнего подключен к первому входу второго суМмирующего устройства, второй нйход первого резонансного усилителя подключен к первым

" входам третьего и "четвертого суммй» у) рующих устройств, вторые входы второго и" третьего суммирующих устройств подключены к первому выходу умножите4я "частоты, второй выход которого поркМючен -ко второму входу четверто-: го суммирующего устройства, выход второго суммирУюшего устройства подключен ко второму входу первого прерывателя, выход третьего суммирующе" го устройства подключен ко второму входу йторого прерыватель, .выходы 60 первого и второго прерывателей подключены, соответственно, к первому и второму нходам пятого суммируюшего устройства, выход которого под. ключен ко нторому:входу третьего

Ъ прерынателя, а выход четвертого суммирующего устройства подключен ко входу амплитудного детектора, выход второго резонансного усилителя соединен со входом исполнительного элемента. . Ha фиг. 1 показана электрическая схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 вЂ, зпюры напряжения, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Устройство содержит: 1 — источник напряжения, 2 — мост, 3 — первое суммирующее устройство, 4 — тре- . тий прерыватель, 5. — первый резонансный усилитель, 6 - второе суммирующее устройство, 7 — первый прерыватель, 8 — пятое суммирующее устройство, 9 — первый автогенератор, 10 — ретье суммирующее устройство, 11 нтброй прерыватель, 12 — умножитель частоты, 13 — четвертое суммирую аее устройстно, 14 — второй автогенератор, 15 — амплитудный детектор, 16 - вторбй резонансный усилитель, 17 -: исполнительный элемент °

На фиг. 2 приняты обозначенияi, 03@ — напряжение на выходе суммируюкаего устройства 3. До момента .мост 2 сбалансирован. В момент !

: мост скачком разбалансируется, причем напряжение в измерительной диагонали принимает значение ЬE. U12— напряжение на первом выходе умножите;ля частоты 12. 04ц — напряжение на выходе прерынателя 4 прй входном напряжейий равном 03а . U3g — напряженке на выходе суммирующего устройсФва 3. До момента 1м мост 2 сбалан-.сирован. В момент йщ мост скачком разбалансируется, причем напряжение в измерйтельной диагонали принимает значение -аЕ. U4$ - напряжение на выходе прерывателя 4 при входном напряжении равном U3cf. !

Устройство работает следующим обpBBQM

Гармоническое колебательное напряжение с частотой f =- поступает

Т с выхода автогенератора 14 на первые входы суммирующего устройства 3 и прерывателей.7, 11, а также на вход умножителя частоты 12. В схеме умно жителя формируются колебания с частотой 2f, поступающие с первого выхода умножителя на вторые входы суммнруюших устройств 6, 10, На втором выходе умножителя формируется колебательное напряжение частоты 2f, отстающее по фазе на /4 относительно напряжения на первом выходе. Второй выход умножителя подключен ко второму нходу суммирующего устройства 13, Фаза колебаний на первом выходе умножителя соответствует условию, по которому экстремальные значения положительных полуволн частоты 2f поочередно соответствуют зна714292 чениям фазы /4 и 5 /4 выходного напряжения частоты f автогенератора

14. Резонансный усилитель 5 настроен на частоту 2f.. Колебательное напряжение с первого выхода усйлителя 5, опережающее по фазе входное напряжение, поступающее с выхода прерывателя 4, на угол did > /4, подключено к первому входу суммирующего устрой» ства 6. Колебательное напряжение со второго выхода усилителя 5, отстающее по фазе относительно входного напряжения на угол JLP 7 /4 подключено к первым входам суммирующих устройств 10 13, При отсутст» вии выхоцного напряжения усилителя

5 входное напряжение суммирующих устройств 6, 10, 13 определяется . только колебаниями, подводимыми:от умножителя 12. Поэтому с выхоДов устройств 6, 10 на вторые входы прерывателей 7, 11 поступает колебательное напряжение синфазное с напряжением на нервом выходе умножителя 12. Прерыватель 7 замыкается, подключая второй вход к выходу, йри поступлении на первый вход положительной полуволны колебательного напряжения частоты f автогенератора

14. Прерыватель 11 замыкает второй вход с вйходом при постуйлении" на, первый вход отрицательной полуволны колебательного чапряженйя. При по- очередной коммутаций прерывателей, подсоединенных ко входам суммирующего устройства 8, на выходе последне- го выделяется колебательное напряже. ние синфаэное с напряжением на пер! вом выходе умножителя 12. Положительные полуволны указанного напряжения, поступающего на второй вход прерывателя 4, соответствуют замыканию первого входа нрерывателя с.выходом.

Заданный угол отсечки коммутируемого тока достаточно мал, поэтому напряжение на выходе прерыватвля имеет вид последовательности видеоимпульсов, длительность которых мала, по сравнению с периодом повторения управляющего напряжения, а амплитуда и полярность определяются мгновенными значениями коммутируемого напряженйя, поступающего на первый вход прерывателя с выхода суммирующего устройства 5. Выходное напряжение устройства 3 определяется суммой гармонического напряжения частоты f автогене« ратора 14 и постоянного напряжения, снимаемого с измерительной диагонали моста 2, к питающей диагЬнали которого подключен источник напряжения 1. При балансе моста напряжение в его измерительной диагонали отсутствует и к первому вхбду прерывателя 4 приложено только колебательное напряжение, поступающее через суммирующее устройство 3 от автогенератора 14. При этом сигнал на втором входе резонанснбго уснлителя 5, подключенном к выходу пре= рывателя 14, имеет вид последовательности разнополярных импульсов одинаковой амплитуды и длительности. Интервал времени между двумя последовательными раэнополярными импульсами равен †" =, †" . Частотный спектр—

1й рассматриваемой последовательности .

° импульсов не содержит составляющий с частотой 2f ° Поэтому выходное напряжение усилителя 5 отсутствует.

Колебательное напряжение со второго выхода умножителя 12 через суммирующее устройство 13 подается на вход амплитудного детектора 15, где преобразуется в ПЬстоянное напряжение, Последнее не пропускается колебательной системой усилителя 16, на" строенного на частоту F < f. Поэтому управляющий вход исполнительного элемента 17 обесточен. Пусть знак

20 раэбаланса моста 2.соответствует появлению на втором входе,суммйрую- щего устройства 3 напряжения положительной полярности. При этом уровень импульсов положительной полярности

3$ на втором входе усилителя 5 возрастает, а импульсов отрицательной полярности — уменьшится. В спектре сигнала появится составляющая частота 2f, синфазная с напряжейием той

3О же частоты на первом выходе умножителя 12. Нормально запертый усилитель

5 периодически с частотой Р открывается импульсами автогенератора 9, выход которбго подключен к первому входу усилителя. При открытом усилителе на выходе устройства 6 после суммирования выделится напряжение .опережающее, а на выходе устройства

10 — отстающее, по фазе относительно напряжения на первом выходе умножи40 теля. Но выходное напряжение устрой.ства 6 подается через прерыватель 7 и суммирующее устройство 8 на второй вход нрерывателя 4 в течение положн» тельных полуволн вйходного напряже45 ния автогенератора 14, подключенного через суммирующее устройство Зк первому управляющему входу прерывателя

4. Поэтому опережение по фазе, получаемое на выходе устройства 6, соот о ветствует возрастанию мгновенного эяачения положительного коммутирующего напряжения в момент коммутации и, следовательно, возрастанию уровня положительных импульсов на втором входе усилителя 5. Отставание по фазе, получаемое на выходе устройства

10, соответствует уменьшению мгновенного значения отрицательного коммутируемого напряжения в момент ком» мутации и уменьшению уровня отрицательных импульсов на втором входе усилителя 5. Увеличение амплитуды гармоники с частотой 2f входного напряжения усилителя вызывает еще большее опережение по фазе на,выходе

65 устройства 6 и отставание по фазе

714292 на выходе устройства 10. В результате, возникает процесс нарастания выходного напряжения усилителя 5. одновременно возрастает напряжение на выходе суммирующего устройства

13, поскольку напряжение на первом и втором входах последнего синфазны в момент возникновения разбаланса моста. После окончания выходного импульса автогенератора 9 усилитель 5 запирается и колебания на его выходе затухают до уровня шумовых компонент.

Далее вышеописанный цикл повторяется.

На выходе амплитудного детектора

15 выделяется пилообразное напряжение с частотой F. Возрастание напряжения соответствует импульсам автогенератора 9, а спад — паузе между ними. Первая гармоника с частотой

F указанного напряжения усйливается блоком 16. Выходное напряжение усилителя 16 поступает на управляющий вход исполнительного элемента 17.

Пусть знак разбаланса моста 2 соответствует появлению на втором входе суммирующего устройства 3 напряжения отрицательной полярности . При этом уровень импульсов отрицатель.ной полярности на втором входе усилителя 5 возрастает, а импульсов положительной полярности — уменьшится. В спектре входного сигнала появится составляющая частота 2f противофазная с напряжением той же частоты на первом выходе умножителя

12. При открытом усилителя на выходе устройства 6 после суммирования выделится напряжение отстающее, а на выходе устройства 10 — опережающее, по фазе относительно напряжения на первом выходе умножителя. Возникает процесс нарастания выходного напряжения усилителя 5 и одновременного убывания напряжения на выходе суммирующего устройства 13, поскольку напряжения на первом и втором входах послецнего противофазны в момент возникновения разбаланса моста. а выходе амплитудного детектора 15 выделяется пилообразное напряжение с частотой F. Уменьшение напряжения соответствует импульсам автогенератора 9, а возрастание — паузе между ними. Первая гармоника с частотой

F указанного напряжения усиливается блоком 16. Выходное напряженйе усилифеля 16 поступает на управляющий вход исполнительного элемента 17.

Таким образом, при балансе измерительного моста уровень управляющего сигнала, поступающего на вход исполнительного элемента, близок к нулевому. При разбалансе на вход исполнительного элемента поступает переменное напряжение, уровень которого характеризует степень разбаланса, а фаза. — его знак.

Я диагоналей моста, другая диагональ

16

1S

3Î

ЗО

Предложенное устройство обеспечивает значительно более высокое быстродействие при не менее высокой чувствительности.

Действительно, чувствительность сравниваемых устройств определяется произведением коэффициента усиления двух взаимно расстроенных резонансных усилителей и, при оптимальном выборе параметров схемы, приблизительно, одинакова.

Быстродействие сравниваемых устройств определяется максимально допустимым значением частоты оконечного усилителя. По принципу действия сравниваемых устройств, эта частота должна быть меньше частоты предварительного усилителя. Выходное напряжение последнего используется в устройстве-прототипе для питания измерительного моста. Увеличение резонансной частоты предварительного усилителя в устройстве-прототипе ограничено требованием устойчивой работы при возрастании паразитной обратной связи между входом и выходом моста и нестабильных сопротивлений, вносимых в мостовую схему. В предлагаемом устройстве мост балансируется на частоте специального источника напряжения, которая может быть достаточно низкой либо нулевой (постоянное напряжение). Поэтому дестабилизирующее влияние вышеперечисленных факторов достаточно мало и может быть обеспЕчена высокая чувствительность к разбалансу — независимо от рабочих частот усилительной части схемы. Последние выбираются предель-но высокими (предел определяется только конструктивными соображениями). отсюда — высокое быстродействие предлагаемого устройства .

Формула изобретения автоматический мостовой измеритель, содержащий мост, два автогенератора, два резонансных усилителя, амплитудный детектор и исполнительный элемент, причем выход первого автогенератора подключен к первому входу первого резонансного усилителя, а выход амплитудного детектора соединен со входом второго резонансного усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при высокой чувствительности устройства, в него введены источник напряжения, умножитель частоты, пять суммирующих устройств, три прерывателя, причем выход второго автогенератора подключен к первым входам первого суммирующего устройства первого и второго прерывателей и ко входу умножителя частоты, источник напряжения подключен к одной из

714292 которого подключена ко второму входу первого суммирующего устройства, выход первого суммирующего устройства подключен к первому входу третьего прерывателя, выход которого подключен ко второму входу первого резонансного усилителя, первый выход последйего подключен к первому входу второго суммирующего устройства, второй выход первого резонансного усилителя подключен к первым входам третьего

1 и четвертого сувмирукиаих устройств, вторые входы второго.и третьего суммирующих устройств подключены к первому выходу умножителя частоты, второй выход которого подключен ко второму входу четвертого суммирующего устройства, выход второго суммирующего устройства подключен ко второму входу первого прерывателя, вы« ход третьего суммирующего устройства подключен ко второму входу второго прерывателя, выходы первого и второго прерывателей подключены, соответственно, к первому и второму входам пятого суммирующего устройства, вы$ хбд которого подключен ко второму входу третьего прерывателя, а выход четвертого суммирующего устройства подключен ко входу амплитудного детектора, выход второго резонансного усилителя соединен со входом исполнительного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при эксйертизе

1. Авторское свидетельство СССР

94175578, кл. 2 G 01 R 35/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2307086/21 от 30,12.75 кл, 2 G 01 R 17/10, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

-,6Е

Составитель И.Вахтина

Редактор В.Сапнрштейн Техред М.Келемеш Корректор Г.Решетник

«Ф »» «

Заказ 9278/41 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4