Цифровой многоточечный тензометрический мост

 

Союз Советсмии

Социапистичесмик

Республик

<и>917!01. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е (61) Дополнительное к авт, свмд-ву й".691765 (22) Заявлено 21.0880 (21) 2976ч11/18-21 (51)М. Кл. с присоедмненмект заявкм №

Ф (23) П рнорнтет

С 01 R 17/10 фкударстеаииый квинтет

СССР ив делам- изобретений и еткрытий

Опубликовано 300382. Бюллетень №12

Дата опубликования описания 3003.82 (53) УДК621. 317.

733(088.8) (72) Автор б (54) ЦИФРОВОЙ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ

МОСТ записи (11.

Изобретение относится к измери" тельной технике и может быть использовано при измерении как статических, так и динамических деформаций.

По основному авт.св. N 691765 известен цифровой многоточечный тенэометрический мост, используемый для измерения деформаций с применением тензореэисторов в качестве первичных преобразователей. Это устройство содержит мостовую схему, одно

10 плечо которой образовано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а три плеча образованы постоянными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых

15 блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительного блоков подключены параллельно одному

20 постоянному резистору, а цифровые проводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно второму постоянную резистору, общая точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нульоргана, источник питания, включенный в диагональ, нуль-орган, первый вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи, включенный между регистрами дополнительных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нульоргана и с управляющими входами переключателя, регистров и блока пере"

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно обеспечивает измерение лишь статических деформаций, при непрерывно изменяющихся т.е. динамических деформациях, в частности при знакопеременных, с определенной амплитудой и частотой, деЮ

3 9171 формациях известное устройство нера-: ботоспособно.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения динамических деформаций.

01

Кроме того, усилитель переменного напряжения выполнен частотноизбирательным, а цифровая проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием

Укаэанная цель достигается тем, что цифровой многоточечный тензометрический иост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой образовано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а трй плеча образованы постоянными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые прово- . димости первых основного и дополнительного блоков подключены параллельно одному постоянному резистору, а цифровые проводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно второму постоянному резистору, общая точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нуль-органа, источник питания, вклю" ченный в диагональ нуль-органа, первый вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали через основной. переключатель, блок перезаписи, включенный между регистра- ми дополнительных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нуль-органа и с управляющими входами переключателя, регистров и блока перезаписи, снабжея усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последовательно соединен" ные усилитель переменного напряжения, 4Е вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напряжения в пос- тоянное, преобразователь напряжение" частота и реверсивный счетчик, ключом, включенным между вершиной мостовой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового блбка,входы регистра которого подкЬючейы к выходам реверсивного счетчика, при этом управляющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежной с тензорезистором, а управляющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключателя соединены с блоком управления. где Й - код регистра первого основного цифрового узла, g — суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом, G - -проводимость постоянного резистора мостовой схемы.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит тензорезистор

1, три постоянных резистора 2-4, образующих пассивные плечи моста, источник 5 питания, нуль-орган 6, соединенные провода 7-9, коммутатор 10, обеспечивающий поочередный опрос всех измерительных точек, переключатель

11, изменяющий точку подключения входа нуль"органа 6 к первой вершине моста, два основных цифровых блока, один из которых образован цифровой проводимостью 12 и регистром 13, а второй цифровОй прОвОдимОстью. 14 и регистром 15, два дополнительных цифровых блока, образованных цифровыми проводимостями 16 и 17 и регистрами 18 и 19, блок 20 перезаписи, включенные между регистрами 18 и 1>,, последовательно соединенные усилитель 21 переменного напряжения, вход которого через переключатель

22 соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь 23 переменного напряжения в постоянное, преобразователь 24 напряжение-частота и реверсивный счетчик 25. Одна вершина цифровой проводимости 12 подключена к мостовой схеме через ключ 26, управляющий вход которого через формирователь 27,связан с первой вершиной 28 измерительной диагонали.

Устройство работает следующим образом.

Функцию цифроаналогового преобразователя (ЦАП) вьйолняют цифровые блоки и резисторы 4 и 3. Выходом ЦАП является точка 29, т.е. вторая вершина измерительной диагонали.

5 9171

Если ключ 26 замыкать и размыкать с определенной частотой, то, если код регистра 13 не равен нулю, в точке 29 появится переменная составляющая напряжения. Формирователь 27 обеспечивает на своем выходе знакопеременный сигнал типа меандр, частота к торого равна частоте сигнала.

Приводя в соответствие положительной полуволне меандра замкнутое состояние ключа 26, а отрицательной полуволне - разомкнутое состояние ключа 26, в точке 29 получаем переменный сигнал типа меандр.

Коррекция погрешностей при г =. 0 осуществляется только с помощью ос.новных цифровых блоков, а разряды цифровых проводимостей 16 и 17 отключены.

Блок управления 30 с помощью нуль- о органа 6 уравновешивает мостовую схему по постоянному току цифровым.блоком, образованным регистром 15 и цифровой проводимостью 14. После . этого начинается работа усилительнопреобразовательного блока.: Блок 30 управления устанавливает на выходной шине 31 сигнал логической "1". Переключатель 22 устанавливается е положение 32, и переменное напряжение зо поступает на вход усилительно"преобразовательного блока, где усиливается усилителем 21 переменного напряжения, преобразуется в сигнал постоянного напряжения преобразователем З

23, а на выходе преобразователя 24 имеет частотный сигнал, номинально пропорциональный исходному сигналу.

Погрешности на этих этапах преобразования приводятся к выходу преобра- ао зователя 24. Импульсы с выхода преобразователя 24 в течение первого отрезка времени поступают wa вход счетчика 25, входная логика 33 которого устанавливает режим суммирова- 4 ния импульсов. По окончании первого отрезка времени в счетчике 25 уста" навливается код, который записывается в регистр 13, а на .шине 34 устанавливается сигнал логического "0"., Переключатель 22 устанавливается в, " положение 34, а логика 33 устанавливает режим вычитания счетчика 25.

Во втором отрезке времени к входу усилителя 21 приложено напряже" ние, пропорциональное коду регистра

13, следовательно, на выходе преобра01 6 эователя 24 устанавливается частота, ° I пропорциональная этому напряжению.

К концу второго отрезка времени в счетчике сформируется разность кодов, которая является поправкой, первого цикла коррекции. В момент окончания второго отрезка времени ко входу усилителя 2 1 вновь подключается напряжение переменной составляющей в точке 28, а счетчик 25 устанавливается в режим сложения.

К моменту окончания третьего отрезка времени в счетчике сформируется первый скорректированный код. Если выполнить второй цикл коррекции, то таким же образом к моменту окончания пятого отрезка времени сформируется второй скорректированный код. После определенного цикла конечная погрешность измерения определяется точнос" тью изготовления ЦАП. Это означает, что на точность измерения не влияет ни точность установки напряжения источника питания, ни отклонение сопротивления тензорезистора от определенного номинала.

Если сопротивлением проводов не пренебрегать, то погрешность измерения пропорциональна соотношению сопротивлений провода и тензорезистора.

Для компенсации сопротивления проводов в устройстве используются дополнительные цифровые блоки и осуществляются два предварительных вспомогательных уравновешивания.

Первое уравновешивание производят цифровой проводимостью 14, установив переключатель 11 в положение

35. Затем переключатель 11 переводят в положение 36 и, не изменяя состояние цифровой проводимости 14, производят второе уравновешивание цифровой проводимостью 17. Полученный код в момент равновесия фиксируется в регистре 19, а также через устройство

20 перезаписи заносится в регистр 18.

Переключатель 11 устанавливается вновь в положение 35 и производится третье уравновешивание, при этом цифровые проводимости 16 и 17 включены в соответствии с кодом регистра 19.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается высокая точность измерения динамических деформаций, которая наряду с коррекцией погрешностей усилительно-преобраэова -.1

91 тельного тракта не зависит ни от сопротивления проводов, ни от сопротивления тензорезистора.

Выбирая отрезки времени преобразования равными периоду сетевого напряжения, в устройстве обеспечивается подавление помех, вызванных этим напряжением.

Для повышения быстродействия устройства уравновешивания для каждой измерительной точки можно совместить во,времени с первым преобразовательным циклом сигнала в точке 28. Для обеспечения необходимой точности измерения преобразователь 23 выполняют в виде амплитудного детектора, а результат измерения дает амплитудное значение измеряемой величины. При этом усилитель 21 должен быть достаточно широкополостным, чтобы сигнал в точке 36 усиливался без искажений.

В случае, если усилитель не обеспечивает достаточную полосу прозрачности, сигнал точки 2Я будет искажаться за счет подавления высших гармоник. Это приведет к тому, что, при рае(енстве амплитуд в точках 28 и 29, со*тиошение амплитуд на выходе усилителя будет зависеть от степени подавления гармоник сигнала в точке 29.

Очевидно, что при этом неизбежны погрешности измерения.

Для устранения погрешностей, вызванных неравномерностью частотной характеристики усилительно-преобразовательного тракта, усилитель выполнен частотно-избирательным. При этом цифровая проводимость 12 выполнена в соответствии с условием

М = -- -(. 0 где и - код регистра 13

g - суммарная проводимость разрядов цифровой проводимости

1ч, включенных в соответствии с кодом М.

Таким образом, в определенной полосе частот устройство обеспечивает высокую точность измерения без перестройки избирательности усилителя переменного напряжения. При изменении.частотного диапазона динамических деформаций необходимо произвести час7101 8 тотную перестройку, например, с помощью набора фильтров.

Формула изобретения I. Цифровой многоточечный тензо-, метрическ м" мост по авт.св. 1т691765 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения динамических деформаций, он снабжен усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительнОй диагонали, преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, ключом, включенным между вершиной мостовой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового блока, входы реги=. стра которого подключены к выходам реверсивного счетчика, при этом управляющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежнцй с тензорезистором, а управляющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключателя соединены с блоком управления.

2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что усилитель ю переменного напряжения выполнен частотно-избирательным, а цифровая проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием

-Ф G где Й вЂ” код регистра первого основного цифрового узла, 45 g - суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом, G - проводимость постоянного резистора мостовой схемы.

50 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 691765, кп. G 01 R 17/10, 1977 (прототип).