АВТОМАТИЧЕСКИЙ КАЛИБРАТОР КАНАЛОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2020 года по МПК G01R35/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для формирования в автоматическом режиме заданного количества дискретных величин приращения сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезисторов при проведении с требуемой точностью метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения сигналов тензорезисторов быстродействующих измерительных систем.

Повышение точности установления функции преобразования при проведении метрологических исследований, поверки и калибровки измерительной системы может быть достигнуто при увеличении количества эталонных значений приращения сопротивления (не менее 20) в пределах диапазона измерения системы. В основном для выполнения этих исследований применяют магазины сопротивления, задавая вручную приращения сопротивления относительно номинального сопротивления имитируемого тензорезистора. Проведение метрологических исследований с применением магазина сопротивления требует больших затрат времени, ручного труда и неизбежных ошибок в задании величины приращения сопротивления при большом количестве поверяемых каналов в системе, поэтому измерительные системы стали оснащать автоматическими тензокалибраторами. В известных автоматических тензокалибраторах имеется возможность задавать необходимое количество ступеней приращения сопротивления, но они не могут использоваться в быстродействующих системах. Поэтому необходимо создавать автоматические тензокалибраторы, которые позволят сформировать необходимое количество ступеней приращения сопротивления при проведении с требуемою точностью метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения сигналов тензорезисторов быстродействующих измерительных систем. Предлагаемый тензокалибратор рассчитан на количество ступеней, достаточное для расчета с требуемой точностью функции преобразования измерительной системы по результатам измерений приращения сопротивления тензорезистора.

Известен автоматический тензокалибратор, в котором формируется заданное количество ступеней приращения сопротивления (Беклемишев А.И., Судаков В.А. Устройство для автоматизации исследований метрологических характеристик. Труды ЦАГИ, вып.2105, 1981, с. 75, рис. 3). Автоматический тензокалибратор состоит из имитатора сигналов тензорезистора и устройства управления. Имитатор сигналов тензорезистора представляет цепь из последовательно соединенных между собой пяти опорных резисторов, каждый из которых через контакт реле соединен со своим шунтирующим резистором. Свободные выводы первого и пятого резисторов подсоединяют соответственно к первой и второй паре выходов, один из которых является токовым, а второй - измерительным выводом имитатора. Величины опорных и шунтирующих резисторов рассчитаны, исходя из полного диапазона приращения сопротивления имитируемого тензорезистора, величины максимального сопротивления имитируемого тензорезистора (номинального сопротивления имитируемого тензорезистора плюс половина полного диапазона приращения сопротивления тензорезистора), количества ступеней, числа разрядов двоичного кода. Для управления подключением шунтирующих резисторов применяется двоичный код. Автоматический тензокалибратор рассчитан на 31 ступень приращения сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезистора 120 Ом в полном диапазоне 4,8 Ом (±2,4 Ом). В тензокалибраторе влияние сопротивлений выводных проводников исключается четырехпроводным включением имитатора в измерительную цепь с использованием измерительных и токовых выводных проводников. Однако влияние сопротивления элемента соединительной связи шунта со схемой имитатора, куда входит сопротивление соединительного провода и коммутирующего элемента включения шунта, не позволяет применять известный тензокалибратор при быстрых (порядка нескольких тысяч в секунду) переключениях, необходимых для поверки быстродействующих измерительных систем. Требование высокого быстродействия обязывает использовать для включения шунта в измерительную схему калибратора бесконтактные переключатели типа МОП-транзисторов. Проведенные расчеты показывают, что даже при применении лучших бесконтактных переключателей с сопротивлением ключей в открытом состоянии 4 Ом, минимальная относительная погрешность от влияния ключевых элементов в тензокалибраторе примерно равна 0,4%, что недопустимо для точных измерений. Поэтому недостаток известного тензокалибратора заключается в том, что его нельзя применять в быстродействующих системах для исследования их метрологических характеристик и поверки с требуемой точностью.

Известен автоматический калибратор каналов измерения сигналов тензорезисторных и терморезисторных датчиков измерительной системы - [Патент РФ №2324899, МПК G01D 9/00, 2008 г. ]. Калибратор включает в себя имитатор сигналов датчиков, выполненный в виде формирователя ступеней и коммутатора калибратора, аналогичного коммутатору датчиков системы, при этом каждая ступень формирователя подключена к соответствующему входу коммутатора калибратора. Измерительный вывод коммутатора калибратора соединен с каждым измерительным входом поверяемого коммутатора датчиков системы. Коммутаторы датчиков и коммутатор калибратора выполнены по пирамидальной схеме. В системе применяется несколько коммутаторов датчиков, поэтому используется трехступенчатая схема соединения ключевых элементов: первая ступень - номер точки в разъеме коммутатора (№тк), вторая ступень - номер разъема коммутатора (№рк), третья ступень - номер коммутатора в системе (№ком). Для управления выбором требуемой точки в коммутаторе используются шины управления измерительной системы, имеющие соответствующие названия: №тк, №рк, №ком. Передаваемый по ним двоичный код от устройства управления системы в коммутаторах датчиков системы преобразуется в дешифраторах коммутаторов в управляющий сигнал, который открывает соответствующие ключи по цепочке: номер заданной точки в выбранном разъеме, номер требуемого разъема из всех разъемов, номер заданного коммутатора из всех коммутаторов. Управляющие входы коммутатора калибратора соединены с соответствующими входами блока управления измерительной системы. Для выбора номера коммутатора калибратора используются те же шины №ком, что и для коммутатора датчиков, так как эти коммутаторы должны иметь одинаковый логический номер. Для выбора номера точки в разъеме и номера разъема в коммутаторе калибратора используются дополнительные шины, которые названы соответственно №ти и №ри. По этим шинам передаются сигналы управления на подключение ступеней сигналов калибратора к измерительному устройству системы. Управление осуществляется программно управляемым компьютером устройством управления системы.

Недостаток известного автоматического калибратора состоит в том, что он рассчитан на подключение небольшого количества (в данном случае семи) ступеней приращения сопротивления тензорезистора, для управления формированием которых используется 3 дополнительно выделенных шины в магистрали управления измерительной системы. По этим шинам передаются управляющие сигналы в виде двоичных кодов, которые в соответствии с программой формируются в компьютере измерительной системы. Основное количество шин в магистрали используется для управления коммутаторами датчиков измерительной системы и определяется количеством тензорезисторов, на подключение которых рассчитана система. Чем больше количество подключаемых в системе датчиков, тем меньше остается свободных шин в магистрали управления, которые можно использовать для управления имитатором калибратора. Например, ячейка памяти компьютера состоит из 16 разрядов. Для управления коммутаторами на 1000 датчиков потребуется 10 двоичных разрядов. Пусть 3 двоичных разряда потребуются для управления режимами работы системы. Тогда на управление имитатором калибратора остается 3 двоичных разряда. Если в измерительной системе использовать автоматический калибратор, например, на 21 ступень приращения сопротивления тензорезистора, то потребуется коммутатор имитатора на 21 вход. Для управления таким коммутатором необходимо 5 шин магистрали управления измерительной системы, поэтому при имеющихся трех шинах такой калибратор невозможно подключить к рассмотренной системе без сокращения количества датчиков, подключаемых к системе.

Известен имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для автоматической калибровки измерительной системы - [Патент РФ на полезную модель №189614 МПК G01R 35/00, 2019 г., выбран в качестве прототипа]. Известное устройство является автоматическим калибратором, состоящим из имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков и устройства управления. Имитатор сигналов выполнен по схеме резисторного моста, в котором сопротивления плеч равны номинальному сопротивлению плеч тензорезисторов мостового датчика. Между каждой парой резисторов, образующих плечи моста, к которым подведено электропитание моста, включены цепи из последовательно соединенных резисторов. Первая цепь состоит из m резисторов и имеет (m+1) выводов, вторая цепь состоит из n резисторов и имеет (n+1) выводов, m и n четные числа. Выводы первой цепи соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов первого коммутатора имитатора. Выводы второй цепи соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов второго коммутатора имитатора. Выходы в каждом коммутаторе соединены между собой и представляют измерительную диагональ моста. На выходах коммутаторов формируются (m+1)× (n+1) ступеней сигналов моста. При выборе соответствующих значений сопротивлений резисторов и их количества в каждой цепочке автоматический калибратор способен обеспечить формирование необходимого количества ступеней выходного напряжения моста, для проведения метрологических исследований, поверки и калибровки быстродействующей измерительной системы с требуемой точностью. Диагональ питания и измерительная диагональ моста представляют измерительный вывод калибратора и при проведении метрологической поверки соединены с измерительными входами поверяемого коммутатора системы. Устройство управления выполнено на интегральных микросхемах, и вырабатывает сигналы управления коммутаторами имитатора калибратора через каждый цикл опроса поверяемого коммутатора системы. Для этого управляющий вход калибратора, который является входом устройства управления, соединен с выходами шин номера коммутатора, входящих в состав магистрали управления измерительной системы.

Недостаток прототипа автоматического калибратора состоит в том, что он не предназначен для работы с имитатором приращения сопротивления тензорезистора.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей автоматического калибратора, в котором формируется необходимое количество (более 20) ступеней приращения сопротивления тензорезистора и при использовании тех же управляющих сигналов, которые применяются для подключения коммутаторов датчиков системы при проведении метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения сигналов тензорезисторов быстродействующих многоканальных измерительных систем.

Технический результат изобретения достигается тем, что автоматический калибратор каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы, содержащий имитатор сигналов, в состав которого входят два коммутатора и формирователь ступеней приращения сопротивления, содержащий две цепи из последовательно соединенных резисторов, при этом одна цепь состоит из m резисторов и имеет m+1 выводов, которые соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов первого коммутатора, вторая цепь состоит из n резисторов и имеет n+1 выводов, которые соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов второго коммутатора, измерительные входы коммутаторов соединены с выходами цепей резисторов формирователя ступеней приращения сопротивления, а выходы каждого коммутатора объединены и представляют измерительный вывод автоматического калибратора, и устройство управления, содержащее логические элементы ИЛИ и И, формирователь сигнала «установка нуля», двоичные счетчики и дешифраторы, дополнительно в формирователе ступеней приращений сопротивления включен опорный резистор, к которому с одной стороны подключена цепь из m резисторов, а с другой стороны подключена цепь из n резисторов, выходы этих цепей являются первым и вторым токовыми выводами автоматического калибратора, при этом в устройстве управления (m+1) выходов первого дешифратора и (n+1) выходов второго дешифратора являются выходами устройства управления и соединены с соответствующими управляющими входами бесконтактных ключевых элементов первого и второго коммутаторов, входы первого дешифратора соединены с выходами первого двоичного счетчика, выходы второго двоичного счетчика, соединены с входами второго дешифратора, второй выход первого дешифратора и (n+1) выход второго дешифратора соединены с входами логического элемента И, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом формирователя сигнала «установка нуля», а выход второго логического элемента ИЛИ соединен с входом «установка нуля» второго двоичного счетчика, (m+2) выход первого дешифратора соединен со счетным входом второго двоичного счетчика и третьим входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом «установка нуля» первого двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом дополнительно введенного логического элемента ИЛИ-НЕ, входы которого представляют управляющие входы автоматического калибратора.

На фиг. 1 представлена схема автоматического калибратора каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы и схема его подключения к измерительной системе при проведении метрологической поверки этой системы. Автоматический калибратор каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы (далее автоматический калибратор) 1 состоит из имитатора ступеней приращения сопротивления тензорезистора (далее имитатор) 2 и устройства управления 3. В состав имитатора 2 входят первый коммутатор, состоящий из бесконтактных ключевых элементов Кл. 1 - Кл. 4 и второй коммутатор, состоящий из бесконтактных ключевых элементов Кл. 5 - Кл. 11. В состав имитатора 2 входят также первая цепь из m равных по величине сопротивлений резисторов R₁, вторая цепь из n равных по величине сопротивлений резисторов R₂ и опорный резистор R₀. Количество резисторов R₁ в калибраторах на различное количество ступеней приращения сопротивления тензорезистора может быть четным и нечетным, а количество резисторов R₂ всегда четное. Цепи резисторов R₁ и R₂ с одной стороны своими выводами соединены с выводами резистора R₀. С другой стороны они свободными выводами соединены с первым и вторым выводами автоматического калибратора 1, предназначенными для питания током цепи, состоящей из последовательно соединенных через опорный резистор R₀ цепи резисторов R₁ и R₂ имитатора 2. Входы Вх. 1 - Вх. 4. представляют (m+1) входов первого коммутатора, они соединены со всеми выводами резисторов из цепи, состоящей из m резисторов R₁. Выходы ключевых элементов первого коммутатора объединены и представляют первый измерительный вывод автоматического калибратора 1. Входы Вх. 5 - Вх. 11. представляют (n+1) входов второго коммутатора имитатора 2, они соединены со всеми выводами резисторов из цепи, состоящей из n резисторов R₂. Выходы ключевых элементов второго коммутатора объединены и представляют второй измерительный вывод автоматического калибратора 1. Токовые и измерительные выводы автоматического калибратора 1 образуют измерительный выход, который проводами соединяется с измерительными входами коммутатора датчиков измерительной системы при проведении ее метрологической поверки. Величины сопротивлений R₀, R₁ и R₂ рассчитываются с учетом величины номинального сопротивления тензорезистора и его диапазона приращения сопротивления, а также количества необходимых ступеней приращения сопротивления в заданном диапазоне. Схема имитатора 2 позволяет сформировать k=[(m+1)n+1] ступеней приращения сопротивления. На фиг. 1 в состав имитатора 2 входят три резистора (m=3) R₁ и шесть резисторов (n=6) R₂, поэтому имитатор 2, представленный на фиг. 1, позволяет сформировать 25 ступеней приращения сопротивления тензорезистора. В качестве примера рассмотрим автоматический калибратор, предназначенный для формирования 25 ступеней приращения сопротивления тензорезистора, номинальное сопротивление которого 120 Ом, а диапазон приращения сопротивления составляет ±2,4 Ом, поэтому полный диапазон приращения сопротивления составляет 4,8 Ом. Величина сопротивления каждого резистора R₂ равна величине полного диапазона приращения сопротивлений имитатора, деленной на количество резисторов n. Величина опорного резистора R₀ равна разности величины номинального сопротивления имитируемого тензорезистора и половине величины сопротивления резистора R₂, умноженного на количество резисторов n. Величина сопротивления резистора R₁ равна В соответствии с приведенными соотношениями величины сопротивлений резисторов R₀, R₁ и R₂ равны 117,6 Ом, 0,8 Ом и 0,2 Ом. В рассмотренном в качестве примера автоматическом калибраторе можно сформировать до 25 ступеней приращения сопротивления с шагом, равным 0,2 Ом. Первая ступень этого калибратора (максимальная отрицательная) равна - 2,4 Ом, последующая за ней - 2,2 Ом, тринадцатая ступень (нулевая) равна 0 Ом, двадцать четвертая ступень равна +2,2 Ом, а последняя двадцать пятая (максимальная положительная) ступень равна +2,4 Ом. Оптимизация схемы для одного и того же количества ступеней приращения сопротивления должна проводиться в направлении уменьшения суммарного количества резисторов R₁ и R₂ для уменьшения общего количества входов в коммутаторах имитатора 2 и сокращения количества оборудования.

В состав устройства управления 3 входят логический элемент ИЛИ-НЕ 4, первый двоичный счетчик 5, второй двоичный счетчик 6, первый дешифратор 7, второй дешифратор 8, первый логический элемент ИЛИ 9, второй логический элемент ИЛИ 10, логический элемент И 11 и формирователь сигнала «установка нуля» 12. Формирователь сигнала «установка нуля» 12 включает в себя кнопку, при нажатии на которую формируется перепад напряжения с нуля на плюс, обеспечивающий установку в «нуль» двоичных счетчиков 5 и 6. При необходимости сигнал «установка нуля» может подаваться из системы по дополнительно выделенной шине (при ее наличии) в магистрали управления. На фиг. 1 эта шина не показана. Выходы с первого по (m+1) первого дешифратора 7 устройства управления 3 соединены с соответствующими управляющими входами бесконтактных ключевых элементов Кл. 1 - Кл. 4 первого коммутатора имитатора 2. Выходы с первого по (n+1) второго дешифратора 8 устройства управления 3 соединены с соответствующими управляющими входами бесконтактных ключевых элементов Кл. 5 - Кл. 11 второго коммутатора имитатора 2. Входы первого дешифратора 7 соединены с выходами первого двоичного счетчика 5. Количество этих выходов х находится из решения уравнения 2^х≥(m+2). Выходы второго двоичного счетчика 6, количество которых у находится из решения уравнения 2^y≥(n+2), соединены с входами второго дешифратора 8. Второй выход первого дешифратора 7 и (n+1) выход второго дешифратора 8 соединены с входами логической схемы И 11, выход которой соединен со вторым входом второй логической схемы ИЛИ 10 и вторым входом первой логической схемы ИЛИ 9. Первый вход второй логической схемы ИЛИ 10 соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля» 12, а выход второй логической схемы ИЛИ 10 соединен с входом «установка нуля» второго двоичного счетчика 6. Выход с номером (m+2) первого дешифратора 7 соединен со счетным входом второго двоичного счетчика 6 и третьим входом первой логической схемы ИЛИ 9, первый вход которой соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля» 12. Выход первой логической схемы ИЛИ 9 соединен с входом «установка нуля» первого двоичного счетчика 5, счетный вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ-НЕ, входы которой представляют управляющие входы автоматического калибратора.

Измерительная система, приведенная на фиг. 1 в качестве примера для пояснения подключения к ней автоматического калибратора 1, состоит из коммутаторов датчиков 13, измерительного модуля 14, интерфейсного блока 15 и компьютера 16. В состав представленной на фиг. 1 системы входит до 16 коммутаторов датчиков. В системе используется трехступенчатая схема соединения ключевых элементов: первая ступень - номер точки в разъеме коммутатора (№тк), вторая ступень - номер разъема коммутатора (№рк), третья ступень - номер коммутатора в системе (№ком). Для управления выбором требуемой точки в коммутаторе используются шины управления измерительной системы, имеющие соответствующие названия: №тк, №рк, №ком. Передаваемый по ним двоичный код от устройства управления в составе измерительного модуля системы в коммутаторах датчиков системы преобразуется в дешифраторах коммутаторов в управляющий сигнал, который открывает соответствующие ключи по цепочке: номер заданной точки в подключенном разъеме, номер выбранного разъема из всех разъемов, номер заданного коммутатора из всех коммутаторов. На фиг. 1 представлен один коммутатор датчиков 13 и приведена схема его соединения с автоматическим калибратором 1 и блоками системы для пояснения работы калибратора при метрологической поверке. По шинам №тк передается три двоичных кода управления выбором номера точки в одном разъеме, поэтому к одному разъему можно подключить до 8 датчиков. По шинам №рк передается три двоичных кода управления выбором номера разъема, поэтому в одном коммутаторе имеется 8 разъемов. Таким образом, к одному коммутатору можно подключить до 64 датчиков. Система, как было указано выше, рассчитана на подсоединение до 16 коммутаторов датчиков, потому что по шинам №ком передается четыре двоичных кода управления выбором номера коммутатора. Всего к системе можно подключить до 1024 датчиков.

Автоматический калибратор каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы работает следующим образом. Вначале автоматический калибратор 1 подсоединяется к магистрали управления и коммутатору датчиков 13 в соответствии со схемой фиг. 1. Измерительная система устанавливается в исходное состояние, при котором по всем шинам магистрали управления выставляется потенциал, соответствующий логическому «нулю». С помощью формирователя сигнала «установка нуля» 12 через первый логический элемент ИЛИ 9 осуществляется установка в «нуль» первого двоичного счетчика 5, а через второй логический элемент ИЛИ 10 осуществляется установка в «нуль» второго двоичного счетчика 6. В результате первый и второй дешифраторы устанавливаются в состояние, при котором на их первом выходе формируется положительный потенциал. Эти управляющие сигналы поступят на управляющие входы соответственно ключевых элементов Кл. 1 и Кл. 5, которые открываются и выходы 1 и 5 первого и второго коммутаторов имитатора 2 подсоединяются к выходу автоматического калибратора 1. После выполнения этих переключений на выходе имитатора 2 появится напряжение, пропорциональное приращению сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезистора на первой (максимальной отрицательной) ступени имитатора. Приращение сопротивления на этой ступени равно половине полного диапазона приращения сопротивления тензорезистора с отрицательным знаком. При выполнении команд, формируемых компьютером 16 в соответствии с введенной программой, блок управления измерительного модуля 14 по магистрали управления передает управляющие импульсы в двоичном коде на коммутаторы датчиков измерительной системы, в том числе и на коммутатор датчиков 13. При последовательном опросе всех коммутаторов датчиков, подключенных к системе, в каждом из них подключение происходит в следующей последовательности. Вначале выбирается в каждом разъеме каждого коммутатора первая точка, затем вторая и т.д. до завершения подключения последней точки разъема. Номера разъемов выбираются последовательно с первого до последнего. Номера коммутаторов также опрашиваются с первого до последнего, при этом к измерительной магистрали подключается коммутатор с тем номером, адрес которого совпадает с выданным в магистраль управления кодом. При совпадении адреса коммутатора 13 с кодом управления коммутатор 13 подключится к измерительной магистрали поверяемой системы, и поступающее на измерительные входы коммутатора 13 напряжение, будет передаваться по измерительной магистрали на вход нормирующего преобразователя модуля 14. Таким образом, все измерительные каналы коммутатора 13 будут опрошены и напряжение пропорциональное приращению сопротивления относительно номинальному сопротивлению тензорезистора, соответствующее максимальной отрицательной ступени имитатора 2, будет измерено, преобразовано в двоичный код, передано через интерфейсный блок 15 и записано в памяти компьютера 16 измерительной системы.

После завершения первого цикла опроса и измерения первой (максимальной отрицательной) ступени система установится в исходное состояние, при котором на всех входах логического элемента ИЛИ-НЕ 4 будут нулевые потенциалы. На выходе логического элемента ИЛИ-НЕ 4 сформируется положительный перепад напряжения, который переключит первый двоичный счетчик 5 из состояния 000 в состояние 100. В результате этого на втором выходе первого дешифратора 7 сформируется положительный потенциал и откроется ключевой элемент Кл. 2 первого коммутатора имитатора 2, ключевой элемент Кл. 1 при этом закроется. На всех входах второго дешифратора 8 нулевой потенциал не изменится, поэтому останется открытым ключевой элемент Кл. 5 второго коммутатора имитатора 2. Имитатор готов к опросу второй ступени (на единицу меньшей максимальной отрицательной) приращения сопротивления. Приращение сопротивления на этой ступени меньше на величину шага приращения сопротивления, который равен величине сопротивления R₁. При проведении опроса коммутаторов датчиков измерительной системы коммутатор 13 подключится к измерительной магистрали, как это было описано выше, и напряжение с имитатора 2, соответствующее второй ступени приращения сопротивления, будет последовательно подключено через измерительные каналы коммутатора 13 и измерительную магистраль к входу нормирующего преобразователя измерительного модуля 14. В модуле 14 это напряжение будет измерено, преобразовано в двоичный код, передано через интерфейсный блок 15 и записано в памяти компьютера 16. В такой последовательности будут подключены к коммутатору 13 и опрошены ступени имитатора 2, сформированные включением ключевых элементов Кл. 3 и Кл. 4 первого коммутатора имитатора 2. Величина приращения сопротивления на каждой последующей ступени будет на величину сопротивления R₁ меньше по абсолютной величине предыдущей ступени. После завершения опроса (m+1) ступени приращения сопротивления, которая формируется при включении ключевых элементов Кл. 4 и Кл. 5, на шинах магистрали управления выставляется потенциал, соответствующий логическому «нулю». В результате этого на счетный вход первого счетчика 5 с логического элемента ИЛИ-НЕ 4 поступит положительный перепад напряжения. Счетчик перейдет в состояние, при котором на его выходах установится двоичный код 001. В соответствии с этим кодом на выходе с номером (m+2) (на фиг. 1 выход номер 5) первого дешифратора 7 сформируется положительный потенциал. Положительный фронт этого потенциала установит второй двоичный счетчик 6 в состояние, при котором на выходах счетчика сформируется двоичный код 100. В результате на выходе с номером 2 второго дешифратора 8 сформируется положительный потенциал, под воздействием которого включится ключевой элемент Кл. 6. Ключевой элемент Кл. 5 отключится. Одновременно положительный фронт потенциала, сформированного на выходе с номером (m+2) первого дешифратора 7, через первый логический элемент ИЛИ 9, установит в «нуль» первый двоичный счетчик 5. В результате на первом выходе первого дешифратора 7 установится положительный потенциал, который откроет ключевой элемент Кл. 1. После завершения формирования ступеней путем последовательного подключения ключевых элементов Кл. 1 - Кл. 4 при включенном ключевом элементе Кл. 6 аналогичные переключения будут проведены при последовательном переключении ключевых элементов Кл. 7 - Кл. 10. После завершения опроса и измерения каналов коммутатора 13 при подаче на их входы напряжения, пропорционального (k-1) ступени приращения сопротивления, измерительная система, как и всегда после завершения цикла опроса каналов коммутаторов, установится в исходное состояние, соответствующее нулевым потенциалам на выходах шин магистрали управления. В результате на первом выходе первого дешифратора 7 и (n+1) выходе второго дешифратора 8 установятся положительные потенциалы, что соответствует на фиг. 1 двоичному коду 000 на выходах первого счетчика 5 и коду 011 на выходах второго счетчика 6. и откроются ключевые элементы Кл. 1 и Кл. 11 коммутаторов имитатора 2. После этого производится последний опрос сформированной k-ой (максимальной положительной) ступени приращения сопротивления, величина которой равна половине полного диапазона приращения сопротивления тензорезистора с положительным знаком. Соответствующее этой ступени выходное напряжение имитатора 2, как и для предыдущих ступеней приращения сопротивления тензорезистора, будет измерено, преобразовано в двоичный код, передано через интерфейсный блок 15 и записано в памяти компьютера 16. После завершения опроса и измерения k-ой ступени имитатора 2 измерительная система установится в исходное состояние. В результате этого на выходах первого двоичного счетчика 5 установится код 100 и на выходе с номером 2 первого дешифратора 7 установится положительный потенциал. Этот положительный потенциал и положительный потенциал, установленный ранее на выходе (n+1) (на фиг. 1 номер 7) второго дешифратора 8, формируют логическую единицу на выходе логического элемента И 11. Сформированный на выходе логического элемента И 11 сигнал управления установит в исходное состояние через первый логический элемент ИЛИ 9 первый счетчик 5, а через второй логический элемент ИЛИ 10 второй счетчик 6. На этом работа автоматического калибратора 1 завершается. При необходимости провести метрологическую поверку измерительной системы со всеми коммутаторами датчиков после завершения работы на одном коммутаторе датчиков кабель от калибратора с запараллеленными измерительными выходами подключается к измерительным входам следующего коммутатора датчиков и проводятся выше описанные действия.

Проведенные исследования показали работоспособность предложенного автоматического калибратора. Применение данного изобретения позволит формировать в автоматическом калибраторе необходимое количество (более 20) ступеней приращения сопротивления тензорезистора и обеспечит возможность проведения в автоматическом режиме и с заданной точностью метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов быстродействующих измерительных систем.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для формирования в автоматическом режиме заданного количества дискретных величин приращения сопротивления относительно номинального сопротивления тензорезисторов при проведении с требуемою точностью метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения сигналов тензорезисторов быстродействующих измерительных систем. Автоматический калибратор каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы содержит имитатор сигналов, в состав которого входят два коммутатора и формирователь ступеней приращения сопротивления, содержащий две цепи из последовательно соединенных резисторов, при этом одна цепь состоит из m резисторов и имеет m+1 выводов, вторая цепь состоит из n резисторов и имеет n+1 выводов, выходы каждого коммутатора объединены и представляют измерительный вывод автоматического калибратора, и устройство управления, содержащее логические элементы ИЛИ и И, формирователь сигнала «установка нуля», двоичные счетчики и дешифраторы. Дополнительно в формирователе ступеней приращений сопротивления включен опорный резистор, к которому с одной стороны подключена цепь из m резисторов, а с другой стороны подключена цепь из n резисторов, причем выходы этих цепей являются первым и вторым токовыми выводами автоматического калибратора. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей автоматического калибратора. Применение данного изобретения позволит формировать в автоматическом калибраторе необходимое количество (более 20) ступеней приращения сопротивления тензорезистора и обеспечит возможность проведения в автоматическом режиме и с заданной точностью метрологических исследований, поверки и калибровки каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов быстродействующих измерительных систем. 1 ил.

Автоматический калибратор каналов измерения приращения сопротивления тензорезисторов многоканальной измерительной системы, содержащий имитатор сигналов, в состав которого входят два коммутатора и формирователь ступеней приращения сопротивления, содержащий две цепи из последовательно соединенных резисторов, при этом одна цепь состоит из m резисторов и имеет m+1 выводов, которые соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов первого коммутатора, вторая цепь состоит из n резисторов и имеет n+1 выводов, которые соединены с соответствующими входами бесконтактных ключевых элементов второго коммутатора, измерительные входы коммутаторов соединены с выходами цепей резисторов формирователя ступеней приращения сопротивления, а выходы каждого коммутатора объединены и представляют измерительный вывод автоматического калибратора, и устройство управления, содержащее логические элементы ИЛИ и И, формирователь сигнала «установка нуля», двоичные счетчики и дешифраторы, отличающийся тем, что формирователь ступеней приращений сопротивления дополнительно содержит опорный резистор, к которому с одной стороны подключена цепь из m резисторов, а с другой стороны подключена цепь из n резисторов, выходы этих цепей являются первым и вторым токовыми выводами автоматического калибратора, при этом в устройстве управления (m+1) выходов первого дешифратора и (n+1) выходов второго дешифратора являются выходами устройства управления и соединены с соответствующими управляющими входами бесконтактных ключевых элементов первого и второго коммутаторов, входы первого дешифратора соединены с выходами первого двоичного счетчика, выходы второго двоичного счетчика соединены с входами второго дешифратора, второй выход первого дешифратора и (n+1) выход второго дешифратора соединены с входами логического элемента И, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов ИЛИ, первые входы которых соединены с выходом формирователя сигнала «установка нуля», а выход второго логического элемента ИЛИ соединен с входом «установка нуля» второго двоичного счетчика, (m+2) выход первого дешифратора соединен со счетным входом второго двоичного счетчика и третьим входом первого логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом «установка нуля» первого двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом дополнительно введенного логического элемента ИЛИ-НЕ, входы которого представляют управляющие входы автоматического калибратора.