Цифровое тензометрическое устройство для динамических измерений Советский патент 1983 года по МПК G01G3/142 

I101 Изобретение, относится к весоиэмерительной технике и может быть испопьзовано в тензометрических для взве шивания движущихся объектов, для динами ческих измерений усилий, деформации и т.п Известно тензометрическое устройство для динамических измерений, содержащее тензодатчики, питающиеся переменным напряжением прямоугольной формы, и циф. ровой автокомпенсатор с тpaнзиcтofи ыми лючами, в котором между тензодатчикам и цепью управления автокомпенсатором включен нуль-орган, выполненный в виде усилителей постоянного и переменного тока, связанных межау собой коммутируемым г. конденса -ором для выделения разности по лезного напряжения в конце двух разно. полярных полуволн входного сигнала fll Устройство не обеспечивает необходимой точности измерения из-за влияния на результат измерения помех, поступающих на вход устройства. Ближайшим по тезснической сущности к предлагаемому является цифровое тензометрическое устройство для. динамических измерений, содержащее тензометрические датчики, запитанные от источника прямоугольных импульсов и подклю ченные к одному вхоцу усилителя постоянного тока, к другому входу которого поцключен выход декодирующего преобразователя, входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, а к выходу усилителя постоянного тока подключена одна обклацл{а конденсатора, другая обклапка которого через первый ключ соединена с шиной Земля, а через второй ключ с Р.С цепочкой, подключенной к входу третьего ключа, и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами всех ключей и с источником прямоугольных импульсов . Недостаток известного устройства - неудовлетворительная точность и недостаточное быстродействие, что обусловлено влиянием помех на результат измерения и жесткой структурой схемы устройства, работающего в режиме автокомпенсатора с замкнутой обратной связью, ограничивающем быстродействие. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений за счет изменения структуры устройства на каждом периоде питающего напряжения с ре жима автокомпенсации в, режим числоимпульсного преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в цифровое тензометрическое устрой82сгво аля аинамических измерений, соае| жащее тензометрические цагчнки, запиганные ог исгочншш прямоугольных импульсов и подключенные к одному входу усилигеля постоянного гока, к другому входу которого подключен выход декоднpyrouiero преобразователя, входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, а к выходу усилителя постоянного тока подключена одна обкладка конденсатора, другая обкладка которого через первый ключ соединена с шиной Земля а через вгорой ключ - RC-«eпочкой, подключенной к входу третьего ключа, и блок управления, выходы которого соедийены с управлякшими входами всех ключей и с источником прямоугольных импульсов, введены два компаратора, инвергор, формировагель пилообразного напряжения, генератор импульсов и два трехвхоцовых элемента И, причем вьосоа тре1-ьего ключа соединен с первым одного компаратора непосредственно, а с первым входом другого компаратора через инвертор, вторые входы компарагоров подключены к выходу формирователя пилообразного напряжения, а их выходы подключены к первым входам соответственно первого и второго трехвходовых элементов И, вторые входы которых и вход формирователя пилообразного напряжения соединень 6 выходом блока управления, третьи входы трехвходовых элементов И подключены к выходу генератора импульсов, а их выходы соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы его узлов, Устройство содержит тензоаатчики 1, запитанные от источника 2 прямоугольнщ импульсов, являкмаегося также узлом со гласования по мощности, блок управленищ, выполненный из задающего генератора 3, делителя 4 частоты и комбинационной схемы 5, следящий автокомпенсатор, со стоящий из декодирующего преобразователя 6, реверсивного счетчика 7 и нуль-органа, в который входят усилигел| постоянного тока с подключенным на его Ъыход конденсатором 9 и ЙС- ильтром в виде сопротивления 10 и конденсатора J1. Коммутирующие конденсатор 9 ключи 12, 13 и выходной ключ 14 (показаны условр но), вьшолненные, например, на биполярных или полевых транзисторах, по управляющим входам соединены с соответствующими выходами комбинационной схемы 5 и работают согласно временной диаграмме (фиг. 2, б, в, а). Выхоцной ключ 14 нуль-органа связан с входом компаратора 15 непосрецсгванно, а с вхоцом компаратора 16 - через инвертор 17. На выхоце компаратора 15 возникает логическая при отрицательной полярности выходного напряжения нуль-юргана, а на выхоае компаратора 16 при положительной. Вторые входы компараторов 15 и 16 объецинены и на них подается линейно изменякидийся сигнал от формирователя 18 пилообразного напряжения, который служит для возврата компараторов из 1 в О, когда разность между напряжениями, поступающими с выхода нуль-органа и формирователя 18, станет равной или нулевого значения. Выходы компараторов связаны с раздельными входами трехвходовых логических элементов И 19 и 2О, у которых на вторые объединенные входы непрерывно поступают сигналы от генератора 21 высокочастотных импульсов запо нения, а на их третьи объединенные входы связанные с- входом формирователя 18, подается сигнал управления от соответств юшего выхода комбинационной схемы 5. Выходы логических элементов И 19 и 2О связаны с суммирующим и вычитаю . щим входами реверсивного счетчика 7. Устройство работает следующим образом. Измеряемый сигйал с выхода тензодагчиков 1 и компенсирующее напряжение с выхода декодирующего преобразователя 6 поступают на разноименные входы усилителя постоянного тока 8 и разностной сигнал усиливается (фиг. 2 а В конце первого полупериода питающего напряжения управляющие сигналы (фиг. 2 б, в) открывают на короткое время коммутирующие ключи 12 и 13, и усиленный сигнал разбаланса запоминается на конденсаторе 9, а конденсатор 11 разряжается через эти же ключи. Затем эти ключи закрываются и конденсатор 9 сохраня ет свс заряд. В конце второго полупериоца по сигналу управления (фиг. 2 в) открывается на короткое время ключ 13, соединяя последовательно конденсатор 9 и 11. Под действием разности амплитуд- нъЕХ значений полезного сигнала происхо дит заряд конденсатора 11 (фиг. 2 т). Все другие напряжения медленно изменя- :ющихся помех (дрейф нуля усилителя 8, -помехи от сети промышленного напряже|Ния, контактные ЭДС и т.п.) в промежут ке между коммутациями ключей остаются практически неизменными, запоминаются на конденсаторе 9 и не передаются в конденсатор 11, что обеспечивает устройству высокую помехоустойчивость при наличии на его входе такого рода помех. Кроме того, интегрирующие свойства ЯСЦ)ильтра уменьшают чувстситвльносгь устройства, к высокочастотным помехам типа белый шум , чем повьшаегся раэрешающая способность устройства. После запирания ключа 13 открывается выходной ключ 14 (фиг.2. ц) и напряжение конденсатора 11 посгупает на к параторь1 15 и 16. Поскольку ключи 13 и 14 коммутируются в разное время, го сквозной тракг; для сигнала разбаланса ЛИ оказывается разомкнутым в любой момент времени, что позволяет повысить разрешающую способность и устойчивость устройства путем увеличения усиления его отдельных узлов (усилителя 8 и компараторов 15 и16). В дальнейшем выделенный на конденсаторе 11 разбаланса при разомх- обратной связи автокомпенсатрра (ключ 13 закрытый) преобразуется в число-импульсный код, зависящий от величины и знака этого сигнала. Если на входе нуль-органа существу® недокомпенсация, например, на величину 25 квантов цекоцнруюшего преообразо-{ вателя 6 и напряжение на конденсаторе 11 имеетсоответствующую величину отрицательной полярности (фиг. 2 г, левая часть), то при замыкании выхооного ключа 14 компаратор 15 установится в 1 (фиг. 2 з), а компаратор 16 сохранит состояние О (фиг. 2 л), гак как на вход последнего преобразуемый ситнал подается через инвертор 17. С некогорой задержкой, необходимой для завершения переходных процессов в, ключе 14 и компараторах 15 и 16, на вход формирователя 18 и объединенные входы логических элементов И 19 и 2О подается старгавый. {сигнал управления с соответствующего въгхода к(бинационной схемы5 (фаг.2 е).. С этого момента логический элемент И 19 будет открыт по всем его трем входам, а элемент И 2(3 остается закрытым, г.е. |на выходе компаратора 16 существует О. :На объединенные входы компараторов 15 и 16 подается линейно изменяющееся напряжение формирователя 18 (фиг. 2 ж), которое, въгчитаясь с преобразуемого f (фиг. 2. к) переводит компаратор 15 в О, когда результируюсаее напряжение на его входе перейдет нулевое значение. На суммирующий вход реверсивного счет101чика 7 через элемент 19 посгупяг им- пульсы эаполйения от высокочасгогнрго генератора 21 (фиг. 2; и), количество которых опрецеляется временем открытог состояния элемента 19 и периоарм следо вания этих импульсов, т.е. оно буцет пропорционально величине сигнала разбаланса. Установочной регулировке крутизны нарастания пилообразного напряжения или периоца с 1еаования импульсов заполнения калибруют устройство так, чтобы аля привеценного примера в реверсивный счетчик 7 поступило 25 импульсов, что обеспечит полный баланс иапряжений на вхоае нуль-органа к следующему периоду измеряемого напряжения. Аналогичным образом при перекомпенсации измеряемого сигнала напряже ние на конденсаторе 11 изменяет по;1я ность, что приведет к открытию компаратора 10 и логического элемента И 20 8 (фиг. 2/ а). На вычитаюший вход реверсивного сметчика 7 поступит число импульсов, соответствук цэе значению разностного сигнала перекомпенсации (фнг. 2 . м и 2 к, правая часть). Таким образом, на каждом периоде питающего напряжения прямоугольной формы устрсЛство изменяет свою внутреннюю структуру, переходя с автокомпенсатора с замкнутей обратнЫ1 связью, обеспечивающего высокую точность выде- ления разностного сигнала на несущей ограниченной частоты, в &1стродействующий число-импульсный преобразователь с неограниченной скоростью определения значения динамического разностного сигнала. Сочетание в устройстве двух структур преобразования выгодно отличает его от известных как по точности, так и по быстродействию, что и обусловливает его экономическую эффективность.

ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ, содержащее тензометрические датчики, аапитанные от источника прямоугольных импульсов и подключенные к одному входу усилителя постоянного тока, к другому входу которого подключен выход абкоцирукикегЬ преобразователя, входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, а к вы- , хЬду усилителя постоянного roica подключена одна обкладка конденсатора, другая обкладка которого через первый ключ соединена с шиной Земля, а через второй ключ - с Яс.-аепочкой) подключенной к входу третьего ключа, и блок управле кия, выходы которого соединены с управПЯЮШ.КМ входами всех ключе и с источ НИКОМ прямоугольньа импульсов, о т я в Ц чающееся тем, что, с келью по выщения точности измерений за счет изменения структуры устройства на каждом периоде питающего напряжения с режима автокомпенсации в режим числоимпульсного преобразования, в него введены два компаратора, инвертор,, формирователь пилообразного напряжения, генератор импульсов и два трехвходовых элемента И, причем выхбд третьего ключа соединен с первым входхм оаног компаратора непосредственно, а с входом другого компаратора - через ин-оЗ вертор, вторые входы ксиипарагоров поо(Л ключены к выходу формирователя- пилообразного .напряжения, л их выходы пооключеиы к первым входам соответственно первого и второго трехвходовых элеet с ментов И, вторые входы которых и вхоа формирователя пилообразного напряжения соединены с выходом блока управпеякя, третьи входы трехвходовых алементов И подключены к выходу генератора вмпуль сов,а ихвыкояысоединенысоотвегсгвён-. :п но с суммирующим и вычитающим входами Nd реверсивного счетчика. :л х