Устройство для измерения неэлектрических величин Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

1:юОрете1хие относится к jfSMepiiTeji ной TCxfwiKe н может быть использован дггя измерения различных неэлектричес ких величин, в частности перемещений деформаций и т.п. Известно устройство дпя измерения перемещений, содержащее автогенератор, датчик, подключенный к автогене ратору, опорный генератор, индикатор . Недостатком устройства является сравнительно невысокая точность измерений, обусловленная нелинейной зависимостью частоты автогенератора от изменения выходного параметра дат чика, а также зависимостью выходного сигнала от температуры. Наиболее близким техш1неским решением к изобретению является уст- ройство для измерения неэлектрических величин, содержащее первичный измерительный преобразователь, интег ратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения , соединенный с вторым входом компаратора, два триггера первый из которых первым входом свя зан с выходом компаратора, автогенератор, элемент И,первым входом соеди ненный с выходом автогенератора, тре тьим - с выходом первого триггера, счет-чик импульсов, счетнь:м входом связанный с выходом элемента И, выходом - с первьм входом второго триг гера, дешифратор и подключенный к нему отсчетный блок 12 . Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерений, связанная с наличием ключей на входе интегратора, что обуслав ливает зависимость результатов измерений от внешних условий , например температуры. Цель изобретения - повышение точн сти измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения нёэлектрических величин, содержащее первичный измерительный преобразователь, интегратор, подключенный к нему первьш входом компаратор, источник опорного напряжения, соединенный с вторим входом компаратора, два триг гера, первый из которых первым BXOiOM связан с выходом компаратора автогенератор, эт,оменг Н, первым входом соединенный с выходом автогенера:1 ра, третьим - :. ньгходом первого ::fiie.pa, счетчик UMIIV.UI.COB, счечиым входом свячанный с выходом элемента И ,выходом - с первым входом второго триггера, дешифратор, подключенный к нему отсчетнош блок, снабжено вторым и третьим элементами И , инвертором, реверсивным счетчиком, выход компаратора подключен к инвертору,четверто1-{у входу второго элемента И и управляющему входу источника опорного напряжения, выход которого соединен с вторым входом интегратора, выход второго триггера соединен с вторыми входами всех элементов И и вторым входом первого триггера, выход которого связан с третьими входа и вто рого и третьего элементов И, выход инвертора соединен с четвертым входом третьего элемента И, первые входы всех элементов И объединены , второй вход второго триггера, подключа2мый к источнику сигнала внешнего управления, соединен с управляющим входом счетчика импульсов и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого связан с выходом второго элемента И, третий - с выходом третьего элемента И, выход - с входом дешифратора, источник опорного напряжения выполнен управляемым, а первичный измерительный преобразователь подключен к первому входу интегратора непосредственно . На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения неэлектрических величин. Устройство содержит первичный измерительный преобразователь 1, например тензометрический, включенный по схеме неравновесного моста. Преобразователь 1 содержит, например, измерительный 2 и компенсационньй 3 датчики, включенные в смежные плечи неравновесного моста 4. Измерительная диагональ моста 4 подключена к амплитудноиу детектору 5, а диагональ питания - к автогенератору 6. Выход первичного измерительного преобразователя 1 свйзан с первым входом интегратора 7, подклк ченного к компаратору 8, вторые входы интегратора 7 и компаратора 8 соединены с выходом источш1ка 9 ОгГорного напряжения. Автогенератор 6 через элементы И 10-12 связан со счетчиком 13 импульсов и реверсивным счетчиком 14, Первый триггер 15 первым входом соединен с выходом компаратора 8 и входом инвертора 16, выходом - с третьими входами всех элементов Н. Второй триггер 17 3 подключен первым входом к ьыходу сче чика 13 импульсов, вторым - к управляющему входу счетчика I3 импульсов и первому входу реверсивного счетчика 1А, Выход реверсивного счетчика 1А через дешифратор 18 связан с отсчетным блоком 19. Устройство работает следующим образом. Автогенератор 6 генерирует переменное напряжение синусоидальной формы, которое поступает в диагонал питания моста 4 первичного измери тельного преобразователя 1. В резул тате падения напряжений на измерительном 2 и компенсационном 3 датчиках в измерительной диагонали А возникает разность потенциалов Uij . Эта разность потенциалов через амплитудный детектор 5 поступает на первый вход интегратора 7, к второму входу которого приложено напряже ние U-, снимаемое с выхода источника 9 опорного напряжения. Алгебраическая сумма напряжений (U.,+ U) ин тегрируется интегратором 7 и возника ющее на его выходи напряжение сравнивается компаратором 8 с напряжением Up, подаваемым на его второй вход с выхода источника 9 опорного напряжения .Интегрирование происходит в два цикла. В первом цикле на вход интегратора подается разность н ряжений (U.j+ Uj) , причем . В момент времени, когда напряжение на выходе интегратора 7 достигает значения .U, компаратор 8 срабаты. вает и изменяет полярность напряжения на выходе источника 9 опорного напряжения на обратную. Начинается второй цикл работы интегратора 7,при этом на его вход подается напряжение Up и j . В момент достижения нап .ряжения на выходе интегратора 7, рав ного UQ, компаратор 8 срабатывает и снова изменяет полярность напряжени J Q на обрат11ую. При постоянстве напряжений U.. и (if. из равенства зарядов при интегрировании,--(0)2 Откуда , 2 где t и t.2 соответственно время и тегрнроваш1я первого и второго циклов. 84 Следоватепьно, напряжешю на выходе измерительной диагонали моста 4 Uj пропорционально относительной разности длительностей циклов. t,-t2 Измерение основано на t, t2 считывании числа импульсов автогенератора 6, следуюпшх с периодом Т, реверсивным 14 в течение постоянного интервала времени. Т, кйторый формируется с помощью триггера 17, например RS-триггера, триггера 5,например D-триггера, первого элемента И 10 и счетчика 13 импульсов. Число импульсов поступивших в счетчик 14 за время Т Чтобы исключить потерю информации при считывании импульсов из-за случайных процессов подачи стартовых импульсов, предусмотрена синхронизация начала формирования интервала Т с первым циклом интегрирования. Формирование интервала Т осуществляется следующим образом. На вход Внешнее управление подается импульс отрицательной -полярности, который устанавливает счетчики 13 и 14 в О, а на выходе триггера 17 - уровень логической единицы. Первый же импульс , следующий за этим с выхода компаратора 8 на синхровход триггера 15, устанавливает передюгм фронтом на его выходе также потенциал логической единицы. Таким образом, на втором и третьем входах всех элементов И устанавливаются уровни логических 1. С этого момента через первый вход элемента И 10 на счетчик 13 начинают поступать импульсы автогенератора 6. Происходит формирование интервала времени Т... Одновременно импульсы автогенератора 6 поступают на первые входы элементов И 11 и 12. Однако на входы реверсивного счетчика 14 эти импульсы проходят ТОЛЬКО через тот элемент И, на четвертом входе которого имеется потенциал логической единицы, В течение первого такта интегрирования t на выходе компаратора 8- отрицательный потенциал, следовательно , потенциал логической 1 через инвертор 16 подан на четвертый вход элемента И 12, через который импульсы автогенератора 6 поступают на суммируюиип вход реверсивного счетчика 14. l,i время t в счетчик поступает число импульсов время на четвертом входе элеИ J1 потенциал логического О время второго такта интегрироt- , когда на выходе компараг вания тора 8 имеется положительное напряже ние, потенциал логической единицы на четвертом входе элемента И 11 и импульсы автогенератора 6 поступают, через этот элемент на вычитающий вход реверсивного счетчика 14. Количество этих импульсов Суммарное число импульсов, считанное за два такта продолжительностью t « t - , равно разности количества импульсов, поступивших в первом и втором тактах. N ,2 т, Формирование интервала времени х. дпится до переполнения счетчика 13 .импульсов. Если емкость счетчика Z, при достижении этого числа импульсов на выходе счетчика возникает импульс отрицательной полярности, который поступает на установочный вход триггера 17 и на его выходе устанавлива ется уровень логического О. Так ка выход триггера 17 подключен к вторым входам всех элементов И, потенциал логического О на выходах запрещает прохождение импульсов автогенератора 6 на счетчики 13 и 14. Передний фронт очередного импульса компаратора 8 устанавливает уровень логического О и на выходе триггера .15. Интервал времени Поэтому в соответствии с уравнениями (2), (3), (6) и (7) число импульсов, поступивпшх в реверсивный счетчик 14 за время Тj, равно Иэ уравнения (8) следует, что формирование интервала времени Т и заполнение временных интервалов t и .2 от одного автогенератора привой -с нестабильность его дит к тому, что частоты не результат измевлияет на рения. Это использовать позволяет простой автогенератор без стабилизации частоты кварцевым резонатором. Результат измерения счетчиком 14 числа импульсов через дешифратор 18 передается на отсчетный блок 19. Таким образом, напряжение в измерительной диагонали неравновесного моста 4 пропорционально числу импульсов, сосчитанных в течение постоянного интервала времени Т. .N Построение устройства без включения управляющих ключей между интегратором и первичным измерительным преобразователем обеспечивает повышенную точность измерений.

УСТРОЙСТВО ДНЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержащее первичный измерительный преобразователь, интегратор, подключенный к нему первым входом компаратор, источник опорного напряжения ,соединенный с вторым входом компаратора, два триггера, первый из которых первым входом связан с выходом компара-i тора, автогенератор, элемент И, первым входом соедияенньш с выходом автогенератора, третьим - с выходом первого триггера, счетчик импульсов, счетным входом связанный с выхо дом элемента И, выходом - с первым входом второго триггера, дешифратор. 1055958 А 3