Устройство для автоматической балансировки тензометрического моста Советский патент 1984 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности к устройCTBciM для автоматической балансировки тензометрического моста, и может быть использовано при измерении деформаций . Известно теизометрическое устройство, с автоматической установкой нуля, содержащее тензомост, усилитель с двумя входами, один из которых подключен к выходу тензомоста, цепь обратной связи, выполненную в виде интегратора, один вход которого подключен к выходу усилителя, а другой к точке нулевого потенциала электрической схема устройства, преобразователя аналог - код - аналог, выполненного в виде компаратора, логического элемента НЕ, вход .которого подключен к выходу компаратора, двух логических элементов И, один вход одного из которых подключен к выходу компаратора, а один вход другого - к выходу элемента НЕ, реверсивного счетчика, входы которого подключены к выходам элемента И, резистивной матоииы, вход КОТОРОЙ соединен с выходом реверсивного счетчика усилителя-сумматора, один вход которого подключен к выходу матрицы, а выход - к другому входу компаратора генератора тока сдвига выход которого подклю.чен к другому входу усилителя-сумматора, элек тронного ключа, выход которого подключен к другим входам элементов И, а один вход - к выходу времязадэющего генератора, дифференцирукнцей цепи, выход которой подключен к другому входу электронного ключа, и feнератора тактовых импульсов, подключенного к дифференцирующей цепи, один вход преобразователя подключен к выходу интегратора, другой .- к выходу времязадающего генератора, и резистор, включенный между выходом преобразователя и другим йходом усилителя ij . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му эффекту является устройство для автоматической балансировки тензометрического моста, содержащее тензо мост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подключенный к диагонали питания тензомоста, компаратор, вход которого подклю чен к выходу измерительного усилителя, цепь обратной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напря жения, состоящего из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминаюи го регистра и цйфроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тензомоста 2}. Недостатком известных устройств является то, что они не обеспечивают автоматическую балансировку тензомостов при питании их разнополярным прямоугольным импульсным напряжением, так как эти устройства ие осуществляют изменение знака выходного компенсирующего напряжения в противофазе с изменением знака напряжения питания тензомоста, вследствие чего один полупериод напряжения разбаланса тензомоста после окончания балансировки остается не скомпенсированным, за счет чего возникает значительная погрешность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет обеспечения автоматической балансировки тензометрического моста при питании тензомоста разнополярным прямоугольным импульсным напряжением. Указанная цель достигается тем, что устройство для автоматической балансировки тенэометрического моста, ссдерясащее-тенэомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подлюченный к диагонали питания тензомоста, компаратор, вход которого подключен к выходу измерительного усилителя, цеиь обратной отрицательной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминающего регистра и цйфроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тензомоста, снабжено операционным усилителем, выход которого соединен с измерительной диагональю тензомоста, двумя схемами ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ, D -триггером. RS триггером, схемой управления с ключом, шунтирующим неинвертирующий вход операционного усилителя,формирователем прямоугольных разнополярных импульсов с ключом,вход операционного усилителя соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения,вход схемы управления соединен с выходом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,один вход которой соединен с диагональю питания тензомоста,а второй вход с выходом D-триггера,С-вход которого соединен с прямым выходом фор1« ирователя прумоугольных разнополярных импульсов и входом запоминающего регистра, D -вход D -триггера: соединен с выходом компаратора и входом второй схемы ИСКЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ, выход О -триггера соединен с входом первой схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ или, инверсный вы:ход формирователя прямоугольных раз.нополярных импульсов соединен с одним входом генератора тактовых импьшьсов и -входом f 5-триггера, 5-в}сод которого через конденсатор Соединен с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход RS-тригт-ера соединен с вторым входом генератора тактовых импульсов. На фиг.1 изображена блок-схема устройства для автоматической балан сировки тензоме рического моста; на фиг,2 - эпюры напряжений при положительном напряжении на выходе измерительного усилителя; ла фиг.З то же, при отрицательном напряжении.

Устройство содержит тензометрический мост 1, к измерительной диагонали которого подключен измерительны усилитель 2, источник питания, выполненный в виде генератора 3 прямоу- . гольных разнополярных импульсов, включенный в диагональ питания :тензомоста 1 ив цепь питания измерительного усилителя 2, компаратор 4, один вход которого подключен. к выходу измерительного усилителя 2, второй вход соединен с общим проводом, генератор 5 ступенчатого напряжения, состоящий из последовательно соединенных генератора б тактовых импульсов, регистра 7 и цифро-аналогового преобразователя .(ЦАП) 8, выход ЦАП 8 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 9, выход которого подключен к одной из вершин измерительной диагонали тензомоста 1, формирователь 10 раэнополярных прямоугольных импульсов с ключом 11, ключ 12 со схемой -13 управления,шунтирующий неинверт ирующий вход операционного усилителя 9, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, выход которой соединен со схемой 13 управяе1ния ключа 12, один вход схемы ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 14 соединен с одной из вершин диагонали питания тензомоста 1, D -триггер 15, выход которого подключен на второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, С-вход D -триггера 15 соединен с прямым выходом формирователя 10 разнополярных прямоугольных импульсов и запоминающим регистром 7, вторую схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16, один вход которой подключен к выходу D -триггера 15, второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 соединен с выходо компаратора 4 и Г -входом D -триггера 15,RC -триггер 17, 5 -вход которого через конденсатор 18 соединен с выходом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16,J вход R5 -триггера 17 соединен с инверсным выходом формирователя 10 прямоугольных разнополярных импульсов и одним входом генератора 6 тактовых импульсов, а выход триггера 17 соединен с вторым входом генератора 6 тактовых импульсов.

Устройство для автоматической балансировки тензомоста работает следующим образом.

При разбалансе тензометрического моста 1 на выходе измерительного усилителя 2 появляется напряжение больше или меньше О В. В зависимости от этого на выходе компаратора 4 устанавливается напряжение положительной или отрицательной полярности. Предположим, что разбаланс тензомоста 1 таков, что на выходе измерительного усилителя 2 положительное напря. жениё фиг.2а) . в этом случае на выходе компаратора 4 будет также положительное напряжение фиг.2 б). Это напряжение подается на один из входов cxe№J ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и вход D -триггера 15.

При эаАШкании ключа 11 формирователи 10 раанополярных прямоугольных импульсов одновременно на вход CDтриггера 15 и на регистр 7 поступает прямоугольный импульс положи- . тельной полярности, а на вход R .Я5 триггера 17 и вход генератора 6 тактовых импульсов - импульс отрицательной полярности (фиг. 25). Длительности этих импульсов равны и в несколько раз щревосходят по времени постоянную времени верхней граничной частоты полосы пропускания из;Ме.рительного усилителя 2. При этом 1на выходе)-триггера 15 устанавливается 1, которая поступает на второй вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 1и вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, . выходы запоминающего регистра 7 устанавливаются в состояние О, на инверсном выходе R5-триггера 17 также устанавливается О, который, поступая на второй вход генератора 6. запрещает его работу на время действия О на его входе.

После окончания действия отрицательного импульса на входе генератора 6 и входеяКБ -триггера 17 на выходе триггера 17 устанавливается 1 (фиг.2 г), которая поступает на вход генератора 6, и генератор начинает работать. Импульсы с генератора 6 заносятся в запоминающий регистр 7, который формирует.на своих выходах сигналы, поступающие на ЦАП 8, формирующий, в свою очередь, ступенчато-падающее отрицательное напряжение С фиг.2 д). Это напряжение поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 9. Неинвертирующий вход операционного усилителя 9 коммутируется ключом 12 с частотой питания тензомоста 1.

Коммутация происходит следующим образом.

С генератора 3, питающего тензомост 1, поступают импульсы на один вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, а на втором входе действует напряжение с выхода -триггера 15, определяемое положением компаратора 4. При положительном напряжении на выходе измерительного усилителя 2 на одном входе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 с выходар-триггера. 15 действует 1, а навтором входе - импульсы питания тензометрического моста 1. В этом случае схема ИСКЛЮЧАОДЕЕ ИЛИ 14 работает как инвертор и.напряжение на ее выходе имеет вид, показан ный на фиг.2 е . При этом на неинвертирующий вход операционного усилителя 9 поступают импульсы (фиг.Зж промодулированные ступенчато-падающим напряжением, поступающим с ЦАП 8, а на выходе операционного усилителя 9 формируются прямоугольные пи лообразные нарастающие импульсы (фиг, 2 з) , Эти импульсы подаются в одну из вершин измерительной диагонгши тензомоста 1 в противофазе импульсного напряжения, которое име ется на выходе измерительной диагонали при разбалансе тензомоста 1 (фиг.2 и). Это нарастающее импульсное напряжение уменьшает на выходе измерительной диагонали импульсы до тех пор, пока напряжение на выходе измерительного усилителя 2 не стане равным нулю (фиг,2 а}, В этом случае компаратор 4 переходит в другое устойчивое состояние. Этот.перепад на пряжения поступает на вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 и вход D Р -Триг гера 15. Прм этом на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16 формируется отри тельный перепад напряжения (фиг.2 к дифференцирующийся с помощью конден- . сатора 18 и поступающий на вход Э R5-триггера 17. На выходе этого триггера формируется О, который, поступая на вход генератора 6, запрещает его работу, оставляя в регистре. запомненное число.На выходе измерительного усилителя 2 устанавливается О В (фиг.2 а), а в одну из вершин измерительной диагонали тензомоста 1 непрерывно поступают импульсы постоянной величины до следующего режима балансировки. Время между балансировками используется для измерений. Если на выходе измерительного усилителя 2 отрицательное напряжение вследствие разбаланса тензомоста 1, то процесс автоматической балансировки аналогичен. Эпюры напряжений при этом будут такими, как изображены на фиг.З. Введение новых элементов и связей в схему устройства позволило изменять знак выходного компенсирующего напряжения устройства балансировки синхронно с изменением полярности напряжения-питания тензомоста в противофазе импульсов разбаланса. За счет компенсации обоих полупериодов разбаланса тензомоста автсяиатическое балансировочное устройство позволяет производить бёшансировку тензомостов, эапитываемых как разнополярным импульсным напряжением, так и напряжением постоянного тока. При применении в автоматическом балансировочном устройстве десятиразрядного ЦАП точность балансировки достигает iО,1%.

мж енлмгелл / О

и

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ БАЛАНСИРОВКИ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОГО МОСТА, содержащее тензомост, к измерительной диагонали которого подключен измерительный усилитель, источник питания, подключенный к диагонали питания тензомоста, компаратор, вход которого-подключен к выходу измерительного усилителя, цепь обратной отрицательной связи, выполненную в виде генератора ступенчатого напряжения, состоящего из последовательно соединенных генератора тактовых импульсов, запоминающего регистра и цифроаналогового преобразователя, включенного к измерительной диагонали тензомоста,о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено oneрационнЕлм усилителем, выход которого соединен с измерительной диагональю тензомоста, двумя схемами СКЛ|ОТАЮ11ЩЕ ИЛИ- , р -триггером, iRC-триггером,схемой управления с ключом, шунтирующим неинвертирующий вход операционного усилителя, формирователем прямоугольных разнополярных импульсов с ключом, вход опера- . ционного усилителя соединен с выходом генератора ступенчатого напряжения, вход схемы управления соединен с выходом первой cxei«j ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ , один вход которой соединен с диагональю питания т нзомоста, а второй вход - с выходом D -триггера, С-вход которого соединен с прякедм выходом формирователя прямоугольных i разнополярных импульсов и входом запомингиощего регистра, D -вход (Л D -триггера соединен с выходом компаратора и входом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход D-триггера соединен с входом первой схемы ИСКЖ ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход формирователя прямоугольных разнополярных импульсов соединен с одним входом генератора тактовых импульсов HR -входомR5 -триггера, 5 -вход ко:D :л торого через конденсатор соединен с выходом второй схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход i 5-триггера соединен о ZO с вторым входом генератора такто.вых импульсов.