Бесконтактное тензометрическое устройство для динамических измерений Советский патент 1985 года по МПК G01B7/16 G01G3/147 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 785655. Известно бесконтактное тензометрическое устройство для динамических измерений, содержащее запитанныз от генератора тензодатчики и де кодирующий преобразователь, выходы которых подключены к входам усилите лей постоянного тока, синхронный D-триггер, выходы которого подключе ны к входам управления реверсом реверсивного счетчика, поразрядно связанного с декодирующим преобразователем, и синхронный детектор, включающий конденсатор, одна обклад ка которого подключена к выходу усилителей постоянного тока, а другая - через первый ключ связана с шиной Общий и через второй - с входом RC-цепочки, а также усилитель переменного тока, выход которого подключен к D-входу синхронного D-триггера непосредственно, а вход - к выходу RC-цепочки через третий ключ. Цель изобретения - повышение точ ности за счет увеличения степени подавления помех. На фиг.1 представлена блок-схем устройства; на фиг.2 - графики, поясняющие его работу. Выходной сигнал тензодатчиков 1 измеряется цифровым автокомпенсато ром следящего действия, который со дерзкит декодирующий преобразовател 2, вырабатывающий компенсирующее напряжение по кодовым комбинациям реверсивного .четчика 3, и синхрон ный триггер 4 знака, управляющий реверсом этого счетчика в соответствии со знаком выделенного фазочувствительным нуль-органом сигнал разбаланса между измеряемым и компенсирующим напряжениями. Фазочувствительный нуль-орган, в свою оче редь, имеет усилитель 5 постоянног тока, осуществляющий предварительное усиление сигнала разбаланса, и усилитель 6 переменного тока. К инвертирующему входу этого усилителя подключен первьш канал синхронного детектирования, состоящий из конденсатора 7, КС-цепочки 8 и ключей 9-11, а к неинвертирующему второй канал, выполненньй на иденти ных конденсаторе 12, RC-цепочке 13 92 и ключах 14-16. Генератор 17 питает тензодатчики 1 и декодирующий преобразователь 2 переменным напряжением прямоугольной формы, а также вырабатывает сигналы, синхронизирующие работу отдельных элементов устройства в соответствии с временной диаграммой (фиг.2). Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал усилителя 5 Uj(t) (фиг,2а) содерясит составляющую Up(t), пропорциональную разности измеряемого и компенсирующего напряжений (фиг.2б), и аддитивные помехи и„(с) (фиг.2а, пунктирная линия), обусловленные наводками от промышленной сети электропитания, дрейфом нулей усилителей, контактными ЭДС и т.п. U(t) Up(t) + U(t) ,Тля сниже1пгя влияния помех выходной сигнал усилителя 5 подвергается синхронному детектированию по приведенному ниже алгоритму. В конце первого полупериода (при t t(),когда импульсные помехи, возникаюи1;ие на фронтах разностного сигнала, затухают практически полностью, по сигналам управления (фиг.2в,г) замыкаются ключи 9 и 10. В результате этого конденсатор RC-цепочки 8 разряжается через оба ключа до нулевого напряжения, а конденсатор 7 заряжается через ключ 9 до напряжения Uy, равного выходному сигналу усилителя 5 в конце этого полупериода УГ p.t ). После размыкания ключей оба конденсатора сохраняют свой заряд, а напряжение на -второй обкладке конденсатора 7 относительно общей щины становится равным разности между выходным сигналом усилителя 5 и напряжением, запомненном на этом конденсаторе. В конце второго полупериода (при t tj) управляющий сигнал (фиг.2г) замыкает ключ 10, подключая вторую обкладку конденсатора 7 к входу RC-цепочки 8. При этом на конденсаторе запоминается напряжение Ug, пропорциональное разности значений выходного сигнала усилителя 5 на концах второго ) и первого U,(t,) его полуперчодов

,

-.K Upi4ViVi,VUnitxVUn(n,

где К - коэффищшит, определяемый соотношением емкостей конденсатора (CI) и конденсатора RC-цепочки 8 (С,)

К

с.-ьс,

Фильтрующие свойства RC-цепочки снижают влияние высокочастотных шумов на процесс запоминания, что повышает разрешающую способность устройства в целом.

Аналогичным образом по сигналам управления (фиг.2д,е), поступающим на входы управления ключей 14 и 15, на конденсаторе RC-цепочки 13 выделяется напряжение U), пропорционалное разности значений выходного сигнала усилителя 5 на концах его третьего UgCtj) и второго ) полупериодов

U.,(t,VU5M

i kLUpiy-Upli.vUamV niM После размыкания ключа 15 управляющий сигнал (фиг.2ж) замыкает ключи 11 и 16 и напряжения, запомненны на конденсаторах RC-цепочки обоих кналов синхронного детектирования, вычитаются посредством усилителя 6. В результате на выходе последнего формируется сигнал Ug, пропорциональньш разности приращений выходного напряжения усилителя 5 за одинаковые промежутки времени между концами третьего и второго, а также второго и первого полупериодов сигнала разбаланса

UbU,,-Ug«k Upii,-2Up(t,VUp(t,V

4U,u,V2Un(i.uu«ii,)l.

Очевидно, что при неизменном разбалансе между измеряемым и компенсирующим напряжениями Up(t,)

-Up(t,) UpCtj)

величина полезной составляющей выходного сигнала

усилителя 6

бр - KUp(t,)

пропорциональна учетверенному значению входного разбаланса автокомпенсатора, а ее полярность определяется фазой этого разбаланса. (Для сигнала, приведенного на фиг.26, полярность этой составляющей положительна) .

Следовательно, коэффициент передачи синхронного детектора для полезной составляющей Кр составляет

Кр - 4К.

Коэффициент передачи синхронного 0 детектора для составляющей помехи К можно определять как отношение максимальных значений помехи на его выходе ( макс) входе

Ч wo КС

-бмакс (l,),).i --k7j

п ittit fи

л Макс

п макс

Из приведенного выражения следует, что помехи, имеющие малые изменения приращения за период формирования выходного сигнала усилителя 6, подавляются практически полностью. В частности, постоянное смещение и линейно изменяю1циеся помехи не оказывают никакого влияния на выходной сигнал этого усилителя, так как при Uj,(t) С и U(t) c.t,

где С - const

0 U,(t,) - 2U(tj) + U(ti) О

После установления на выходе усилителя 6 соответствующего напряжения на синхровход триггера 4 поступает импульс (рис.2з), переводящий

5 его в 1 или в О в зависимости от полярности этого напряжения. Затем на счетный вход реверсивного счетчика 3 поступает другой импульс (фиг.2и), которьй в соответствии

0 с состоянием триггера 5 приводит -к увеличению (при недокомпенсации на входе автокомпенсатора) или уменьшению (при перекомпенсации) результата, накопленного в счетчике ранее.

5 Этот процесс повторяется до тех пор, пока входной разбаланс автокомпенсатора не будет скомпенсирован полностью.г

БЕСКОНТАКТНОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИHA ШЧECKИX ИЗМЕРЕНИЙ по авт.св. № 785655, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем увеличения степени подавления помех, в него введены дополнительный конденсатор, дополнительная RC-цепочка и четвертьй, пятый и шестой ключи, причем одна обкладка дополнительного конденсатора подключена к выходу усилителя постоянного тока, другая его обкладка связана через четвертьи ключ с общей шиной,а через пятый ключ - с входом дополнительной RC-цепочки, выход которой через шестойключ подключен к входу усилителя переменного тока, а управляющие входы четвертого, пятого и шестого ключей подключены к соответствующим выходам генератора. О)

t2 tj

Фиг. 2