Тензометрическое устройство Советский патент 1986 года по МПК G01B7/16 

Нзобретрние отнисится к « верительной технике и может быть использовано для иэмерения деформаций пращаюшД1Хся объектов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет получения более линейной выходной характеристики, а также обработки сигнала с тензорезисторов цифровыми методами.

На фиг. представлена блок-схема тензометрического устройства на фиг, 2 - диаграмма работы тензометрического устройства; на фиг. 3 график изменения напряжения на датчике тока и на входе компаратора, на фиг. 4 эквивалентная схема измерения деформации, на ф«г, 5 - выходная характеристика,

Тензометрическое устройство содержит активный тензорезистор 1, компенсационный тензорезистор 2, два диода 3 и 4, токосъемник 5j источник питания (например, генератор 6 синусоидального напряжения), датчик 7 тока, конденсатор 8, компаратор 9, счетчик 10 циклов, реверсивный счетчик 11, генератор 12 тактовых импульсов, схемз/ И 13, формирователь 4 импульсов, линию 15 задержкИ; буферный регистр 16, регистратор 17.

Первый вывод активного тензорезистора 1 соединен с анодом первого диода 3, первый вывод компенсационного тензорезистора 2 соединен с катодом второго диода 4, вторые выводы активного и компенсационного 2 тензорезисторов, соединены с первгзум выводом вращающейся части токосъемника 55 катод первого 3 и анод второго 4 диодов соединены с вторым выводом вращающейся части токосьёмника 5, Первый вывод неподвижной части токосъемника 5 соединен с первым выходом генератора 6 синусоидального налряжения, второй вывод токосъемника 5 соедине-н с первым выводом датчика 7 тока и через конденсатор 8 с первым входом компаратора 9.

Второй вывод датчика 7 тока соединен с вторьм выходом генератора 6 синусоидального напряжения и вторым входом компаратора 9 Выход компаратора 9 соединен с входом уп)равления реверсивного счетчика 11 и с входом счетчика 0 циклов, выход счет чика 10 циклов соединен с первым входом схемы И 13 и с входом формирователя 14 импульсов, выход формирователя 14 импульсов соединен с входом

записи буферного регистра 16 и через линию 15 задержки с входом сброса реверсивного счетчика 11, генератор 12 тактовых импульсов соединен с вторым входом cxcNfbi И 13, выход которой соединен со счетньм нходом реверсивного счетчика 11, а выход реверсивного счетчика i1 соединен с информационным входом буферного регистра

16, выход которого соединен с регистратором 1 7 . {

Тензометрическое устройство работает следуккиим образом.

Генератор 6 синусоидального напря5 жения вырабатывает синусоидальное напряжение стабильной частоты

I,фиг, 2(7), Во время положительной полуволны напряжег1ия ток течет через активный те зорезистор 1 , а во вре-

0 мя отрицательной - через компенсационный тензорезистор 2, Поэтому на датчике 7 тока появляется напряжение несимметричной формы (фиг. ), поступающее . через конденсатор 8, кото5 рьш подавляет постоянную составляющую на вход компаратора 9, На входе компаратора 9 формируются импульсы (фиг. 2 Б) 5 которые поступают на вход счетчика 10 циклов и на управ10 ляющий вход реверсивного счетчика

I1.Когда на выхоце компаратора 9 (фиг, 2-i сигнал логического нуля, реверсивный счетчик 11 работает в режиме прямого счета, если на выхо де компаратора 9 сигнал логической единицы, реверсивный счетчик 1i работает в релсиме обратного счета. Счетчик 10 циклов срабатывает по заднему фронту погюжительных импульQ сов, поступающих на его вход, а с его выхода сигнал (фиг. 2д) поступает на вход форм рователя 14 импульсов и на первый вход схемы И 13. Когда на выходе счетчика 0 циклов

присутствует сигнал логической единицы, на счетный зход реверсивного счетчика Г с генератора 12 тактовых импульсов через схему И 13 (фиг, 2и) поступают импульсы высокой и стабильной частоты, если на выходе счетчика О циклов присутствует сигнал логичс-ского нуля, схема И ГЗ не пропускает на вход реверсивного счетчика Ii импульсы с генератора 12 тактовых импульсов .(фиг . 2 т).

По заднему фронту положительного импульса5 поступающего с выхода счетчика 0 циклов на вход формирователя 14 импульсов, форм1рователь 14 им3пульсов вырабатывает короткий положительный импульс (фиг. 2е), который поступает на вход записи буферного регистра 16, в результате в бу ферный регистр 16 переписывается ин формация из реверсивного счетчика 1 Таким образом, в буферный регистр 16 записывается число UI1&N(n-l) где п - Число импульсов, необходимо для заполнения счетчика 10 циклов; t - длительность отрицательного импульса на выходе компаратора 9; 1 - длительность положительного импульса на выходе компаратора 9; Т - период следования импульсов генератора I2 тактовых импульсов . Далее положительный импульс с вы хода формирователя 14 импульсов,задержанный линией 15 задержки на вре мя tg {фиг. 2э, поступает на вход сброса реверсивного счетчика I1 и обнуляет его, тем самым подготавливая к новому циклу измерения. При появлении на выходе счетчика 10 цик лов положительного импульса цикл из мерения повторяется. Из буферного регистра 16 информация поступает в регистратор 17, где преобразуется в форму, удобную для считывания опера тором. Выходная характеристика тензомет рического устройства определяется графиком (фиг. 3), где кривая ABCDEFGH является графиком функции напряжения на датчике 7 тока и функции напряжения на входе компаратора 9 от времени, в одном случае нулевому уровню соответствует прямая AIj, а в другом - прямая ВН. Площади фигур BCD и DEFGH равны, так как конденсатор 8 позволяет постоянную сос тавляющую сигнала с датчика 7 тока. Итак вер EFGH-+R- c+S. / MecbN MBDM EPS ёор& з Ео PGH. Кривая ABCDE описывается уравнением . sinuft и кривая EFG уравнением и , е и - текущее значение напряжения на датчике 7 тока во время положительной полуволны; U- - текущее значение напряжения на датчике 7 тока во время отрицательной полуволны; V;, - амплитуда положительной полуволны напряжения на датчике 7 тока; V - амплитуда отрицательной полуволцы напряжения на датчике 7 тока; lO - круговая частота напряжения генератора 6 синусоидального напряжения; t - текущее значение йремени. Обозначим длину AM через X.-Замея, что ; cinabc; (7) %MEO BNE репишем формулу 2 в следующем виде: V, siniAdt-V sin(x)x( -x) r/i1 u) fv sinuftdt+V sinubc-- ,sinuk tItOГ -jv sinoftdt ,:(9) 0 -f 003(11-u)x)+ - cosuJx- -1 sino)x uJujcU -;- + - -sinu)x+ --.- coscOx- ,YL .in 2(y.-VJ (,,)u)cJ sincOx ,(12) куда следует V;-V,,,,,4 x - агсззп -L--i- .(13) Рассмотрим эквивалентную схему мерения деформации, используемую устройстве (фиг. А). Амплитуда пожительной полуволны напряжения на тчике 7 тока равна 1 VlRfrVPTJ- a амплитуда отрицательной полуволны пряжения на датчике 7 тока равна р 2 Ё-+1Ё + -Г Г 5 Где Е - амплитуда напряжения генератора 6 синусоидального на пряжения; R - сопротивление активного тен зорезистора 1 в ненагруженном состоянии; сопротивление компенсационного тензорезистора 2; сопротивление датчика 7 тока;сопротивление токосъемника 5; изменение сопротивления активного тензорезистора 1 по действием деформации. При ,R подставим выражения 14, 15) в формулу (13): 1 .лЕ х - arcs in -f---r- - --г-r ixJ . TirR+(Rq+RT.TI Так как ,+R, то выражение (16 можно переписать следующим образом х i arcsin 1()1. (17) Подставляя в это выргшение значени - k, где k - коэффициент тензочувствительности; 5 - относитель ная деформация тензорезистора ; сх) 2 - J где Т - период генератора 6 синусоидального напряжения, и , (18) получим t,-r |arcsin| (19) Выходная характеристика (фиг.5) тензометрического устройства с использованием в качестве тензопреоб/разователей полупроводниковых тензо резисторов с коэффициентом тензочув ствнтельности равна 120, Как следует из приведенного графика,. нелиней ность выходной характеристики тензометрического устройства 1,0,3% 00 Формула изобретения Тензометрическое устройство, содержащее активный и- компенсационный тензорезисторы, два диода, токосъемник, источник питания и регистратор, первый вывод активного тензорезистора соединен с анодом первого диода, первый вывод компенсационного тензорезистора соединен с катодом второго диода, второй вывод активного тензорезистора соединен с вторым выводом компенсационного тензорезистора и с первым выводом вращающейся части токосъемника, катод первого диода соединен с анодом второго диода и с вторым выводом вращающейся части токосъемника, первый вывод неподвижной . части токосъемника соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого заземлен, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измере.ния, в него введены датчик тока, конденсатор, компаратор, счетчик циклов, реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, линия задержки, схема И и буферный регистр, первый вывод датчика тока соединен с вторым выводом неподвижной части токосъемника и через конденсатор с первым входом компаратора, второй вывод датчика тока соединен с вторым выходом источника питания и вторым входом компаратора, выход компаратора соединен с входом управления реверсивного счетчика и с входом счетчика циклов, выход счетчика циклов соединен с первым входом схемы Икс входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с входом записи буферного регистра и через линию задержки - с входом сброса реверсивного счетчика, генератор тактовых импульсов соединен с вторым входом схемы И, выход которой соединен со счетным входом реверсивного счетчика, а выход реверсивного счетчика соединен с информационным входом буферного регистра, выход которого соединен с регистратором.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Целью изобретения является повьшение точности измерений за счет получения более линейной выходной характеристики. Нелинейность выходной характеристики тензометрического устройства составляет 0,3%. Для преобразования сигнала с тензорезисторов I и 2 во временной интервал служат введенные в устройство конденсатор 8 и компаратор 9. Генератор 12 тактовых импульсов и реверсивный счетчик I1 позволяют измерять этот интервал с высокой точностью. Счетчик 10 циклов повышает разрешающую способность устройства. Буферный регистр 16 фиксирует результаты измерений, формирователь 14 импульсов, линия 15 задержки и схема 13 И участвуют в управлении процессом измерения и необW ходимы для работоспособности устройства, 5 ил. ю кэ

.