Тензометрическое устройство Советский патент 1987 года по МПК G01B7/16 G01R17/10 

1 I

Изобретение относится к измериельной технике и может быть испольовано для измерения деформации.

Цель изобретения - повьшгение точости измерений за счет снижения порешностей при калибровке.

На фиг.1 представлена блок-схема стройства; на фиг.2 - графики напря ений на выходах блоков устройства.

Тензометрическое устройство содер ит последовательно соединенные тен- зодатчик 1, выполненный в виде четы- ехплечего моста, согласующий блок 2, выполненный в виде последовательно соединенных предварительного усилителя 3 и выходного усилителя 4, ре гистратор 5, компенсирующий усилитель 6, вход которого соединен с выходом согласующего блока 2, а выход через первый ключ 7 - с входом схемы 8 выборки и хранения, выход которой соединен через второй ключ 9 с вторым входом выходного усилителя 4, последовательно соединенные генератор О и формирователь 11 калибровоч ных импульсов, выходы которого соединены с управляющими входами ключей 7, 9, 12, 13 и 14, калибровочные резисторы : первый калибровочный резистор 15 включен между второй вершиной диагонали питания и резистором второго плеча тензомоста, к выводам первого калибровочного резистора 15 под- ключены вход и выход третьего ключа 12, второй калибровочный резистор 16 включен последовательно с резистором третьего плеча, к выводам второго калибровочного резистора 16 подключены вход и выход четвертого ключа 13, третий калибровочный резистор 17 включен последовательно между шиной питания и первой вершиной диагонали питания тензомоста, к выводам третьего калибровочного резистора 17 подсоединены вход и выход пятого ключа 14.

Устройство работает следующим образом.

Тензодатчик преобразует механические колебания в электрический сигнал который усиливает согласующий блок 2 по команде генератора 10 формирователь 11 калибровочных импульсов изме няет состояние тензодатчика 1 так, что возвращает сигнал на заданный ка либровочный уровень.

В режиме записи информации об измеряемом процессе ключ 7 замкнут и схема 8 выборки и хранения запомина818742

ет сигнал, поступающий с выхода компенсирующего усилителя 6, но так как ключ 9 в это время разомкнут, сигнал со схемы 8 выборки и хранения не по- ступает на вход выходного усилителя 4 (фиг.2, диаграмма 4, интервал О - t). В режиме записи измеряемого процесса ключи 12 и 13 замкнуты, а ключ 14 разомкнут. В этом режиме калибро- W вочные резисторы 15 и 16 закорочены. В момент времени t (фиг.2, диаграмма I) по команде с формирователя I1 калибровочных импульсов замыкается ключ 9 и начинает работать схема 15 автокомпенсации, сигнал с выхода согласующего блока 2 поступает на вход компенсирующего усилителя 6, с его выхода на вход схемы 8 выборки и хранения и с выхода последней на второй 20 вход выходного усилителя 4.

Работа cJteM описьгоается следующими уравнениями:

25

30

35

Ubb,x.,(Ub.. -U bu-cS K/Kg). (1) где ,,g - выходное напряжение выходного усилителя; К - коэффициент передачи выходного.усилителя; Ugxf входное напряжение, поступающее с выхода предварительного усилителя на первый вход выходного усилителя;

К - коэффициент передачи компенсирующего усилителя; К - коэффициент передачи схемы выборки и хранения. Преобразовав уравнение (1), полу

,г .

1+К К, Кб

(2)

Анализ уравнения (.2) позволяет

45 сделать вывод о том, что при конечном значении К, Ug(,ix.c& О при К --со J т.е. при достаточно большом коэффициенте передачи компенсирующего усилителя (), поэтому , 50 изменение связи цепи компенсации , входного сигнала позволяет исключить погрешности измерения, имеющиеся в

известном устройстве, так как отпадает необходимость точной подборки ко55 э.ффициентов передачи цепи обратной

связи и выходного усилителя.

Практически никакого влияния на точность установки нуля на выходе

согласующего блока не оказывают температурные и временные дрейфы.

В момент времени t по сигналу формирователя 11 калибровочных импульсов размыкается ключ 7 (диаграмма 2). Запомненная в схеме выборки и хранения величина по-прежнему поступает на второй вход выходного, усилителя 4, поддерживая на его выходе

ивых.у 0.

В момент времени t (диаграмма 3) с третьего выхода формирователя 11 калибровочных импульсов поступает сигнал на управляюп51е входы ключей 12 и 13, размыкая их, и на управляющий вход ключа 14, замыкая его. В ЭТОТ момент времени формируется ка- либровочный уровень.

Работа схемы в этот момент описывается следующими выражениями. Пусть

R,,

a R

t

1

1

- KJ 2 ki 2

где R, R , R,, R - сопротивление соответствующего плеча тен- зомоста; R - калибровочное сопротивление

п - коэффициент;

aR - величина изменений сопротивлений тензорезисторов; k - коэффициент.

В режиме записи измеряемого процесса ключи 12 и 13 замкнуты, ключ 14 разомкнут, тогда

и

di

- и

Ээ

ftbix со

2 + п

К,

где К - коэффициент усиления согласующего блока; К К К ,

у t 2

и . . - выходное напряжение согла- вь(лсующего блока;

К - коэффициент передачи предварительного усилителя; Kj- коэффициент передачи выходного усилителя. Для у1 рощения расчетов , тогда Uj,,, .,., где и , 7- напряжение на выходе выходного усилителя и K,-Ki.

& режиме калибровки ключи 12 и 13 размыкаются, а ключ 14 замыкается, тогда

и.

- Fa.

п + 2k 2 + п

На выходе усилителя появляется сигнал калибровки U..,, .,

и.

F . k,-n 2 + п

Анализ выражения показывает, чтс величина калибровочного сигнала не зависит от степени деформации тенэо- моста {в выражении отсутствует коэф- - , uR

1 i 1 фициент k 1В момент времени t размыкается ключ 14 и замыкаются ключи 12 и 13 (диаграмма 3) . В момент времени t е,

размыкается ключ 9 (диаграмма 1), в момент времени t замыкается ключ 7 (диаграмма 2). После момента времени t схема переводится в режим записи информации об измеряемой величине

(диаграмма 4).

Временное разделение срабатывания ключей введено с целью исключения влияния переходных процессов на регистрируемую информацию.

Таким образом, данное тензометри- ческое устройство позволяет повысить точность компенсации входного сигнала и исключить влияние степени деформации тензомоста на величину калибровочного сигнала, что позволяет повысить точность измерения.

Формула изобретения

1. Тензометрическое устройство,

содержащее последовательно соединенные четырехштечий тензомост, согласующий блок, регистратор, а также последовательно соединенные генератор и формирователь калибровочных импульсов, схему выборки и хранения, три ключа, первый из которых выходом соединен с входом схемы выборки и хранения, выход которой соединен с входом второго ключа, выход которого

подключен к второму входу согласующего блока, а управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами формирователя калибровочных импульсов, первый калибровочный резистор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения за счет снижения погрещнос- тей при калибровке, в него введены второй и третий калибровочные резисторы, компенсирующий усилитель, четвертый и пятый ключи, управляющие входы которых соединены с третьим выходом формирователя калибровочных импульсов, причем вход и выход четвертого ключа соединены соответственно с вьшодами второго калибровочного резистора, включенного последовательно с резистором третьего плеча тен- зомоста, вход и выход пятого ключа соединены соответственно с выводами третьего калибровочного резистора, включенного между шиной питания и первой вершиной диагонали питания тензомоста, вход и выход третьего ключа соединены соответственно с выводами первого калибровочного резистора, включенного между второй вер

шиной диагонали питания и резистором второго плеча тензомоста, вход компенсирующего усилителя соединен с выходом согласующего блока, а выход - с входом первого ключа.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что величину второго калибровочного резистора выбирают равной величине первого калибровочного резистора, а величину третьего калибровочного резистора равной половине первого калибровочного резистора.

Изобретение может быть использовано для измерения деформации. Цель изобретения - повьппение точности измерения. Тензодатчик 1 выполнен в виде четырехплечевого моста. Согласующий блок 2 включает предварительный 3 и выходной 4 усилители. Кроме того, устройство содержит регистратор 5, ключи 7, 9 и 12, схему 8 выборки и хранения, генератор 10, формирователь I1 калибровочных импульсов, калибровочный резистор 15. Введение в устройство компенсирующего усилителя 6, ключей 13 и 14, калибровочных резисторов 16 и 17 позволяет повысить точность компенсации вхо;;,но- го сигнала и исключить влияние степени деформации тензомоста на величину калибровочного сигнала. Это снижает погрепгаость при калибровке. 1 3.п.Л-лы, 2 ил. § (Л фиг.1

.t,

Utsts фиг. 2

Составитель В. Семенчук Редактор А. Ворович Техред Н.Глущенко Корректор Т. Колб

Заказ 7251/35 Тираж 676Подписное

ВНИИПИ Государственногокомитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/3

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4