Цифровое тензометрическое устройство Советский патент 1987 года по МПК G01B7/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и силы в измерительных системах в кото рых в качестве первичных преобразователей используются тензорезисторы.

Цель изобретения - повьпнение точности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразования.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - пример выполнения блока управленияJ на фиг.З - пример выполнения нуль-органа J на фиг.4 - пример выполнения индентичных блоков определения полярности измерения и блока определения баланса. ,

Цифровое тензометрическое устройство содержит тензомост 1, два плеча которого образованы тензорезис- торами 2 и 3, а два других - постоянными резисторами 4 и 5, источник 6 питания, включенный в диагональ питания тензомоста 1, блок 7 управления, канал баланса, выполненный в виде последовательно соединенных балансирующего реТ-истра 8, блока 9 ключей и блока 10 эталонньк резисторов, блока

133

11 определения полярности баланса, первьй выход блока 11 определения полярности баланса соединен с ключом 12 коммутации эталонных резисторов, второй выход - с ключом 13 коммутации эталонных резисторов, а третий вы- ход-с первым входом балансирующего регистрг 8, второй вход которого соединен с первым выходом блока 7 управления, первый вход блока 11 определения полярности б.аланса соединен с первым выходом блока 7 управления, выход блока 10 эталонных резисторов соединен с точкой соединения аналоговых входов ключей 12 и 13 коммутации эталонных резисторов, канал измерения, выполненный в виде последовательно соединенньк измерительного регистра 14, блока 15 ключей и блока 16 эталонных резисторов, ;блока 17 определения полярности измерения, первый выход блока 17 определения полярности, измерения соединен с ключом 18 коммутации эталонных резисторов,

второй выход - с ключом 19 коммутации gg рехвходовой схемы И 25 соединен также эталонных резисторов, а третий выход- с дешифратором 34, выход первого сЪетчика 24 соединен также с входами второго 29 и третьего 33

счетчиков.

с первым входом измерительного регистра 14, второй вход которого соеди. нен с вторым выходом блока 7 управ-

, -ррс-на, оюа

о12ооевеоиеом

3304532

ления, выход блока 16 эталонных резисторов соединен с точкой соединения аналоговых входов ключей 18 и 19

J. коммутации эталонных резисторов,. первый вход блока 17 определения полярности измерения соединен с вторым выходом блока 7 управления, последовательно соединенные буферный регистр

1Q 20 и регистратор 21, первый вход буферного регистра 20 соединен с выходом измерительного регистра 14, второй вход - с третьим выходом блока i f 7 управления, а третий вход - с пер15 вым выходом блока 17 определения полярности измерения, нуль-орган 22 включенньш в измерительную диагональ тензомоста 1, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока 7

20 управления, а выход - с вторыми входами блока 11 определения полярности баланса и блока 17 определения полярности измерения, вершина измерительной диагонали тензомоста 1, объеди-,,

25 няющая постоянные резисторы 4 и 5, соединена с аналоговыми входами бло- сков 9 и 15 ключей, выход ключа 18 коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали пи30 тания тензомоста 1, выход ключа 13 коммутации эталонных резисторов соединен с.второй вершиной диагонали пит тания тензомоста 1, выход ключа 12 Коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали пи35

тания тензомоста 1, выход ключа 19 коммутахши эталонных резисторов сое- динен с второй вершиной диагонали питания тензомоста 1.

40

Блок 7 управления выполнен, например, в виде последовательно соединенных генератора 23 тактовых импульсов, первого счетчика 24, четырехвходовой

45 схемы И 25 и первого дешифратора 26, последовательно соединенных первого триггера 27, первой двухвходовой схемы И 28 и второго счетчика 29, выход которого подсоединен к первому де50 шифратору 26, последовательно соединенных второго триггера 30, второй двухвходовой схемы И 31, третьего триггера 32, третьего счетчика 33 и второго дешифратора 34, выход четыНуль-орган 22 выполнен, например, в виде последовательно соединенных первого ключа 35, первого усилителя 36, второго ключа 37 и второго усилителя 38, инвертора 39, выход которого соединен с вторым входом .второго ключа 37, компаратора 40, вход которого соединен с выходом первого усилителя 36, третьего ключа 41, первый вход которого соединен с выходом первого клича 35, а второй вход - с выходом инвертора 39, конденсатора 42, включенного между выходом второго ключа 37 и шиной Земля, выход второго усилителя 38 соединен с вторым входом первого усилителя 36. Блоки 11 и 17 определения полярности баланса и измерения соответственно выполнены, например, в виде последователь- 20 стоянному резистору 5. В случае же но соединенных первой схемы И 43, отрицательного рассогласования на триггера 44, второй схемь И 45 и схе- первом выходе блока определения по- мы ИЛИ 46, последовательно соединен- лярности баланса устанавливается ло- ных инвертора 47 и третьей схемы И 4.8, выход которой соединен с вторым входом схемы ИЛИ 46.

гическая 1 , а на втором выходе - 25 логический О, в результате чего

включается ключ 12 и выключается ключ 13. При уравновешивании тензомоста 1 эталонные резисторы блока 10 подключаются параллельно резистору 4. При

Цифровое тензометрическое устройство работает в двух режимах. Режим балансировки.

35

40

Выполнение операции баланса (ком- зо этом балансирующий регистр выполняет

функцию регистра последовательного . приближения.

Сигнал на третьем выходе блока 11 определения полярности баланса тождественно совпадает с сигналом нуль-органа 22 в случае,- если зафиксирована положительная полярность рассогласования, и является его инверсией в случае отрицательной полярности.

Нуль-орган 22 в рабочие периоды фиксирует полярность отклонения напряжения от нуля и вырабатывает сигнал логического уровня (логический О, если 0, , и логическую 45 1, если ср,-Ч ЬО) J который преобразуется блоком 11 определения полярности баланса и используется балансирующим регистром 8.

В конце цикла баланса параллельно gQ одному из резисторов 4 и 5 (в зависимости от полярности первичного рассогласования тензомоста 1) оказывается подключенной такая комбинация эталонных резисторов блока 10, которая с gg точностью до дискретности набора уравновешивает тензомост 1, т.е. ср, S; 0. В дальнейшем состояние балансирующего регистра 8, а также управляемого им блока 9 ключей остается поспенсации первичного рассогласования тензомоста 1) производится перед началом работы устройства в измерительном режиме. При этом считается, что внешнее воздействие на тензомост 11 равно нулю.

Тензомост 1 рассогласован и между точкой соединения постоянных резисторов 4 и 5 и точкой соединения тензо- резисторов 2 и 3 имеет место ненулевая разность потенциалов, обозначенная как q), - cpj и приложенная к дифференциальным входам нуль-органа. С первого выхода блока 7 управления на второй вход балансирующего регистра 8 передается серия последовательно сдвинутых на один период импульсов, управляющих работой балансирующего регистра 8, а также блока 11 определения полярности баланса. Первый из э.той серии импульс осуществляет сброс балансирующего регистра 8. В результате непосредственно перед балансом все ключи из блоков 9 и 15 ключей отключены и состояние тензомоста 1 определяется только его элементами 2-5.

Напряжение ср, -ср несет полную информацию как о величине, так и о полярности первичного рассогласования

тензомоста 1, Следующий импульс серии по состоянию нуль-органа 22 переводит блок 11 определения полярности баланса в состояние, соответствующее полярности рассогласования. В частности, в случае положительного начального рассогласования состояние блока 11 определения полярности баланса не изменяется (на его первом выходе устанавливается логический О, на втором выходе - логическая 1). .

Ключ 12 коммутации эталонных резисторов выключен, а ключ 13 включен, поэтому далее в процессе уравновешивания тензомоста 1 при срабатывании блока 9 ключей эталонные резисторы блока 10 подключаются параллельно постоянному резистору 5. В случае же отрицательного рассогласования на первом выходе блока определения по- лярности баланса устанавливается ло-

гическая 1 , а на втором выходе - логический О, в результате чего

включается ключ 12 и выключается ключ 13. При уравновешивании тензомоста 1 эталонные резисторы блока 10 подключаются параллельно резистору 4. При

35

40

45

51330453

тоянным, а тензомост t - уравновешенным относительно внешнего воздействия,

Режим измерения.

Исходное состояние моста - уравновешенное относительно внешнего воздействия X. Пусть в момент времени t внешнее воздействие скачком возрастает от Xjj до нуля. Напряжение tp, - cpj также скачком возрастает от нуля до

пр

и.

Блок 7 управления генерирует на JO

где п - номер декады;,

m - номер разряда в декаде,

втором выходе последовательность импульсов, которые управляют работой измерительного регистра 14.

По первому импульсу блок 17 определения полярности измерения фиксиру- 15 измерительном регистре 14 завер- ет имеющую место полярность рассогла- гся формирование кода двоичного

числа, пропорционального внешнему воздействию X (или обусловленному этим воздействием рассогласованию мос- 20 та). После завершения преобразования на синхронизирующий вход буферного регистра 20 с третьего выхода блока 7 управления поступает импульс, по фронту которого информация с выхода

положительном рассогласовании) или к 25 измерительного регистра 14, а также резистору 4 (при отрицательном рассо- информация о полярности с первого высования тензомоста 1. При этом на первом и втором выходах блока 17 определения полярности измерения устанавливаются логические уровни, под действием которых ключи 18 и 19 коммутируются таким образом, что эталонные резисторы блока 15 ключей подключаются параллельно резистору 5 (при

хода блока 17 определения полярности измерения фиксируется регистром 20. С выхода буферного регистра 20 информа-

таким, что комбинация эталонных ре- 30 Ч™ передается на вход регистратора 21 . зисторов блока 15 ключей, подключен- После фиксирования информации в бу- ных к одному из постоянных резисторов Ферном регистре 20 происходит сброс

измерительного регистра 14, в результате чего все эталонные резисторы блока 15 ключей отключа}отся, тензомост 1 возвращается к рассогласованию, имевшему место до начала цикла измерения. После этого цикл измерения завершается и устройство готово к выряда равно R,. Тогда диапазон измёре- 40 полнению следук,щей операции измерения цифрового тензометрического устгласовании). В процессе уравновешивания тензомоста 1 состояние измерительного регистра 14 устанавливается

4 и 5, уравновешивает тензомост 1 с точностью до дискретности этого набора.

Пусть сопротивление постоянных резисторов, 4 и 5 (плечи ср авнения) рав- :но R, SL сопротивление эталонного резистора блока 15 ключей старшего раз35

ния.

ройства D определяется из соотношения

4

R,

R

М

Г(М - 1),

где М - основание принятой системы

счисленияJ

Цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензомост, два плеча которого образованы тензорезисторами, а два других - постоянными резисторами, источник питания, включенный в

п - числа ра;зрядов (декад) преобразователя.

; Практический интерес представляют , диагональ питания тензомоста, два ка- случаи М 2 (двоичное представле- нала уравновешивания, каждый из ко- ние результата) и М 10 (двоично- десятичное представление результата). Дпя М 2 значения сопротивлений эталонных резисторов 4 и 5 выбирается 55 коммутации, блок управления и регист- из рядаратор, отличающе еся тем,

R, Reчто, с целью повьш1ения точности, оно

RI

торых выполнен в виде последовательно соединенных блока ключей и блока эталонных резисторов с двумя ключами

Rc-2 RH Re-2

ff-i

снабжено включенным двумя входами в ,измерительную диагональ тензомоста

53

6

Для М to (при двоично-десятичном представлении)

где п - номер декады;,

m - номер разряда в декаде,

измерительном регистре 14 гся формирование кода двоичн

полне

ния.

Форму, ла изобретения

45

Цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензомост, два плеча которого образованы тензорезисторами, а два других - постоянными резисторами, источник питания, включенный в

диагональ питания тензомоста, два ка- нала уравновешивания, каждый из ко- коммутации, блок управления и регист- ратор, отличающе еся тем,

торых выполнен в виде последовательно соединенных блока ключей и блока эталонных резисторов с двумя ключами

снабжено включенным двумя входами в ,измерительную диагональ тензомоста

10

71330453

нуль-органом, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, размещенными в первом канале уравновешивания последовательно соединенными измерительным регистром, выход которого соединен с управляющим входом первого блока ключей, а вход - с вторым выходом блока управления и буферным регистром,выход которого соединен с входом регистратора, блоком определения полярности измерения, первый вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а первый выход блока определения полярности соединен с управляющим входом первёго ключа коммутации эталонных резисторов и с вторым входом буферного регистра, второй выход - с упраляющим входам второго ключа коммутаии эталонных резисторов, а третий ыход - с вторым входом измерительного регистра, балансирующим регистром, азмещенным во втором канале, вход оторого соединен с. третьим выходом лока управления, а выход - с управяющим входом второго блока ключей,

-Ч

локом определения полярности баЛан15

ко тр си те ди не кл то то пе эт кл со пи кл со пи ло со вы че вы ло

25 ве та эт ро мо

20

са, первый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход блока определения полярности баланса соединен с управляющим входом третьего ключа кo №lyтaции эталонных резисторов, Второй выход - с управляющим входом четвертого ключа

8

ж

0

5

коммутации эталонных резисторов, а третий выход - с вторым Ш,ом балансирующего регистра, верщий измерительной диагонали тензрмоста, объединяющая постоянные резисторы, соединена с аналоговыми входами блоков ключей, выход блока эталонных резисторов первого канала подсоединен к точке соединения аналоговых входов первого и второго ключей коммутации эталонных резисторов, выход первого ключа коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали питация тензомоста, выход второго ключа коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, выход блока эталонных резисторов второго канала подсоединен к точке соединения аналоговых входов третьего и четвертого ключей коммутации эталонных peэиcтdpoв, выход третьего ключа кв утации эталонных резисторов соединен с первой

5 вершиной диагонали питания тензомоста, выход четвертого ключа коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, четвертьй выход блока управле0 НИН соединен с третьим входом буферного регистра, а выход нуль-органа соединен с вторыми входами блока оп- ределё ия полярности измерения и блока определения ифлярност.и баланса .

0

фа. З

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и силы в измерительных системах., в которых в качестве первичных преобразователей используются тензорезисторь . Целью изобретения является повьпчение точности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразования. Это достигается тем, что вновь введенные измерительньй и балансирующий блоки 17, 11 позволяют увеличить на один значащий разряд разрядность преобразования, балансирующий регистр 8 совместно с блоком 11 определения полярности баланса, ключами 12 и 13 и нуль-органом 22 предназначены для компенсации первичного рассогласования тензокоста , в измерительном регистре 14 формируется код результата измерения, буферный регистр 20 обеспечивает возможность асинхронной работы регистратора 21 . 4 ил. .l

Редактор А.Ревин

Составитель В„Писаревский Техред И.Поиовнч

Заказ 3570/42Тираж 576Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-ЗЗ, Гаушская каб., д. 4/5

Проигтодствекно-полиграфическое предприятие5 г. Ужгород, 5 п- Проектная, 4

Корректор -Л ЛТашпеико