Тензометрическое устройство Советский патент 1989 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения сигналов тен зометрических датчиков.

Цель изобретения - повьшение точности за счет уменьшения случайной и аддитивной погрешностей, учета падения напряжения вдоль линии связи и снижения при многоточечных измерениях, синфазных помех.

На фиг.1 показана блок-схема тен зометрического устройства; на фиг. блок-схема узла балансировки реактивной составляющей; на фиг.З - схема подключения при многоточечных измерениях.

Тензометрическое устройство содержит схему стабилизации (1) напряжения генератора с источником 1 опорного напряжения, схемой 2 сравнения и регулируемым элементом 3 на полевом транзисторе, генератор 4, два ключа 5 и 6, цепь синхронизации 7, повторитель 8 напряжения, два усилителя мощности (11 и ЦТ) каждый из которых состоит из инвертора 9 и 11 и повторителя напряжений 10 и 12, измерительный мост 13, дифференциальный усилитель 14, масштабный усилитель 15, фазочувствительны выпрямитель 16, фильтр 17 нижних частот, регистрирующий прибор 18, узел 19 балансировки реактивной составляющей, узел 20 балансировки активной составляющей, фазовращател 21 и усилитель-огра1 читель 22.

Узел 19 балансировки реактивной составляющей, позволяющий осуществить автоматическую балансировку, содержит (рис. 2),конденсатор 23, переменный резистор 24, активный регулируемый элемент 25, фильтр 26 квадратурной составляющей, усилител ограничитель 27 и фазочувствительны выпрямитель 28.

Тензометрическое устройство работает следующим образом.

Генератор 4 синусоидальных колебаний, выполненнь1Й, например, по схеме моста Вина на базе операционного усилителя, вырабатывает сигнал несущей частоты для питания измерительного моста. Через первый (II) и второй (III) однотипные усилители Мощности выходной сигнал генератора 4 поступает на диагональ питания (а-б) измерительного моста 13. Моду лиJJOвaнный сигнал с сигнальной диа0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гонали (в-г) измерительного моста 13 поступает на входы дифференциального усилителя 14 и затем масштабного усилителя 15, где с помощью узлов балансировки реактивной 19 и активно 20 составляющих устанавливается нулевой уровень измерительного моста 13, а с помощью масщтабного усилителя 15 сигнал усиливается до унифицированного значения. Фазочувствительный выпрямитель 16 преобразует усиленный модулированный сигнал в сигнал постоянного тока, а фильтр 17 нижних частот вьщеляет низкочастотный сигнал измеряемого процесса, который поступает на регистрирующий прибор 18. При этом опорный сигнал на управляемый вход фазочувствительно- го выпрямителя 16 поступает с выхода инвертора 9 первого усилителя мощности через фазовращатель 21 и усилитель-ограничитель 22.

Полоса пропускания дифференциального усилителя 14 определяется выражением

uf

E ULli+(fH/f5i 2U К|(1

-ОрЛ/ н

где и - напряжение шумов дифференциального усилителя в полосе 1 Гц в области равномерного спектра, приведенное ко входу; коэффициент, определяемый значением диапазона начального Небаланса моста (0,6-1);

верхняя граница полосы пропускания (5-10 кГц); частота, ниже которой преобладает составляющая фликкер- щумов;

несущая частота генератора (5-8 кГц);

уровень шумов фазочувстви- тельного выпрямителя и фильтра нижних частот, приведен- , ный ко входу дифференциального усилителя. I

Схема стабилизации (1) обеспечивает стабилизацию частоты и амплитуды генерат-ора. Опорное напряжение от источника 1, например стабилитрона поступает на вход схемы 2 сравнения, например, компаратора на базе операционного усилителя, где сравнивается с выходным напряжением генератора 4, поступающим на второй вход

К. fe л

f,. Е.., 5152

схемы 7. сравнения. Сигнал рассогласования через р ггулируемый элемент 3, например, полевой-транзистор в режиме управляемого сопротивления подается на регулирующий вход генератора 4, управляя величиной выходного напряжения,

Напряжение смещения фазочувстви- тельногв вьтрямителя и фильтра ниж- них частот определяется выражением

ly.o-i-liliSyx

рнч

- u,(t)H-KyU,(t)

4(к«-Кр)к,.у. К

X KlJli- . ,

Кг/, +1 K,3j+l

где и

фНЦ

- выходное напряжение

и

фильтра нижних частот; U.(t) - выходное напряжение генератора;

UQ - опорное напряжение; 1I - напряжение смещения схемы

сравнения;

- коэффициент передачи схемы

сравнения (10 - 10 ); К .. - коэффициент передачи измерительного моста (0-5 -10 Кр Kg - коэффициенты передачи узло балансировки реактивной и активной составляющих; K.JJU коэффициент передачи дифференциального усилителя (10-100);

- коэффициент передачи масшт ного усилителя (10-250);

1

К, К - коэффициенты передачи операционных усилителей, на базе которых построены сооветственно дифференциальный усилитель, масштабный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и фильтр нижних частот (1-5)

1.,.

ft-, (f коэффициенты передачи их

цепей обратной связи. Автоматическая балансировка реативной составляющей сигнала осуществляется следующим образом.

На управляющий вход фазочувст- вительного выпрямителя 28 с выхода инвертора 9-через квадратурный фильтр 26 и усилитель-ограничитель 27 поступает опорный сигнал. На второй вход фазочувствительного вьтрямителя 28 с выхода масщтабного усили

Q

5

0

5

п

0

5

0

16

теля 15 поступает измерительный несбалансированный сигнал по реактивной составляющей. С помощью фазочувствительного выпрямителя 28 и активного регулируемого элемента 25 схема осуществляет минимальный сдвиг по фазе между опорным и измеряемым сигналами в диапазоне, определяемом переменным резистором 24, и этот сигнал поступает на вход дифференциального усилителя 14.

При многоточечных измерениях устройства подключаются следующим образом Грис. З). Ключ 5 разомкнут в первом устройстве, а в остальных разомкнут. Ключ 6 разомкнут в первом устройстве, а в остальных замкнут, Выходной сигнал генератора 4 первого устройства Через его повторитель 8 подается на вход цепи синхронизации

7второго устройства. Вход цепи синхронизации 7 третьего устройства подключается к выходу повторителя

8второго устройства и т.д. Число

устройства равно числу точек (кана- лов) измерения.

Применение изобретения повьппает качество исследования прочностных и деформационных свойств различных конструкций.

Формула изобретения

1. Тензометрическое устройство, содержащее генератор, измерительный мост, узлы балансировки активной и реактивной составляющих, дифференциальный усилитель, входы которого подключены к сигнальной диагонали моста, масштабный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, фильтр нижних частот, регистрирующий прибор, подключенные последовательно к выходу дифференциального усилителя, фазовращатель, подключенный че- рез усилитель-ограничитель к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено двумя однотипными усилителями мощности, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных инвертора и повторителя напряжений, выходы повторителей подключены к противоположным верпш- нам диагонали питания измерительного моста и соединены с инвертирующими входами повторителей, вход инвертоpa первого усилителя мощности соединен с выходом генератора, а вход инвертора второго усилителя мощности - с выходом инвертора первого н входом фазовращателя, выходы инветоров подключены к входам узлов балансировки активной и реактивной составляющих, выход узла баланснров ки активной составляющей соединен с входом масштабного усилителя, а выход узла балансировки реактивной составляющей - с одним нз входов дифференциального усилителя.

2.Устройство поп,1,отл и чающееся тем, что оно снабжено схемой стабилизации напряже

ння генератора, выполненной в виде источника опорного напряжения и схе сравнения, входы которой подключены к источнику опорного напряжения и выходу генератора, а выход схемы сра яеяня соединен через регулируемый элемент на полевом транзисторе с регулируюаош входом генератора.

3.Устройство по п.1, о т л и - чаюцееся тем, что узел балансировки реактивной составляющей содержит переменный резистор, подключенный к выходам инверторов, конденсатор, включенный между средней точкой переменного резистора

и входом дифференциального усилителя, активный регулируемый элемент выполненный на базе операционного усилителя и оптрона, фильтр квадратурной составляющей, фазочувстви- тельный выпрямитель и усилитель- ограничитель, вход активного регулируемого элемента подключен через фазочувствительный выпрямитель к выходу масштабного усилителя, а выход - к средней точке переменного резистора, управляющий вход фазо- чувствитёльного выпрямителья через усилитель-ограничитель и фильтр квадратурной составляющей соединен с выходом инвертора первого усилителя мощности.

4. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью повышения точности при многоточечных измерениях за счет обеспечения возможности подключения нескольких каналов измерения к одному генератору, оно снабжено двумя ключами, один из которых включен между выходом генератора и входом первого усилителя мощности, цепью синхронизации, подключенной через второй кл к входу первого усилителя мощности, и повторителем напряжения, подключеным к входу первого усилителя мощности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения сигналов тензометрических датчиков. Цель изобретения - повышение точности. Это достигается за счет уменьшения случайной и аддитивной составляющих погрешности, учета падения напряжения вдоль линии связи и снижения при многоточечных измерениях синфазных помех. Для этого устройство снабжено двумя однотипными усилителями мощности, каждый из которых состоит из инвертора 9 или 11 и повторителя 10 или 12 напряжения, через которые выходной сигнал генератора 4 подается на диагональ питания измерительного моста 13. При этом вход второго усилителя мощности подключен к выходу инвертора 9 первого усилителя мощности и подключен через фазовращатель 21 и усилитель-органичитель 22 к управляющему входу фазочувствительного выпрямителя 16. Входы узлов 19 и 20 балансировки реактивной и активной составляющих подключены к выходам инверторов 9 и 11, а выходы узлов 19 и 20 - к входам дифференциального усилителя 14 и масштабного усилителя 15 соответственно. Для стабилизации выходного напряжения генератора 4 в усилитель введена схема стабилизации, содержащая источник 1 опорного напряжения, схему 2 сравнения и регулируемый элемент 3. Для подключения нескольких усилителей к одному генератору при многоточечных измерениях устройство снабжено ключами 5 и 6, цепью синхронизации 7 и повторителем 8 напряжения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Я wy. i е

К8х. 9

15

27

Khi)i.15

Фиг. 2

.

Вк. синхронизации

Канал (ff i) Вш. генер.

ГГ.1 5

Канал п Е

8й/х. генвр.

Вх. син нищии

п

А

Вх..сиихроназоции

til

Физ.5