Устройство для измерения внутренних напряжений Советский патент 1990 года по МПК G01L1/14 

Изобретение относится к области измерительной техники, может найти применение в приборах и измерительных информационных системах, предназначенных для высокоточного измерения внутренних напряжений упругопластических и пластических тел, в том числе в централизованных системах натурных исследований крупных бетонных энергетических сооружений.

Цель изобретения - повышение точности..

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом. На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора, состоящая из двух изолированных одна от другой секций 8 и 9, смещенных.одна относительно другой на известное расстояние Л

Крайние пластины 10и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции 12, 13и 14, 15 соответствен но. Выводы параллельно соединенных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам Ai-A4 и BJ-BA электронного двоичного мультиплек- сора 16. Мультиплексор 16 подключен уп- равляющй ми входами-2° м 2 к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом Vo - к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами - к частотно-зависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии 21 связи, соединяющей устройство с вторичным прибором (не показан).

Устройство работает следующим образом,-

Измеряемое напряжение а воздействует на мембрану 4, вызывая ее прогиб X. Вместе с мембраной смещается и средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора. Жесткость мембраны подбирается таким образом, чтобы в диапазоне измеряемых напряжений имела место линейная зависимость X f(a).B исходном состоянии средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора занимает положение, определяемое текущим значением X (или с, За начальное положение Хо условно принимается положение пластины 7, при котором секция 8 расположена на одинаковом расстоянии от секций 12 и 14, За положительное направление изменения X условно принимается направление по стрелке на чертеже.

Рабочий участок функций преобразования предлагаемого устройства (как и многих частотных датчиков) нелинеен. .Действительно, в устройстве осуществляются следующие преобразования:

. .

При использовании емкостного преобразователя в качестве элемента частотно-зависимой цепи автогенератора имеют выражение

м-1,-1---Ко-Ь N .

vc

где L - индуктивность,

Для плоскопараллельного конденсатора с переменным зазором справедливо

С

$,, 1

где -диэлектрическая проницаемость;

S - площадь пластины. Следовательно,N К4 VX р

ДеК4 :.

Нелинейный рабочий участок функции преобразования устройства для определения напряжений с достаточной точностью

ожет быть представлен отрезками параол;

N аХ + ЬХ + с,()

где а, Ь, с - случайные коэффициенты, зависящие от внешних мешающих .факторов.

Отличие текущих значений этих коэффициентов от номинальных определяет погрешности; нелинейности (а), чувствительности (Ь), начального уровня (с). Для исключения влияния трех нестабильных коэффициентов на результат измерения X в предлагаемом устройстве проводится четыре такта измерения, в каждом из которых информация снимается с одной из пар секций конденсатора. При подаче по двухпроводной линии 21 связи на устройство напряжения постоянного тока от удаленного вторичного прибора (не показан) двухразрядный двоич-. ный счетчик 17 устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходах 2 и 2 устанавливаются сигналы нулевого уровня. При этом входы AI и Bi электронного двоичного мультиплексора 16 подключаются соответственно к выходам секций 12 и 8 конденсатора, которые оказываются включенными в частотно-зависимую цепь 19 частотного преобразователя 20, в результате чего в линию 21 связи с выхода частотного преобразователя поступает электрический сигнал NI, пропорциональный Хо + X. С приходом первого тактового импульса с задающего генератора 18 на вход двоичного счетчика 17 последний устанавливается в состояние, при котором с его выхода 2° снимается сигнал высокого уровня, а с выхода 2 - сигнал нулевого уровня. При этом происходит переключение входов мультиплексора 16; входы AI и Bi отключаются, а входы А2 и В2 его подключаются к выходам секций 8 и Т4 конденсатора. В линию 21 связи поступает электрический сигнал N2, пропорцио-. нальный величине Хо - X.

С приходом второго тактового импульса с задающего генератора.18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 устанавливаются сигналы соответственно нулевого и высокого уровня, по которым входы А2 и 82 мультиплексора 16 отключаются от секций 8 и 14 конденсатора, а его входы Аз и Вз подключаются к секциям 13 и 9 соответственно. В линию связи поступает электрический сигнал Мз, пропорциональный величине Хо + X + А ,

С приходом третьего тактового импульса с задающего генератора 18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 устанавливаются сигналы высокого уровня, по которым входы Аз и Вз мультиплексора 16 отключаются от секций 13 и 9, а входы А4 и В4 подключаются к секциям 9 и

соответственно, В линию 21 связи поступает электрический сигнал N4, пропорциональный величине Хо-Х- Д,

В результате проведенных четырех тактов измерения получают систему уравнений Ni a(Xo + X) + b(Xo + X) + c;(2)

N2 3 (Хо Х) + Ь (Хо - X) + с; N3 а (Хо + X + Л) + Ь (Хо + X -Ь АЗ + с; N4 а (Хо - X - А)2 + Ь (Хо - X - Л) + с. Решение системы (2) относительно X осуществляется во вторичном приборе;

X -т;

N2 -NI

гА,

(3)

(N4 - N3) - (N2 - NI) Полученное значение X умножается на 5 постоянный коэффициент 1/К(чувствительность), который хранится в памяти вторичного прибора. Следовательно,

N2 :44i.А,.

(N4-N3)-(N2-Ni) К- 0 Из (4) следует, что в конечное выражение для измеряемого напояжения не входят коэффициенты а, Ь, с функции преобразования всего тракта измерительного устройства, включая преобразователь перемещения 5 в электрический параметр. образом, на точность измерения не влияет нестабильность этих коэффициентов, вызванная вариацией внешних условий и временным -дрейфом параметров элементов, входящих 0 в состав устройства.

. Формула изобретения

Устройство для измерения внутренних напряжений, содержащее динамометрический датчик, выполненный в виде корпуса с 5 жестко закрепленной по его периметру мембраной и преобразователя перемещения мембраны в электрический сигнал, 4dC- тотный преобразователь и вторичный прибор, отличающееся тем, что, с 40 целью повышения точности измерения, оно снабжено электронным двоичным мультиплексором, задающим генератором и двухразрядным -счетчиком, а преобразователь перемещения мембраны в электрический 45 сигнал выполнен -в виде плоскопараллельного дифференциального конденсатора, каждая из пластин которого содержит по . две изолированные идентичные секции, при этом секции средней пластины смещены на 50 фиксированное расстояние одна относительно другой и соединены с мембраной, а секции крайних пластин жестко соединены с корпусом, причем электронный двоичный мультиплексор подключен своими входами 55 к выходам секций преобразователя перемещения мембраны в электрический параметр, выходами - к входу частотно-зависимой цепи частотного преобразователя, управляющими входами - к выходам двухраз716155758

рядного двоичного счетчика, счетный вход генератора и к синхронизирующему входу которого подключен к выходу задающего электронного двоичного мультиплексора.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности. Устройство сожержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом. На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора, состоящая из изолированных секций 8 и 9, смещенных одна относительно другой на фиксированное расстояние. Крайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции: 12, 13 и 14, 15 соответственно. Выводы параллельных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам электронного двоичного мультиплексора 16. Мультиплексор 16 подключен управляющими входами к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами - к частотнозависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии связи 21, соединяющей устройство с вторичным прибором. 1 ил.