Мостовое измерительное устройство Советский патент 1991 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для мостовых измерений при высоком уровне низкочастотных помех.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при измерении параметров трехэлементного двухполюсника.

На фиг 1 представлена функциональная схема мостового измерительного устройства; на фиг.2 - диаграммы его работы.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, элементы 2 и 3 задержки. Входы генераторов 4-6 прямоугольных, линейно и квадратично изменяющихся импульсов объединены с выходом элемента 2 задержки, а выходы подключены к первому - третьему входам переключателя 7 соответственно. Выход переключателя 7 подключен к входу измерительного моста 8, образованного двумя идентичными ветвями, плечо сравнения первой ветви состоит из образцового резистора 9, параллельно которому подключены последовательно соединенные образцовый резистор 10 и образцовый конденсатор 11, в плечо сравнения второй ветви включен объект измерения 12, эквивалентная схема замещения которого является трехэлементным двухполюсником, образованным резистором 13, параллельно которому включены последовательно соединенные резистор 14 и конденсатор 15, а резисторы 16 и 17 образуют плечи отношения моста. Выходы моста 8 соединены с входами дифференциального усилителя 18, выход которого подключен через последовательно соединенные дифференциатор 19, блок 20 выборки-хранения и интегратор 21 к второму входу вычитающего блока 22, первый вход которого объединен с входом дифференциатора 19, а выход подключен к входу индикатора 23 равновесия. Вход управления блока 20 выборки- хранения соединен с выходом задающего генератора 1 через формирователь 24 импульсов управления, а вход управления индикатора 23 равновесия соединен с выходом элемента 3 задержки.

На фиг.2 обозначены тактовые импульсы 25 задающего генератора 1, импульсы 26 на выходе первого элемента 2 задержки, импульсы 27 на выходе переключателя 7, поступающие на вход измерительного моста 8, выходные импульсы 28 формирователя 24 импульсов управления, выходное напряжение 29 усилителя 18, выходное напряжение 30 дифференциатора 19, выходное напряжение 31 блока 20 выборки-хранения, выходное напряжение 32 интегратора 21, выходное напряжение 33 вычитающего блока 22, импульсы 34 на выходе второго элемента 3 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает последовательность тактовых импульсов, поступающую через первый элемент 2 задержки на входы генераторов 4-6 импульсов прямоугольной, линейной и квадратичной форм соответственно, работающих в ждущем режиме. Прямоугольные импульсы длительностью 100 мкс с выхода генератора 4 через переключатель 7 (подвижный контакт переключателя 7 предварительно устанавливается в верхнее по схеме положение)

поступают на вход измерительного моста 8. Напряжение неравновесия с измерительной диагонали моста 8 поступает на входы дифференциального усилителя 18. Во время

действия прямоугольного питающего импульса после окончания переходных процессов в мосте 8 выходное напряжение усилителя 18 определяется суммой напряжений помехи Up и полезного сигнала Uc,

который в свою очередь зависит только от значений сопротивлений резисторов 9, 13, 16, 17 моста 8 и имеет после окончания переходных процессов форму импульса с плоской вершиной

Uie UC +Un sin ton t, (1)

где UAI круговая частота помехи (преобладающим видом помехи при тензометрических и других измерениях, выполняемых в цеховых условиях, является продольная помеха, источником которой служит промышленная сеть);

t - текущее время.

Напряжение (1) поступает на вход дифференциатора 19, на выходе которого формируется напряжение, характеризующее скорость изменения помехи

30

U19 Un Tq Шп COS ftln t ,

(2)

где Тд - постоянная времени дифференциатора 19.

В исходном состоянии блок 20 выборкихранения, управляемый импульсами с выхода формирователя 24 находится в состоянии выборки, поэтому на выходе интегратора 21 формируется напряжение, пропорциональное напряжению помехи на выходе усилителя 18

,а

t 1и

(3)

гдеТи - постоянная времени интегратора ра21.

Блок 20 выборки-хранения непосредственно перед моментом времени tx поступления импульса с выхода генератора 4 в

питающую диагональ моста 8, переводится в режим хранения и на его выходе фиксируется напряжение, характеризующее скорость изменения помехи в этот момент времени

U20 - Un rg ft, cos con tx . (4)

Выполнение условия (4) достигается тем, что время задержки п первого элемента 2 задержки, управляющего формирователем 24 импульсов, выбирается достаточным для перевода блока 20 выборки-хранения из режима выборки в режим хранения, в это состояние блок 20 переводится на время действия tM питающего мост 8 импульса, так как длительность выходных импульсов формирователя 24 соответствует длительностям импульсов генераторов 4-6.

В режиме хранения блока 20 выборки- хранения напряжение на выходе интегратора 21 равно

U21 Un ( Sin (On tx + Уп t COS Шп tx )

(5)

Соответственно напряжение на выходе вычитающего блока 22, определяемое разностью напряжений (1) и (5) на его входах,

равно

U22 Uc -t Un Sin Шп ( tx + t ) - - Un Я ( Sin T COS UAi tx )

Uc + Un Sin ft, tx (COS Шп t - +

f COS UAi tx ( Sin (On t - (Dn t } .

(6)

Второе слагаемое выражения (6) характеризует остаточное напряжение помехи на выходе вычитающего блока 22. При равенстве постоянных времени дифференциатора 19 и интегратора 21rg ги и с учетом того, что текущее время t лежит в пределах tx t t. а также того, что длительность питающих мост импульсов tn реально всегда много меньше периода напряжения помехи н « Тп, можно показать, что второе слагаемое выражения (6) стремится к нулю

Un Sin (On tx ( COS ftAi t - 1 ) +

+ cos ftM tx ( sin Wn t - ton t) - 0 ,

(7) так как cos uAi t - 1 , sin t - t.

Из (7) следует, что напряжение на входе индикатора 23 равновесия, поступающее с выхода вычитающего блока 22, определяется в основном только напряжением полезного сигнала Uc с выхода усилителя 18. Численный анализ выражения (7) на ЭВМ показал, что при длительности питающих импульсов 100 мкс, частоте сети 50 Гц, остаточное напряжение помехи на выходе вычитающего блока 22 не превышает 2 10 3 от значения напряжения помехи на выходе

усилителя 18. Измерительный мост приводится в равновесие по первому параметру 13 исследуемого двухполюсника 12 изменением значения сопротивления образцового 5 резистора 10. Состояние равновесия здесь и далее фиксируется индикатором 23 равновесия. Время задержки тг импульсов на входе управления индикатора 23 относительно начала питающих мост 8 импульсов 10 определяется вторым элементом 3 задержки и задается заведомо ботыие длительности переходных процессов в мосте 8. После приведения моста 8 в состояние равновесия, подвижный контакт переключателя 7

15 устанавливается в среднее по схеме положение. Выходные импульсы линейно-изменяющейся формы с выхода генератора 5 через переключатель 7 поступают в питающую диагональ моста 8. Так как измери0 тельный мост 8 приведен в равновесие по первому параметру (резистор 13), то после окончания переходных процессов вершина импульсов неравновесия в измерительной диагонали моста 8 и. соответственно, на вы5 ходе дифференциального усилителя 18 становится плоской, поэтому компенсация помехи и процесс уравновешивания по второму параметру (конденсатор 15) двухполюсника 12, выполняемый изменением

0 емкости образцового конденсатора 11. полностью аналогичны приведенным, так как в этом случае также справедливы выражения

0)-(7).

После приведения измерительного мос5 та 8 к состоянию равновесия по второму параметру подвижный контакт переключателя 7 устанавливается в нижнее по схеме положение. Выходные импульсы квадратичной формы с выхода генератора 6 через пе0 реключатель 7 поступают в питающую диагональ моста 8. Так как мост 8 приведен в состояние равновесия по первому и второму параметрам, после окончания переходных процессов вершина импульсов в

5 измерительной диагонали моста 8 становится также плоской, поэтому компенсация помехи и процесс уравновешивания по третьему параметру (резистор 14). выполняемый изменением значения сопротивления

0 образцового резистора 10, протекают аналогично. После завершения процесса уравновешивания по третьему параметру, берется отчет искомых первого, второго и третьего параметров исследуемого двухпо5 люсника 12 в соответствии с установленными в процессе уравновешивания значениями образцовых элементов 9, 10, 11.

Предлагамое устройство позволяет существенно, более чем на порядок, повысить

ослабление низкочастотной помехи в результате учета скорости ее изменения во время действия питающего мост 8 импульса. При экспериментальной проверке устройства напряжение помехи имитировалось на- пряжением с вторичной обмотки сетевого трансформатора, амплитуда которого регулировалась в пределах 2-10 В. При этом получено ослабление помехи во всем диапазоне изменения ее амплитуды не менее чем в 400 раз. а в известном устройстве это значение не превышает 30. Таким образом, предлагаемое устройство обладает возможностью измерения параметров физических объектов, эквивалентная схема замещения которых представляет собой трехэлементный двухполюсник, в цеховых условиях с повышенным уровнем низкочастотных и сетевых помех, например, в тензометрических системах, обеспечивающих прочностной эксперимент больших конструкций.

Формула изобретения Мостовое измерительное устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, первый и второй элементы задержки, при этом выход задающего генератора подключен к входу управления блока выборки-хранения через формирователь импульсов управления, а выход первого элемента задержки соединен с входом управления генератора прямоугольных импульсов, выход которого подключен к первому входу переключателя, а выход последнего соединен с входом измерительного моста, выходы которого подключены к входам дифференциального усилителя, вычитающий блок, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустсйчивости при измерении параметров трехэлементного двухполюсника, в него введены дифференциатор, интегратор, индикатор равновесия, генераторы линейчого и квадратично изменяющихся импульсов, входы которых соединены с выходом первого элемента d, - держки, а выходы подключены к второму и третьему входам переключите соответственно, при этом вход дифференциатора соединен с выходом дифференциального усилителя и первым входом считающею блока а чыход дифференциатора подкшо- чен к входу блока выбооки-хранения, et ход которого через интегратор соединен с вторым входом вычитающего блока, причем выход последнего подключен к входу индикатора равновесия, вхсц управления которого соединен с выходом второго элемент задержки.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено дл-я мостовых измерений, в частности тензоиз- мерений при высоком уровне низкочастотных помех. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения уровня низкочастотной помехи. Цель достигается тем, что при компенсации наводки учитывается скорость ее изменения во время действия коротких питающих измерительный мост (ИМ) импульсов прямоугольной, линейной и квадратичной форм. Выходные импульсы задающего генератора (3 Г) поступают на входы генераторов питающих ИМ импульсов различной формы При уравновешивании ИМ по каждому из трех параметров измеряемого двухполюсника выход соответствующего генератора через переключатель соединяется со входом ИМ Выходные сигналы усилителя, наложенные на помеху, подаются на первый вход вычитающего блока (ВБ) и дифференциатор в котором происходит формирование напряжения, пропорционального скорости изменения помехи. Выделение значения этого напряжения выполняет устройство выборки-хранения, управляемое сигналами формирователя импульсов управления, тактируемого ЗГ Далее интегратор в соответствии с выделенным значением скорости и значением помехи в начале питающего ИМ импульса выполняет формирование компенсирующего сигнала, поступающего на второй вход В Б. в котором происходит выделение полезного сигнала из помех. Индикатор равновесия фиксирует состояние равновесия ИМ После окончания уравновешиваний по всем параметрам двухполюсника берутся их отсчеты в соответствии с установленными значениями образцовых уравновешивающих элементов ИМ 2 ил СП о го С 4

(Раг.1