Тензорезисторное устройство для измерения статической магнитострикции Советский патент 1977 года по МПК G01R33/18 

через олок управления подсоединен к входу |)егулнровки величины образцового резистора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 поля намагничивания исследуемого образца 2, тензопреобразовательиый блок 3, включающий последовательно соединенные измерительный мост 4 с тензо- и балансировочным резисторами (на схеме не показаны) и усилитель 5 постоянного тока или фазочувствительный (в зависимости от рода тока, питающего мост 4), ключи 6-9, ячейки 10-12 памяти, сумматор 13 (рещающий каскад), блок 14 управления, регулируемый (переменный) образцовый резистор 15, снабженный блоком 16 индикации результата измерения, и генератор 17 управЛЯЮЩИ.Х импульсов, задающий временную последовательность работы звеньев (источника 1, ключей 6-9, блока 14 управления).

В исходном состоянии, которое устанавливается при подаче питания на прибор или же по окончании цикла измерения, управляющие сигналы на выходах генератора 17 отсутствуют, и как следствие: ключи 6-9 разомкнуты, источник 1 поля и блок 14 управления выключены. Значение образцового резистора 15 (и соответственно выход блока 16 индикации результата измерения) соответствует результату предыдущего измерения (или в общем случае иронзЕольно).

Оператор после приблизительной балансировки тензопреобразовательного блока 3 (органы балансировки и измеритель выходного сигнала на схеме не показаны) запзскает генератор 17 управляющих импульсов - начинается цикл измерения, состоящий из ряда повторяющихся тактов, равный длительности Т.

В конце первого тракта по команде генератора 17 замыкается первый ключ 6: производится «запись выходного сигнала тензопреобразовательного блока 3 в первую ячейку 10 памяти. Следовательно, с окончанием первого такта - с размыканием ключа 6 (обозначим этот момент времени ti)-на первом входе сумматора 13 имеется сигнал U , обусловленный, с одной стороны, исходным разбалансом Г/01 тензопреобразовательного блока 3, и, с другой - неизбежным наличием синусоидальной сетевой помехи с периодом Тс и амплитудой t/n, т. е.

,,.

с.

На время второго такта по командам генератора 17 управляющих импульсов:

1. Запускается управляемый источник 1 поля намагничивания исследуемого образца 2, и последний намагничивается. Возникающая ири этом магнитострикционная деформация X образца 2 воспринимается, например, одним рабочим тензорезистором (с тензочувствительностью 5), входящим в состав измерительного моста 4.

2. Замыкается третий ключ 8, подсоединяющий образцовый резистор 15, например, к одному из плеч моста 4 и вызывающий разбаланс последнего на величину, пропорциональную относительному изменению сопротивления этого плеча - ЁОЬ

Через время, достаточное для установления намагниченности и соответствующей стрикционной деформации образца 2, по команде генератора 17 замыкается четвертый ключ 9. При этом выходной сигнал тензопреобразовательного блока 3 «записывается в третью ячейку 12 памяти, на выходе которой, т. е. на третьем входе сумматора 13, с окончанием 5 второго такта (с размыканием ключа 9) имеют

U) и,, + Ь,Т + /„ sin 2- JL+

4Т-с

+ К, (5л + и + Ь,Т + /С, (S + г„.).

Последнее возможно, если длительность такта выполнить равной или кратной периоду сетевой - наиболее ярко выраженной - помехи, т. е. (где , 2, 3,...), и если учесть, что

Sm2T: -± Sin27: УСУ.

при любом целом п.

0 Здесь biT - значение линейно изменяющейся со скоростью Ь (на интервале второго и третьего тактов) составляющей дрейфа нуля в момент окончания второго такта; К. - коэффициент передачи работающей в этом такте

5 части измерительного тракта, равный произведению коэффициентов передачи тензопреобразовательного блока 3, ключа 9, ячейки 12 памяти и напряжения питания измерительного моста 4.

0 В начале третьего такта выключается управляемый источник 1 поля намагничивания исследуемого образца 2 и размыкается третий ключ 8, снимая воздействие образцового резистора 15 на мост 4. В конце этого такта

5 (по окончании переходных процессов, вызванных указанной коммутацией) замыкается второй ключ 7 - происходит «запоминание выходного напряжения тензопреобразовательного блока 3 второй ячейки 11 памяти. В результате с окончанием третьего такта (с размыканием ключа 7) на втором входе и выходе сумматора 13 имеют

z и,, + 2b,T -f и„ sin 27Г А±

Тс

f/F + 2b,T

yf) + 4M

; ( /C:

- ATiATj; (5X-j-Sji),

где /(s - коэффициент передачи сумматора 13. С началом четвертого такта (как и во втором такте) включается источник I поля и замыкается третий ключ 8, а также (в отличие от второго пакта) 1 КЛ очаотся на некоторое время элемент 14 управления, когорый под воздействием выходного сигнала сумматора 13 изменяет величину образцового резистора 15 и тем самым устанавливает новую величину ео2 так, что (.SA+EOZ) (5A,+eoi), причем с изменением величины резистора 15 происходит соответствующее изменение показаний блока 16 индикации результата измерения. В конце этого такта, по окончании переходных процессов в устройстве, обусловленных коммутацией и изменением величины образцового резистора 15, замыкается четвертый ключ 9, соединяющий выход блока 3 с входом третьей ячейки 12 памяти, на выходе которой по окончании такта (после размыкания ключа 9) имеют i/f) f/P + 6,r + ,p. + sJ, где 2 - скорость дрейфа нуля на протял ении четвертого и пятого тактов. В цятом такте вновь снимаются информационные воздействия (магнитострикции и образцового резистора) иа теизопреобразовательный блок, и выходной сигнал последнего Lffi U +2b2T, обусловленный неинформационными составляющими (дрейфа и сетевой помехи), записывается, как и в первом такте, в первую ячейку 10 памяти. Следовательно, на выходе сумматора 13 в течение следующего, щестого, такта действует сигнал .Suf-- K,K(SK + ,,), который ио абсолютной величине меньще, чем сигнал и за счет отработки последнего в четвертом такте. Работа устройства в седьмом, одиннадца том, пятнадцатом и т. д. тактах протекает аналогично рассмотренным процессам треть его такта, а в девятом, тринадцатом, семнад цатом и т. д. - аналогично первому и пятому актам. Во всех же четных тактах, начиная с етвертого, процессы тоже повторяются. Цикл змерения продолжают до тех пор, пока форируемый t-й сигнал на выходе сумматора t/l /C,(SX + s,,) е установится равным нулю, о чем оператор удит по зстановивщимся (неизменяющимся) показаниям блока 16 резз льтата измерения, при этом результат измерения будет Я -eoi/S, т. е. полностью (как по знаку, так и по величине) определяется величиной образцового воздействия eot, точность которого выполнить достаточно высокой гораздо проще, чем точность миогоэлементного измерительного тракта. Получив результат измерения, оператор выключает генератор 17 управляющих импульсов, и устройство устанавливается в исходное состояние. Формула изобретения Тензорезисторное устройство для измерения статической магнитострикции, содержащее управляемый источник поля, тензопреобразовательный блок, выход которого через первые ключ и ячейку памяти связан с первым входом сумматора, а через вторые ключ и ячейку памяти - с вторым его входом, образцовый резистор, через третий ключ соединенный с одним из входов тензопреобразовательного блока, и генератор управляющих импульсов, отличающееся тем, что, с целью иовыщения точности измерения и расщирения диапазона измеряемых величин в область малых значений, в него введены четвертый ключ, третья ячейка памяти и блок управления, а образцовый резистор выполнен регул руемым и снабжен блоком индикации, причем третий вход сумматора через последовательно соединенные третью ячейку памяти и четвертый ключ соедииен с выходом тензопреобразовательного блока, выход сумматора через блок управления подсоединен к входу регулировки величины образцового резистора.