Цифровое тензометрическое устройство Советский патент 1979 года по МПК G01G23/36 

Изобретение относится к области весоизмерительной техники. Известны устройства l, содержащие тенэометрические датчикн, нульорган г аналого-цифровой компенсатор, сумматор и управляющее устройство. Однако эти устройства обладёшзт низкой точностью измерения. Нгтболее близким к изобретению по технической сущности является устройство 2, содержащее тензометрические датчики, нуль-орган, состоя щий из дифференцигшьного сравнивающе го устройства, операционного усилите ля и конденсатора, аналого-цифровой компенсатор, источник переменного напряжения и схему управления. Известное устройство не обеспечив ет достаточную точность измерения из за наличия реактивных элементов в нуль-органе, обуславливающих накопление постоянной составляющей сигнала при перегрузке. Целью изобретения является повыше ние точности измерения и упрощение устройства. Эта цель достигается тем, что нул орган снабжен мостом ключей, выполне ных на транзисторах с изолированными затворами, к одной из диагоналей которого подключены входы операционного усилителя, к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства и конденсатор, а затворы транзисторов противоположных плеч моста объединены попарно и подключены к схеме управления. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена структурно-принципиальная схема устройства, а на фиг. 2 - графики, поясняющие .работу устройства. Цифровое тензометрическое устройство содержит мост ключей 1, выполненных на транзисторах, например полевых, с изoлиpoвaнны ш затворами, к одной из диагоналей которого подсоединены входы операционного усилителя 2, а к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства 3 и конденсатор 4, затворы транзисторов противоположных плеч объединены попарно и подключены к схеме управления 5, выход которой соединен со входом автокомпенсатора бис одним КЗ входов анализатора полезного сигнала 7. Другой вход анализатора соединен с выходом операционного усилителя 2, а его выход подключен к автокомпенсатору 6. Входы дифференциального сравнивающего устройства 3 соединены с автокомпенсатором 6 и тензометрическими датчиками 8. Схема управления 5, автокомпенсатор 6 и тенэометрические датчики 8 подключены к источнику питания несущей частоты 94

Работа цифрового тенэометрическсго устройства осуществляется следующим образом. Сигнал тенэометрических датчиков 8 1) (фиг.2, строка 1) поступает на неинвертирующий вход {+) дифференциального сравнивающего устройства 3. На инвертирующий вход (-) дифференциального сравнивеиощего устройства 3 поступает компенсирующе напряжение с линейно-декодирующего преобразователя автокомпенсатора 6, амплитуда которого изменяется ступенями по определенному закону, например, в коде 2-4-2-1. Каждая ступень компенсирующего напряжения содержит 4 периода синусоиды несущей частоты. При этом возможны следующие два режима: перекомпенсация, когда компенсирующее напряжениеи,.5 , и недокомпенсация, .если и, Uy . На фиг. 2 представлены графики, поясняющие эти режимы. В зависимости от того, где больше сигнал-на инвертирующем входе (-) или на неинвертирующем входе (+), дифференциальное сравнивающее устройство 3 выдает на входе разность сигналов одной фазы ( Uet ) или другой (Up ). Таким образом, при сигнал на выходе ) Up, j , (фиг.2, строка 3, перекомпенсация), а при IU,{j| I сигнал на выходе |Up} Ци гМОтд (фиг.2, строка 3, недокомпенсация),

Следовательно, сигналы U и L имеют разные фазы, что изобрайсено на фиг.2, строка 3. На выходе дифференциального сравнивающего устройства 3 кроме Up, и Up2 имеется постоянная составляющая (смещение нуля этого устройства, дрейф его во времени) - напряжение UQ. С учетом вышеизложенного, при перекомпенсации присутствует напряжение Upj +Uo и при недокомпенсации - Up, +Uo (фиг. 2, строка 3).

На. затворы транзисторов 1 со схемы управления 5 поступают управляющи сигналы (фиг. 2, строка 4) и Uynpz (фиг.2, строка 5) открывает одну пару транзисторов противоположных плеч моста Г, а и праОткрывает другую ; пару транзисторов. Так как Uynpi Uynpz перекрывс1ются во времени, что происходит в области перехода через нуль синусоиды несущей частоты, то существует время t, когда все ключи открыты. В это время (Ц) конденсато 4 подсоединен к выходу дифференциального сравнивающего устройства 3 и заряжается до напряжения U (фиг.2, строка 6) . В течение времени t,/

когда сигналы и перекрываются во времени, на один вход операционного усилителя 2 поступает сигнал Up, 4 DO, а на другой U - напряжение, которое запомнилось на конденсаторе в интервале времени t, . Операцирнный усилитель 2 срабатывает от разности этих сигналов, поскольку они поступают на разные входы (инвертирующий и неинвертируюший), т.е.

1 (Upi + Uo) - и Up,

Напряжение U на конденсаторе 4 незначительно отличается от UQ (это различие зависит от соотношения емкости конденсатора, выходного сопротивления дифференциального сравниваиощего устройства 3, входного сопротивления операционного усилителя 2 и от времени t, и t2), что видно на фиг.2, строка 6.

Ансшогично происходит процесс вычитания UJ из Upj + Uo, т.е.

Дг (Up2 + Uo) - 4i ft Upi

Поскольку пары транзисторов противоположных плеч моста открываются поочередно за время tg, то операционный усилитель 2 приобретает фазочувствительные свойства, т.е. для сигнала Upt , который имеет определенную фазу на выходе операционного усилителя 2 имеем последовательность положительных импульсов и (фиг.2, строка 7,

перекомпенсация), для сигнала Up, который имеет другую фазу, на выходе операционного усилителя 2 имеем отрицательную последовательность импульсов if (фиг.2, строка 7) недокомпенсация. Каждый импульс из U или Оц представляет собой результат сравнения UT д с и, и и,,2 в каждый полупериод синусоиды несущей частоты.

Сигналы и и и поступают в анализатор полезного сигнала 7, где производится количественная и качественная оценка этих сигналов за время включения одной ступени линейно-декодирующего преобразователя автокомпенсатора 6 (8 полупериодов). Количественная оценка в анализаторе полезного сигнала 5 производится путем подсчета импульсов Un или Uj,, качественная оценка производится стробированием импульсов Оп или и„ в моменты tj перехода их через максимумы синусоиды несущей частоты. Роль анализатора полезного сигнала 7 возрастает в случае когда Up, или Up2 соизмеримы с уровнем шума в тракте нуль-орган.

В этом случае возможно даже пропадание некоторых импульсов Uf, или Uj либо появление вместо них импульсов, сдвинутых относительно максимума синусоиды несущей частоты. Задавая. в первом случае количество достоверных импульсов (например, при подсчете 5-ти импульсов из 8-ми), а во втором интервале срабатывания t, получаем возможность выделения на фоне шумов и наводок полезных сигналов сравнения Un или V и, следовательно, более точного сравнения напряжения с компенсирующим напря жением. Для нормальной работы ключей на их подложки необходимо подат положительное напряжение . В ка честве источника несущей частоты 9 используется промышленная сеть 50 Гц Питание тензодатчиков 8, схемы управления 5 и линейно-декодируютег преобразователя автокомпенсатора б производится одним и тем же синусоидсшьным напряжением, что позволит упростить работу прибора, так как процессы сравнения и управления синхронизированы с частотой 50 Гц (временные соотношения показаны на фиг. вертиКс1льными штриховыми линиями) . В результате функциональные узлы схемы управления 5 являются существ но более простыми по сравнению с из вестнь ми. Формула изобретения Цифровое тензометрическое устрой ство, содержащее тензЬметрические датчики, нуль-орган, состоящий из дифференциашьного сравнивгиощего устройства, опаргщионного усилителя и конденсатора, аналого-цифровой компенсатор, источник переменного напряжения и схему управления, отличающееся тем, , с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, нуль-орган снабжен мостом ключей, выполненных на транзисторах с изолированными затворгичи, к одной из диагоналей которого подключены входы операционного усилителя, к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства и конденсатор, а затворы транзисторов противоположных плеч моста объединены попарно и подключены к схеме управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство №316940, кл. G 01 G 23/36, 1969. 2.Авторское свидетельство №358626, кл. G 01 G 23/36, 1971, (прототип).

иг2

Недокомп емса ция

- t

JH