Тензометрическое устройство с автоматической установкой нуля Советский патент 1982 года по МПК G01B7/16 

(54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С АВТОМАТИЧЕСКОЙ

УСТАНОВКОЙ НУЛЯ

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензометрическим устройствам и может быть использовано для тензометрирования с автоматической установкой нуля.

Известно тензометрическое устройство с автоматической установкой нуля, содержащее тензомост, усилитель и цепь обра.тной связи, подключенную между выходом усилителя и тензомостом и выполненную в виде последовательно включенных компенсирующего- конденсаторного устройства, высок-.омного катодного повторителя и резисгивного делителя, а также времязадающий генератор, выход которого соединен со входом конденсаторного устройства 1.

Наиболее близким к предлагаемому является тензометрическое устройство с автоматической установкой нуля,содержащее тензомост, усилитель с двумя входами, один из которых подключен к выходу тензомоста, цепь обратной связи, включенную между выходом усилителя и другим его входом, выполненную в виде последовательно включенных компенсирующего усилителя, ключевого аналогового конденсаторного

блока памяти, подключенного на его выходе, МОП-транзистора, шунтирующего непосредственно плечо тензомоста, и времязадающего генератора, управляющего блоком памяти 2.

Недостатком этих устройств является

недостаточная точность измерения и низкое быстродействие вследствие наличия тока саморазряда конденсатора в блоках, подключенных к выходу времязадающего 10 генератора.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что цепь обратной связи выполнена в виде интегратора, один вход которого подключен к вы15ходу усилителя, а другой - к точке нулевого потенциала электрической схемы устройства, преобразователя аналог-код-аналог, подключенного одним .входом к выходу интегратора, а другим - к выходу вре20 мязадающего генератора, и резистора, включенного .между выходом преобразователя и други.м в.ходом усилителя.

При этом преобразователь аналог-коданалог выполнен в виде подключенного одним входом к выходу интегратора компаратора, логического элемента НЕ, вход которого подключен к выходу компаратора, двух логических элементов И, один вход одного из которых подключен к выходу компаратора, а один вход другого - к выходу элемента НЕ, реверсивного счетчика, входы которого подключены к выходам элементов И, резистивной матрицы, вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика, усилителя-сумматора, один вход которого подключен к выходу 3 матрицы, а выход - к другому входу компаратора, генератора тока сдвига, выход которого подключен к другому входу усилителя-сумматора, электронного ключа, выход которого подключен к другим входам элементов И, а один вход - к выходу времязадающего генератора, дифференцирующей цепи, выход которой подключен к другому входу электронного ключа, и генератора тактовых импульсов, подключенного к входу дифференцирующей цепи.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого тензометрического устройства.

Устройство содержит тензомост 1, усилитель 2 с двумя входами, один из которых подключен к выходу тензомоста 1,цепь 3 обратной связи, включенную между выходом усилителя 2 и другим его входом, и времязадающий генератор 4.

Цепь 3 обратной связи выполнена в виде интегратора 5, один вход которого подключен к выходу усилителя 2, а другой - к точке нулевого потенциала электрической схемы устройства (не показана), преобразователя 6 аналог-код-аналог, подключенного одним входом к выходу интегратора 5, а другим - к выходу времязадающего генератора 4, и резистора 7, включенного, между ,вь1ходом преобразователя 6 и другим усилителя 2.

Преобразователь 6 выполнен в виде подключенного одним входом к выходу интегратора 5 компаратора 8, логического элемента НЕ 9, вход которого подключен к -выходу компаратора 8, логических элементов 10 и 11 И, из которых один вход логического элемента И 10 подключен к выходу компаратора 8, а один вход логического элемента И 11 - к выходу логического элемента НЕ 9, реверсивного счетчика 12, входы которого подключены к выходам логических элементов И 10 и 11, резистивной, матрицы 13, вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика 12, усилителя-сумматора 14, один вход которого подключен к выходу матрицы 13, а выход - к другому входу-компаратора 8, генератора 15 тока сдвига, выход которого подключен к другому входу усилителя-сумматора 14, электронного ключа 16, выход которого подключен к другим входам логических элементов И 10 и 11, а один вход - к выходу

времязадающего генератора 4, дифференцирующей цепи 17, выход которой подключен к другому входу электронного ключа 16, и генератора 18 тактовых импульсов, подключенного к входу дифференцирующей це- пи 17.

Устройство работает в две стадии: первая - автоматическая установка нуля тензомоста, вторая - измерение.

В первой стадии выходной сигнал разбаланса тензомоста 1, поступая на один из 0 входов усилителя 2, усиливается и поступает на один из вхрдов интегратора 5.

Сигнал нуля, подаваемый на другой вход интегратора 5, сравнивается с выходным сигналом усилителя 2. В случае если выходной сигнал усилителя 2 будет не равен нулю, на выходе интегратора 5 появляется нарастающее напряжение, которое, повторяясь преобразователем 6 аналог-код-аналог, через резистор 7 поступает в качестве сигнала обратной связи на другой вход усилителя 2, компенсируя сигнал разбаланса тензомоста 1.

На выходе интегратора 5 напряжение будет расти до тех пор, пока выходной сигнал с усилителя 2 не станет равным нулю.

. В первой стадии работы сигнал с выхода времязадающего генератора 4 отсутствует. Во второй стадии при подаче сигнала с выхода времязадающего генератора 4, преобразователь 6 аналог-код-аналог переходит в режим аналого-цифрового оператив0 ного запоминающего устройства. Напряжение на его выходе остается неизменным в течение всего времени измерения, компен.сируя начальный разбаланс тензомоста, а цепь обратной связи обрывается.

Преобразователь 6 аналог-код-аналог представляет собой замкнутую релейную следящую систему, где в качестве двухпозиционного релейного элемента сравнения использован комдаратор 8, на один вход которого подается напряжение задания, а на

0 другой - отслеживающее напряжение.

В первой стадии работы тензометрического устройства сигнал с выхода времязадающего генератора 4 отсутствует, и электронный ключ 16 открыт.

Продифференцированные дифференцирующей цепью 17 выходные импульсы генератора 18 тактовых импульсов, пройдя открытый электронный ключ 16, лоступают через один из логических элементов И 10 или II соответственно на суммирующий или

0 вычитающий вход реверсивного счетчика 12. Компаратор 8, в зависимости от знака разности его входных сигналов, управляет работой логического элемента И 10 и через логический элемент НЕ 9 - работой логического элемента ИИ.

Резистивная матрица 13, преобразует параллельный двоичньш код с выхода реверсивного счетчика 12 в пропорциональный ему аналоговый сигнал. Этот сигнал поступает

на один вход усилителя-сумматора 14,-на другой вход которого для симметрирования его выходного . напряжения относительно нуля поступает сигнал с выхода генератора 18 тока сдвига. Напряжение с выхода усилителя-сумматора 14 при работе реверсивного счетчика 12 прибавляется или убавляется единичными «ступеньками с частотой генератора 18 тактовых импульсов и, в качестве сигнала отрицательной обратной связи, поступает на другой вход компаратора 8.

Компаратор 8 работает в режиме автоколебаний. Размах автоколебаний напряжения с выхода усилителя-сумматора 14 не превышает ± «ступеньку, которая при десяти разрядах в реверсивном счетчике 12 составляет ±0,2% от напряжения питания усилителя-сумматора 14. В момент прихода сигнала с выхода времязадающего генера тора 4 закрывается электронный ключ 16/ на входы реверсивного счетчика 12 импульсы больше не поступают, и он запоминает то двоичное число, которое в нем накопляется к моменту прекращения счета. При этом напряжение на выходе усилителя-сумматора 14 фиксируется в течение всего времени действия сигнала с времязадающего генератора 4.

Дифференцирующая цепь 17 введена с целью предотвращения срабатывания реверсивного счетчика 12 от импульса с выхода компаратора 8, который несет информацию только о направлении счета. При этом ширина импульса с дифференцирующей цепи 17 не превышает суммарного времени, реакции компаратора 8,. Логических элементов 9.-10, реверсивного счетчика 12 и усилителя-сумматора 14.

Введение интегратора 5 в цепь обратной связи тензометрического устройства позволяет резко повысить точность установки нуля, так как условием установившегося режима работы устройства при наличии интегратора 5 является отсутствие разницы во входных сигналах интегратора 5, один из которых является сигналом задания нуля.

Высокое быстродействие предлагаемого тензометрического устройства обусловлено тем, что работа интегратора 5 практически при любом рассогласовании между его входными сигналами происходит в линейном режиме без насыщения его по входу. Благодаря этому, устройство представляет собою замкнутую линейную систему автоматического регулирования, и динамика его переходных процессов может быть заранее првт допределена введением соответствующей коррекции.

Преобразователь 6 аналог-код-аналог обладает высоким быстродействием, которое определяется частотой генератора 18 тактовых импульсов, и аппроксимируется звеном чистого запаздывания со временем запаздывания Т 4-

где freH - частота /-енератора тактовых им5 пульсов. .

Формула изобретения

. Тензометрическое устройство с автоматической установкой нуля, содержащее

O тензомост, усилитель с двумя входами, один из которых подключен к выходу тензомоста, цепь обратной связи, включенную между выходом усилителя и другим его входом, и времязадающий генератор, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, цепь обратной связи выполнена в виде интегратора, один вход которого подключен к выходу усилителя, а другой - к точке нулевого потенциала электрической схемы устройства, преобраA зователя аналог-код-аналог, подключенного одним входом к выходу интегратора, а другим - к выходу времязадающего генератора, и резистора, включенного между выходом преобразователя и другим входом усилителя.

2. Тензометрическое устройство по п. 1,

отличающееся тем, что, преобразователь, аналог-код-аналог выполнен в виде подключенного одним входом к выходу интегратора компаратора, логического элемен- та НЕ, вход которого подключен к компаратора, двух логических элементов И, один вход одного из которых подключен к выходу компаратора, а один вход другого - к выходу элемента НЕ, реверсивного счетчика, входы которого подключены к выходам элементов И, резистивной матрицы, вход которой соединен с выходом реверсивного счетчика, усилителя-сумматора, один вход которого подключен к выходу матрицы, а выход - к другому входу компаратора, генератора тока сдвига, выход которого

подключен к другому входу усилителясумматора, электронного ключа, выход которого подключен к другим входам элементов И, а один вход - к выходу времязадающего генератора, дифференцирующей

5 цепи, выход которой подключен к другому входу электронного ключа, и генератора тактовых импульсов, подключенного к входу дифференцирующей цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 369376, кл. G 01 В 7/16, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 445826, кл. G 01 В,7/16, 1974 (прототип).