Цифровой многоточечный тензометрический мост Советский патент 1982 года по МПК G01R17/10 

I

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении как статических, так и динамических деформаций.

По основному авт.св. №б91765 известен цифровой многоточечный тензометрический мост, используемый для измерения деформаций с применением тензорезисторов в качестве первичных преобразователей. Это устройство содержит мостовую схему, одно плечо которой образовано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а три плеча образованы , постоянными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительного блоков подключены параллельно Одному постоянному резистору, а цифровые проводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно

второму постоянную резистору, общая точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нульоргана, источник питания, включенный в диагональ, нуль-орган, первый вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи, включенный между регистрами дополни10тельных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нульоргана и с управляющими входами переключателя, регистров и блока пере,записи

15

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, так как оно обеспечивает измерение лишь статических дефор20маций, при непрерывно изменяющихся т.е. динамических деформациях, в частности при знакопеременных, с определенной амплитудой и частотой, деформациях известное устройство меработоспособно. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения динамических деформаций. Указанная цель достигается тем, что цифровой многоточечный тензометрический мост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой образо вано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а три плеча образованы пост9янными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительного блоков подключены параллель но одному постоянному резистору а цифровые проводимости вторых основно го и дополнительного блоков - параллельно второму постоянному резистору общая точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нуль-органа, источник питания, включенный в диагональ нуль-органа, первый вход которого соедине1Н с первой вершиной измерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи, включенный между регистрами дополнительных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нуль-органа и с управляющими входами переключателя, регистров и блока перезаписи, снабжай усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последбвательно соединенные усилитель переменного напряжения вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь напряжениечастота и реверсивный счетчик, ключом, включенным между вершиной мосто вой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового б/ ЪкалВходы регистра которого подк пючены к выходам реверсивного счетчика, при этом управляющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежной 8 тензорезистором, а управляющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключателя соединены с блоком управления. Кроме того, усилитель переменного напряжения выполнен частотноизбирательным, а цифровая проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием Я -т;Г где N - код регистра первого основного цифрового узла) суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом, проводимость постоянного резистора мостовой схемы. На чертеже изображена структурная схема устройства. Устройство содержит тензорезистор 1, три постоянных резистора 2-k, образующих пассивные плечи моста, источник 5 питания, нуль-орган 6, со- единенные провода 7-9. коммутатор 10, обеспечивающий поочередный опрос всех измерительных точек, переключатель t1, изменяющий точку подключения входа нуль-органа 6 к первой вершине моста, два основных цифровых блока, один из которых образован цифровой проводимостью 12 и регистром 13 а второй - цифровой проводимостью 14 и регистром 15 Два дополнительных цифровых блока, образованных цифровыми проводимостями 16 и 17 и регистрами 18 и 19, блок 20 перезаписи, включенные между регистрами 18 и 19, последовательно соединенные усилитель 21 переменного напряжения, вход которого через переключатель 22 соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь 23 переменного напряжения в постоянное, преобразователь 2k напряжение-частота и реверсивный счетчик 25. Одна вершина цифровой проводимости 12 подключена к мостовой схеме через ключ 26, управляющий вход которого через формирователь 27 .связан с первой вершиной 28 измерительной диагонали. Устройство работает следующим образом. Функцию цифроаналогового преобразователя (ЦАП) вЫЬолняют цифровые блоки и резисторы 4 и 3. Выходом ЦАП является точка 29, т.е. вторая вершина измерительной диагонали.

Если ключ 26 замыкать и размыкать с определенной частотой, то, если код регистра 13 не равен нулю, в точке 29 появится переменная составляющая напряжения. Формирователь 2 5 обеспечивает на своем выходе знакопеременный сигнал типа меандр, частота которого равна частоте сигнала. Приводя в соответствие положительной полуврлне меандра замкнутое состоя- ние ключа 26, а отрицательной полуволне - разомкнутое состояние ключа 26, в точке 29 получаем переменный сигнал типа меандр.

Коррекция погрешностей при г О осуществляется только с помощью основных цифровых блоков а разряды цифровых проводимостей 16 и 1/ отключены.

Блок управления 30 с помощью нуль- 20 органа 6 уравновешивает мостовую схему по постоянному току цифровым блоком, образованным регистром 15 и цифровой проводимостью Т. После . этого начинается работа усилительно- 25 преобразовательного блока. Блок 30 управления устанавливает на выходной шине 31 сигнал логической 1. Переключатель 22 устанавливается в положение 32, и переменное напряжение зо поступает на вход усилительно преобразовательного блока, где усиливает ся усилителем 21 переменного магтряжения, преобразуется в сигнал rtOCTOянного напряжения преобразователем 35 23, а на выходе преобразователя 2Л имеет частотный сигнал, номинально пропорциональный исходному сигналу. Погрешности на этих этапах преобразования приводятся к выходу преобрэ- АО зователя 2. Импульсы с выхода преобразователя 2k в течение первого отрезка времени поступают на вход счетчика 25, входная логика 33 которого устанавливает режим суммирова- 45 ния импульсов. По окончании первого отрезка времени в счетчике 25 устанавливается код, который записывается в регистр 13, а на шине З устанавливается сигнал логического О, 50 Переключатель 22 устанавливается в . положение З, а логика 33 устанавливает режим вычитания счетчцка 25

Во втором отрезке времени к 55 входу усилителя 21 приложено напряжение, пропорциональное коду регистра 13 следовательно, на выходе преобразователя 2 устанавливается частота, пропорциональная этому напряжению.

К концу второго отрезка времени в счетчике сформируется разность кодов, которая является поправкой . первого цикла коррекции. В момент окончания второго отрезка времени ко входу усилителя 21 вновь подключается напряжение переменной составляющей в точке 28, а счетчик 25 устанавливается в режим сложения. К моменту окончания третьего отрезка времени в счетчике сформируется первый скорректированный код. Если выполнить второй цикл коррекции, то таким же образом к моменту окончания пятого отрезка времени сформируется второй скорректированный код. После определенного цикла конечная погрешность измерения определяется точностью изготовления ЦАП. Это означает, что на точность измерения не влияет ни точность установки напряжения источника питания, ни отклонение сопротивления тензорезистора от опре деленного номинала.

Если сопротивлением проводов не пренебрегать, то погрешность измерения пропорциональна соотношению сопротивлений провода и тензорезистора.

Для компенсации сопротивления проводов в устройстве используются дополнительнь е цифровые блоки и осуществляются два предварительных вспомогательных уравновешивания.

Первое уравновешивание производят цифровой проводимостью 1, установив переключатель 11 в положение 35. Затем переключатель 11 переводят в положение 36 и, не изменяя состояние цифровой проводимости I, производят второе уравновешивание цифрово проводимостью 17. Полученный код в момент равновесия фиксируется в регистре 19, а также через устройство 20 перезаписи заносится в регистр 18

Переключатель 11 устанавливается вновь в положение 35 и производится третье уравновешивание при этом цифровые проводимости 16 и 17 включены в соответствии с кодом регистра 19.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается высокая точность измерения динамических деформаций, которая наряду с коррекцией погрешностей усилительно-преобразовательного тракта не зависит ни от сопротивления проводов, ни от сопротив ления тензорезистора. Выбирая отрезки времени преобразо вания равными периоду сетевого напря жения, в устройстве обеспечивается подавление помех, вызванных этим напряжением. Для повышения быстродействия устройства уравновешивания для каждой измерительной точки можно совместить во .времени с первым преобразовательным циклом сигнала в точке 28. Для обеспечения необходимой точности измерения преобразователь 23 выполняют в виде амплитудного детектора, а результат измерения дает амплитудное значение измеряемой величины. При этом усилитель 21 должен быть достаточно широкополостным, чтобы сигна в точке 36 усиливался без искажений. 8 случае, если усилитель не обеспечивает достаточную полосу прозрачности, сигнал точки 29 будет искажаться за счет подавления высших гар моник. Это приведет к тому, что, при равгеистве амплитуд в точках 28 и 29, со 5 тмошение амплитуд на выходе усили теля будет зависеть от степени подав ления гармоник сигнала в точке 29. Очевидно, что при этом неизбежны погрешности измерения. Для устранения погрешностей, вызванных неравномерностью частотной характеристики усилительно-преобразо вательного тракта, усилитель выполне частотно-избирательным. При этом цифровая проводимость 12 выполнена в соответствии с условием (. -ir r-Q код регистра 13, суммарная проводимость разря дов цифровой проводимости. Т, включенных в соответствии с кодом N. Таким образом, в определенной полосе частот устройство обеспечивает высокую точность измерения без перестройки избирательности усилителя переменного напряжения. При изменении, частотного диапазона динамически деформаций необходимо произвести час тотную перестройку, например, с помощью набора фильтров. Формула изобретения 1. Цифровой многоточечный тензометрическим- мост по авт.св. №б917б5 отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения динамических деформаций, он снабжен усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последовательно соединенные усилитель переменного напряжения, вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, клкзчом, включенным между вершиной мостовой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового блока, входы регистра которого подключеь ы к выходам р(гверсивного счетчика, при этом управляющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежнчй с тензорезистором, а управляющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключателя соединены с блоком управления. 2. Устройство по п.I, о т ли чающееся тем, что усилитель переменного напряжения выполнен частотно-избирательным, а цифровая проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условием N,.-, где N - код регистра первого основного цифрового узла, g - суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом; G - проводимость постоянного резистора мостовой схемы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 691765, кл. G 01 R 17/10, 1977 (прототип) .

г

,Г