Тензометрическое устройство (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерительным устройствам для измерения механических деформаций.

Известно тензометрическое уст ройство, содержащее тензомост, подключенный к нему источник переменного напряжения и аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу тензомоста, а опорное напряжение на. него подано от источника питания тензомоста 1.

Недостатками этого устройства 1рляются незащищенность от высокочастотных полей,наводимых на линии,, соединяющие тензомост с остальными элементагли устройства, и на линии подачи опорного напряжения от источника питания на аналого-цифровой преобразователь, а также недостаточная точность измерений вследствие того, что опорным напряжением, -подаваемыг на аналого-цифровой преобразователь, является выходное напряжение источника питания, отличающееся от фактического напряжения на входе тензомоста.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тензометрическое устройство, содер

жащее источник питания, подключенный к Her-iy тензомост, первьй ключ, соединенный первым входом с выходом тензомоста, первый интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, первый аналого-цифровой преобразователь,- первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, блок управления, первый

10 выход которого соединен со входом источника питания, второй выход со вторым входом первого интегратора, третий вых.од - со вторым вxoдo . аналого-цифрового преобразователя f2j,

15

Однако у известного устройства недостаточная точность измерения вследствие того, что фактически напряжение на входе тензомоста отличается от выходного напряжения источ20ника питания на величину падения :напряжения на линии, -соединякщсй источник питания со входом тензомоста. Погрешность измерения возникает еще и вследствие влияния на .ре25зультат измерения нестабильности источника питания, так как выходной сигнал известного устройства пропорционален абсолютному значениювыходного сигнала тензомоста, а не его

30 отношению к питающему тензомост напряжению, что соответствовало бы реальному относительному изменению соп ротивлепня тенэорезисторов., Цель изобретения - повьиаение точности из1лерений. Поставленная цель в первом париан те устройства достигается тем, что тенэометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тензомост, первй ключ, соединенный .первым входом с В1лходом тензомоста, первый интегратор,, первы вход которого соединен с выходом пер вого ключа, аналого-цифровой преобра зователь, первый вход которого соединен с выходом первого интеграторгд, блок управления, первый выход которого соединен со входом источни ка питания, второй выход - с вторым входом первого интегратора, третий выход - с вторым входом аналого-циф рового преобразователя, снабжено вторым ключом, первый вход которого соединен со входом тензомоста, и вторым интегратором, первый вход которого соединен с выходом второго ключа, второй вход - с вторым выходом блока управления, а выход с третьим входом, аналого-цифрового преобразователя, ачетвертый выход блока управления соединен со вторыми входами первого и второго ключей Поставленная цель по второму варианту устройства достигается тем, что тензометрическое устройство, содержгицее источник питания, подключенный к нему тензомост, первый аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого соединен с входом источника питания а этороЯ - с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, снабжено вторым аналого-цифровым преобразователем, первый вход которо го подключен ко, второму выходу блока управления, а второй вход - к входу тензомоста, и вычислительным блоком первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход - с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, третий вход - с третьи выходом блока управления, а выход тензомоста подключен ко второму входу первого аналого-цифрового преобра зователя. На фиг. 1 и.2 приведены структурные схемы первого и второго варианJTOB тенэометриче-ского устройства соответственно на фиг. 3 - временные диаграммы работы первого варианта тензометрического устройства. Тензометрическое устройство (фиг содержит источник 1 питания, подключенный к нему тензомост 2, первый ключ 3,, соединенный: первым входом с выходом тензомоста 2,первый интегратор 4, состоящий из операционно го усилителя 5 и параллельно подключенных к нему двух перекидных клю чей б и 7, и интегрирующей емкости 8, первый вход интегратора 4 соединен с выходом первого ключа 3, аналогоцифровой преобразователь (АЦП) 9, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора 4, блок 10 управления, первый выход которого соединен с входом источника 1 питания, второй выходблока 10 управления соединен с вторым-входом первого интегратора, а третий выход - с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 9, Устройство содержит такке:второй ключ 11, первый вход которого соединен с входом тензомоста 2, и второй интегратор 12,состоящий из операционного усилителя 13 и параллельно подключенных к нему двух перекидных .ключей 14 и 15интегрирукхцей емкости 16. Первый вход интегратора 12 соединен с выходом второго ключа 11, второй вход - с вторым выходом блока 10 управления, а выход - с третьим входом аналого-цифрового преобразователя 9, а четвертый выход блока 10 управления соединен со вторыми бхрдами ключей 3 и 11. Устройство работает следуюцим образом. На период t - 13 от источника 1 питания на вход тензомоста 2 поступает первая полуволна питающего напряжения (фиг. За), ключи 6 и 7, коммутирующие емкость 8, и ключи 14 и 15, коммутирующие емкость 16, устанавливаются по сигналу блока 10 управления в нормально замкнутое состояние (НЗ). После окончания переходных процессов в цепях, связанных с тензомостом, в момент времени t на период t,j - tj по сигналу от блока 10 управления замыкаются ключи 3 и 11 (фиг.36). Происходит одновременное интегрирование интегратором 4 первой полуволны выходного напряжения тензомоста, и интегратором 12 - первой полуволны напряжения питания тензомоста (фиг. Зв и Зг) . Вместе с полезными сигналами происходит интегрирование помех и дрейфов нуля операционных усилителей 5 и 13. В момент t включаются ключи 3 и 11, отсоединяя входы интеграторов от тенэомоста, ключи б, 7, 14 и 15 переключаются в нормально разомкнутое состояние (НР), точки подключения емкостей 8 и 16 меняются местами и напряжения на выходах интеграторов меняют знак, В период ц - tpHa вход тензомоста 2 поступает вторая полуволна пита эщего напряжения противоположной полярности (фиг. За). Выходное напряжение тензомоста меняет знак, а энаки ЭДС помех и дрейфов нуля операцпонныХ усилителей сохраняются прежними., После окончания переходных процессов в цепях, связанных с тензомостом, а момент времени t на период t - tj- по сигналу блока 10 управления замыкаются ключи 3 и 11 (фиг. Зб), и продолжается интегрирование соответствующих сигналов в течение периода t - tj-. Результат интегрирования дрейфов нуля операционнных усилителей и ЭДС помех, неизменных по уровню и знаку, в период времени t - ty- равен нулю (фиг.Зд) В момент времени t ключи 3 и 11 размыкаются, входы интеграторов 4 и 12 отключаются от тензомоста 2, и интеграторы продолжают работать в ре жиме запоминания полученного резуль тата. В момент ty по сигналу от блока 10 управления АЦП 9 производит измерение выходного сигнала интегратора 4, используя выходное напряжение интегратора 12 в качестве опорного. После окончания аналого-цифрового преобразования с выхода АЦП 9 снимается .код пропорциональный отношению выходного сигнала тензомоста 2 к фактически питающему тензомост 2 напряжению. Тензометрическое устройство (фиг содержит источник 1 питания/подключенный к нему тензомост 2, первый аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 управления, первый выход которого соединен со входом источника питания, а второй - с первым входом АЦП 9, второй аналого-цифровой преобразователь АЦП 17,. первый вход которого подкл1зчен ко второму выходу блока 10 управления, а второй вход - к входу тензомоста 2, вычисли тельный блок 18, первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход - с выходом второго аналогоцифрового преобразователя 17,третий вход - с третьим выходом блока 10 управления, а выход тензомоста 2 подключен ко второму входу первого аналого-цифрового преобразователя 9 Устройство (второй вариант) работает следуняцим образом. После окончания переходных процессов, связанных с подачей или изменением полярности напряжения пита ния тензомоста 2, по сигналу от бло ка 10 управления происходит одновре менное измерение выходного сигнала тензомоста 2 и напряжения на его вхо де при помощи А1Щ 9 и АЦП 17 соответ ственно. После окончания процесса аналого-цифрового преобразования Л1Щ 9 и АЦП 17, по сигналу от блоха 10 управления цифровой вычислительный блок 18 производит операцию I деления значения выходного кода АЦП 9 на значение выходного кода АЦП 17. Результат деления поступает на выход тензометрического устройства, в виде цифрового кода, пропорционального отношению выходного сигнала тензомоста 2 к фактически питающему тензомост 2 напряжению. Применение предлагаеьюго изобретения позволяет повысить точность измерения что особенно важно при многокальной тензометрии крупных и значительно удаленных от станции измерения объектов. Формула изобретения 1.Тензометрическое устройство, содержащее источник питания., подключенный к нему тензомост, первый ключ, соединенный первым входом с выходом тензомоста, первый ин.тегратор, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, аналогоцифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, блок управления, первый выход которого соединен со входом источника питания, второй выход - с вторим входом первого интегратора, третий выход - с вторым входом аналого-цифрового преобразо- . вателя, отлища ющееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено вторым ключом, первый вход которого соединен со входом тензомоста, и вторым интегратором, первый вход которого соединен с выходом второго ключа, второй вход - с вторым выходом блока управления, а выход - с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый выход блока управления соединен со вторыми , входами первого и второго ключей. 2.Тензометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тензомост, первый ; аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого соединен со входом источника питАния, а второй - с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено вторым ангшого-цифровым преобразователем, первый вход которого подключен ко второму выходу блока управления, а второй вход к входу тензомоста, и вычислительным блоком, первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, третий вход - с третьим выходом блока управления, а выход тензомоста подключен ко второ-.

му входу первого аналого-цифрового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Авторскоесвидетслп.ство СССР

№ 292058, кл. G01 ГЗ 7/16, 1971.

2. Авторскоесвидетельство СССР

№ 572643, кл. G01 В 7/16, 1977 (прототип).

6ыхо8