Цифровое тензометрическое устройство

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и силы в измерительных системах., в которых в качестве первичных преобразователей используются тензорезисторь . Целью изобретения является повьпчение точности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразования . Это достигается тем, что вновь введенные измерительньй и балансирующий блоки 17, 11 позволяют увеличить на один значащий разряд разрядность преобразования, балансирующий регистр 8 совместно с блоком 11 определения полярности баланса, ключами 12 и 13 и нуль-органом 22 предназначены для компенсации первичного рассогласования тензокоста , в измерительном регистре 14 формируется код результата измерения, буферный регистр 20 обеспечивает возможность асинхронной работы регистратора 21 . 4 ил. .l

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (у 4 G 01 В 7/16 0-СОЮЗКА Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

РЮА) :

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС1

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ.ТИЙ (21) 3987525/25-28 (22) 28. 10. 85 (46) 15;08.87. Бюл. У 30 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г.В.Карпенко и Вильнюсский завод злектроизмерительной техники (72) А.И.Корнбл1ом, И.М.Цыгельный, И.В.Пальчикевич, И.П.Абложявичюс и К.Б.Кацов (53) 531.781.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 420868, кл. G 01 В 7/18, 1972.

Авторское свидетельство СССР

У 191839, кл. G 01 В 7/16, 1965. (54) ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОИСТВО (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и силы в измерительных системах., в которых в качестве первичных преобразователей используются тенэорезистор .

Целью изобретения является повьпкение точности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразования. Это достигается тем, что вновь введенные измерительный и балансирующий блоки 17, 11 позволяют увеличить на один значащий разряд разрядность преобразования, балансирующий регистр 8 совместно с блоком

11 определения полярности баланса, ключами 12 и 13 и нуль-органом 22 предназначены для компенсации первичного рассогласования тензомоста в измерительном регистре 14 формируется код результата измерения, буферный регистр 20 обеспечивает воэможность асинхронной работы регистратора 21. 4 ил.

1330453

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и си-. лы в измерительных системах, в которых в качестве первичных преобразователей используются тензорезисторы.

Цель изобретения — повышение точ" ности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразов ания.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фиг.2 пример выполнения блока управления, на фиг.3 — пример выполнения нуль-органа, на фиг.4 — пример выполнения индентичных блоков определения полярности измерения и блока определения баланса.

Цифровое тензометрическое устройство содержит тензомост 1, два плеча которого образованы тензорезисторами 2 и 3, а два других — постоянными резисторами 4 и 5, источник 6 питания, включенный н диагональ питания тензомоста 1, блок 7 управления, канал баланса, выполненный в виде по-. следовательно соединенных балансирующего регистра 8, блока 9 ключей и блока 10 эталонных резистарон, блока

11 определения полярности баланса, первый выход блока 11 определения полярности баланса соединен с ключом 12 коммутации эталонных резисторов, второй выход — с ключом 13 коммутации эталонных резисторов, а третий вы.ход — с первым входом балансирующего регистр@ 8, второй вход которого соединен с первым выходом блока 7 управления, первый вход блока 11 определения полярности б.аланса соединен с первым выходом блока 7 управления, выход блока 10 эталонных резисторов соединен с точкой соединения аналого" вых входов ключей 12 и 13 коммутации эталонных резисторов, канал измерения, выполненный в виде последовательно соединенных измерительного регистра 14, блока 15 ключей и блока

16 эталонных резисторов, .блока 17 определения полярности измерения, первый выход блока 17 определения полярности.измерения соединен с ключом

18:коммутации эталонных резисторов, второй выход — с ключом 19 коммутации эталонных резисторов, а третий выходс первым входом измерительного регистра 14, второй вход которого соеди.— нен с вторым выходом блока 7 управ-. пения, выход блока 16 эталонных ре.зисторов соединен с точкой соединения аналоговых входов ключей 18 и 19 коммутации этапонньгх резисторон,,первый вход блока 17 определения полярности измерения соединен с вторым. выходом блока 7 управления, последовательно соединенные буферный регистр

20 н регистратор 21, первый вход бу" ферного регистра 20 соединен с выходом измерительного регистра 14, второй вход — с третьим ныходом блока 1

7 управления, а третий вход — с первым выходом блока 17 определения полярности измерения, нуль-орган 22, включенный в измерительную диагональ тенэамоста 1, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока 7 управления, а выход — с вторыми входами блока 11 определения полярности балайса и блока 17 определения полярности измерения, вершина измерительной диагонали тензамоста 1, объеди-, 25 няющая постоянные резисторы 4 и 5, соединена с аналоговыми входами бло ков 9 и 15 ключей, выход ключа 18 коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали пи3Q тания тензомоста 1, выход ключа 13 коммутации эталонных резисторов соединен с. второй вершиной диагонали пи-. тания тензомоста i, выход ключа 12 коммутации эталонных резисторов сое35 динен с первой вершиной диагонали питания тензамоста 1, выход ключа 19 коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тенэомоста 1.

Блок 7 упранления выполнен, например, н виде последовательно соединенных генератора 23 тактовых импульсов, первого счетчика 24, четырехнходовой

45 схемы И 25 и первого дешифратора 26, последовательно соединенных первого триггера 27, первой двухвходовой схемы И 28 и второго счетчика 29, выход которого подсоединен к первому де5п шифратору 26, последовательно соединенных второго триггера 30, второй двухнходовой схемы И 31, третьего триггера 32, третьего счетчика 33 и второго дешифратора 34, выход четы55 рехвходовай схемы И 25 соединен также с втарым дешифратором 34, выход первого сМтчика 24 соединен также с входами второго 29 н третьего 33 счетчиков.

1330453

Нуль-орган 22 выполнен, например, в виде последовательно соединенных первого ключа 35, первого усилителя

36, второго ключа 37 и второго усилителя 38, инвертора 39, выход которого соединен с вторым входом, второго ключа 37, компаратора 40, вход которого соединен с выходом первого усилителя 36, третьего ключа 41, первый вход которого соединен с выходом первого клдча 35, а второй вход — с выкодом инвертора 39, конденсатора 42, включенного между выходом второго ключа 37 и шиной "Земля", выход второго усилителя 38 соединен с вторым входом первого усилителя 36. Блоки

11 и 17 определения полярности баланса и измерения соответственно выполнены, например, в виде последователь- 2п но соединенных первой схемы И 43, триггера 44, второй схемы И 45 и схемы ИЛИ 46, последовательно соединенных инвертора 47 и третьей схемы И

48, выход которой соединен с вторым входом схемы ИЛИ 46.

Цифровое тензометрическое устройство работает в двух режимах.

Режим балансировки.

Выполнение операции баланса (ком- Зу> пенсации первичного рассогласования тензомоста 1) производится перед началом работы устройства в измерительном режиме. При этом считается, что внешнее воздействие на тензомост 1 равно нулю.

Тензомост 1 рассогласован и между точкой соединения постоянных резисторов 4 и 5 и точкой соединения тензорезисторов 2 и 3 имеет место ненуле- 40 вая разность потенциалов, обозначенная как Ч, — и приложенная к дифференциальным входам нуль-органа. С первого выхода блока 7 управления на второй вход балансирующего регистра 4>

8 передается серия последовательно сдвинутых на один период импульсов, управляющих работой балансирующего регистра 8, а также блока 11 определения полярности баланса. Первый из этой серии импульс осуществляет сброс балансирующего регистра 8. В результате непосредственно перед балансом все ключи из блоков 9 и 15 ключей отключены и состояние тензомоста 1 определяется только его элементами 2-5 °

Напряжение ц, -су несет полную информацию как о величине, так и о полярности первичного рассогласования тензомоста 1. Следующий импульс ср рии по состоянию нуль-органа 22 пере- . водит блок 11 определения полярности баланса в состояние, соответствующее полярности рассогласования. В частности, в случае положительного на-.. чального рассогласования состояние блока 11 определения полярности баланса не изменяется (на его первом выходе устанавливается логический

"О", на втором выходе — логическая

%111! )

Ключ 12 коммутации эталонных резисторов выключен, а ключ 13 включен, поэтому далее B процессе уравновешивания тензомоста 1 при срабатывании блока 9 ключей эталонные резисторы блока 10 подключаются параллельно постоянному резистору 5. В случае же отрицательного рассогласования на первом выходе блока определения полярности баланса устанавливается логическая "1", а на втором выходе логический "О", в результате чего включается ключ 12 и выключается ключ

13. При уравновешивании тензомоста 1 эталонные резисторы блока 10 подклю" чаются параллельно резистору 4. При этом балансирующий регистр выполняет функцию регистра последовательного приближения.

Сигнал на третьем выходе блока 11 определения полярности баланса тождественно совпадает с сигналом нуль-органа 22 в случае, если зафиксирована положительная полярность рассогласования, и является его инверсией в случае отрицательной полярности.

Нуль-орган 22 в рабочие периоды фиксирует полярность отклонения напряжения от нуля и вырабатывает сигнал логического уровня (логический

"О", если ч, †(p <О и логическую

"1", если q, — cp О), который преобразуется блоком 11 определения полярности баланса и используется балансирующим регистром 8.

В конце цикла баланса параллельно одному из резисторов 4 и 5 (в зависимости от йолярности первичного рассогласования тензомоста 1) оказывается подключенной такая комбинация эталонных резисторов блока 10, которая с точностью до дискретности набора уравновешивает тензомост 1, т.е. с, -ц>,"= О. В дальнейшем состояние балансирующего регистра 8, а также управляемого им блока 9 ключей остается пос1330453

1 <, Rc

1 <г с

К,, = Кс 4 <+ Rc 8

Rc l0

Rгq Rc

R, =R, ° 80

Цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензомост, два плеча которого образованы тензорезисторами, а два других — постоянными резисторами, источник питания, включенный в диагональ питания тензомоста, два канала уравновешивания, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных блока ключей и блока эталонных резисторов с двумя ключами коммутации, блок управления и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено включенным двумя входами в

;измерительную диагональ тенэомоста тоянным, а тензомост 1 — уравновешенным относительно внешнего воздействия.

Режим измерения.

Исходное состояние моста — уравновешенное относительно внешнего воздействия Х. Пусть в момент времени с внешнее воздействие скачком возрастает от Х до нуля. Напряжение с, — с, также скачком возрастает от нуля до

П . Блок 7 управления генерирует на 10 втором выходе последовательность импульсов, которые управляют работой измерительного регистра 14.

По первому импульсу блок 17 определения полярности измерения фиксиру- 15 ет имеющую место полярность рассогласования тензомоста 1. При этом на первом и втором выходах блока 17 определения полярности измерения устанавливаются логические уровни, под 20 действием которых ключи 18 и 19 коммутируются таким образом, что эталонные резисторы блока 15 ключей подключаются параллельно резистору 5 (при положительном рассогласовании) или к резистору 4 (при отрицательном рассогласовании). В процессе уравновешивания тензомоста 1 состояние измерительного регистра 14 устанавливается таким, что комбинация эталонных ре- 30 зисторов блока. 15 ключей, подключенных к одному из постоянных резисторов

4 и 5, уравновешивает тензомост 1 с точностью цо дискретности этого набора. 35

Пусть сопротивление постоянных резисторов, 4 и 5 (плечи сравнения) равно R„, а сопротивление эталонного резистора блока 15 ключей старшего разряда равно Rc. Тогда диапазон измере- 40 ния цифрового тензометрического устройства D определяется из соотношения

R и

0 = + — — — -(М вЂ” 1)

R M"

1 с 45 где М вЂ” основание принятой системы счисления, n — числа разрядов (декад) преобразователя.

Практический интерес представляют, случаи M = 2 (двоичное представление результата) и М = 10 (двоично" десятичное представление результата).

Для M = 2 значения сопротивлений эталонных резисторов 4 и 5 выбирается 55 из ряда

Rc

Rc с

Для М = 10 (при двоично-десятичном представлении) К„ = К ° 10 2 где п — номер декады, ш — номер разряда в декаде.

В измерительном регистре 14 завершается формирование кода двоичного числа, пропорционального внешнему воздействию Х (или обусловленному этим воздействием рассогласованиюмоста). После завершения преобразования на синхронизирующий вход буферного регистра 20 с третьего выхода блока 7 управления поступает импульс, по фронту которого информация с выхода измерительного регистра 14, а также информация о полярности с первого выхода блока 17 определения полярности измерения фиксируется регистром 20. С выхода буферного регистра 20 информа- ция передае тся на вход регистратора 21 .

После фиксирования информации в буферном регистре 20 происходит сброс измерительного регистр а 14, в результате чего все эталонные резисторы блока 15 ключей отключаются, тензомост 1 возвращается к рассогласованию, имевшему место до начала цикла измерения. После этого цикл измерения завершается и устройство готово к выполнению следующей операции измерения.

Формула изобретения

У 1ЗЗ нуль-органом, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, размещенными в первом канале уравновешивания последовательно соединенными измерительным регистром, выход которого соединен с управляющим входом первого блока ключей, а вход— с вторым выходом блока управления и буферным регистром, выход которого соединен с входом регистратора, блоком определения полярности измерения, первый вход которого соединен с вторым выходеы блока управления, а первый выход блока определения полярности соединен с управляющим входом первого ключа коммутации эталонных резисторов и с вторым входом буферного регистра, второй выход — с управляющим входЬм второго ключа коммутации эталонных резисторов, а третий выход — с вторым входом измерительного регистра, балансирующим регистром, размещенным во втором канале, вход которого соединен с. третьим выходом блока управления, а выход — с управляющим входом второго блока ключей, блоком определения полярности бапанса, первый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход блока определения полярности баланса соединен с управляющим входом третьего ключа коммутации эталонных резисторов, Второй выход — с управляющим входом четвертого ключа

0453 коммутации эталонных резисторов, а третий выход — с вторым -Фйфдом балансирующего регистра, верщкйй измерительной диагонали тензомоста, объе5 диняющая постоянные резисторы, соединена с аналоговыми входами блоков ключей, выход блока эталонных резисторов первого канала подсоединен к точке соединения аналоговых входов первого и второго ключей коммутации эталонных резисторов, выход первого ключа коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали питация тензомоста, выход второго ключа коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тензомоста, выход блока эталонных резисторов второго канала подсоединен к точке соединения аналоговых входов третьего и четвертого ключей коммутации эталонных реэистдров, выход третьего ключа кеФйутации эталонных резисторов соединен с первой

25 вершиной диагонали питания тензомоста, выход четвертого ключа коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тенэомоста, четвертый выход блока управледб ния соединен с третьим входом буферного регистра, а выход нуль-органа соединен с вторьмк входами блока определЖия полярности измерения и блока определения полярности ба. ланса.

1330453 д1

«1

Составитель В.Писаревскьж

Техред И.Попович

Корректор Л. Пилипенко

Редактор A. Ревин

Тираж 676

ВНИПТИ Государственного комитета СССР по делаи изобретени:? B QTKpblTHH

113035, Москва., Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3570/42

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие„ г. Ужгород, ул. Проектная, 4