Многоканальный регистратор деформаций
Владельцы патента RU 2660409:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций. Многоканальный регистратор деформаций, каждый канал которого содержит датчик деформаций в виде тензорезистора, входящего в состав мостовой схемы, аналого-цифровой преобразователь и внутренний источник питания, отличающийся тем, что в каждом канале тензорезистор включен в состав измерительной мостовой схемы Уитстона, дополнительно введен искрозащитный барьер по питанию мостовой схемы Уитстона, состоящий из последовательно соединенных предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, двух двунаправленных стабилитронов, первые выводы которых объединены и соединены со вторым выводом ограничительного резистора и первым выводом балластного резистора, а вторые выводы двунаправленных стабилитронов объединены и соединены с отрицательной клеммой внутреннего источника питания, к положительной клемме которого подключен первый вывод предохранителя, выходы искрозащитного барьера по питанию мостовой схемы Уитстона подключены к одной диагонали мостовой схемы Уитсона, другая диагональ которой подключена к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, также в регистратор введены первый и второй искрозащитные барьеры, вход первого из которых соединен с выходом персонального компьютера, а выход соединен с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, вход второго искрозащитного барьера соединен с соответствующими выводами внешнего блока питания, а выход - с соответствующими входами внутреннего источника питания и соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, причем первый и второй искрозащитный барьер включают в себя предохранитель, первый вывод которого подключен к положительной входной клемме барьера, второй вывод подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами двух двунаправленных стабилитронов, вторые выводы которых объединены и соединены с отрицательной клеммой искрозащитного барьера. Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерений относительных деформаций в области малых амплитудных значений и обеспечение защиты от перехода напряжения питающей сети в цепи, соединяющей регистратор и тензорезисторы. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций.
Известен многоканальный регистратор деформаций «АИДА», содержащий в каждом измерительном канале 16-ти разрядный аналого-цифровой преобразователь и источник питания (см. научно-технический журнал «Датчики и Системы» №8, 2013 год, стр. 46) Регистрация относительных деформаций в нем производится при помощи двухвыводных фольговых тензорезисторов. В качестве датчиков в регистраторе деформаций «АИДА» используются тензорезисторы с номинальным сопротивлением 100, 120, 200 Ом. Тензорезисторы подключаются к регистратору по мостовой схеме.
Вышеуказанный многоканальный регистратор деформаций является наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению и поэтому выбран в качестве прототипа.
Недостатками вышеуказанного многоканального регистратора деформаций «АИДА» являются:
- невозможность проведения измерений в области малых амплитудных значений относительных деформаций,
- отсутствие защиты, ограничивающей величину напряжения питания тензорезисторов.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в измерении относительных деформаций в области малых амплитудных значений и обеспечении защиты, ограничивающей величину напряжения питания тензорезисторов.
Достигаемым техническим результатом является повышение точности измерений относительных деформаций в области малых амплитудных значений и обеспечение защиты от перехода напряжения питающей сети в цепи, соединяющей регистратор и тензорезисторы.
Для достижения технического результата в многоканальном регистраторе деформаций, каждый канал которого содержит датчик деформаций в виде тензорезистора, входящего в состав мостовой схемы, аналого-цифровой преобразователь и внутренний источник питания, новым является то, что в каждом канале тензорезистор включен в состав измерительной мостовой схемы Уитстона (мост Уитстона), дополнительно введен искрозащитный барьер по питанию моста Уитстона, состоящий из последовательно соединенных предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, двух двунаправленных стабилитронов, первые выводы которых объединены и соединены со вторым выводом ограничительного резистора и первым выводом балластного резистора, а вторые выводы двунаправленных стабилитронов объединены и соединены с отрицательной клеммой внутреннего источника питания, к положительной клемме которого подключен первый вывод предохранителя. Выходы искрозащитного барьера по питанию моста Уитстона подключены к одной диагонали моста Уитсона, другая диагональ которой подключена к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя. Также в регистратор введены первый и второй искрозащитные барьеры, вход первого из которых соединен с выходом персонального компьютера, а выход соединен с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, вход второго искрозащитного барьера соединен с соответствующими выводами внешнего блока питания, а выход - с соответствующими входами внутреннего источника питания и соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, причем первый и второй искрозащитный барьер включают в себя предохранитель, первый вывод которого подключен к положительной входной клемме барьера, второй вывод подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами двух двунаправленных стабилитронов, вторые выводы которых объединены и соединены с отрицательной клеммой искрозащитного барьера.
Новая совокупность существенных признаков позволяет проводить измерения относительных деформаций в области малых амплитудных значений относительных деформаций и обеспечивает защиту, ограничивающую величину тока питания тензорезисторов.
Изобретение реализуется схемой, представленной на чертеже.
Каждый канал многоканального регистратора деформации содержит тензорезистор 18, аналого-цифровой преобразователь 1, внутренний источник питания 2, мостовую схему Уитстона 3 и ее искрозащитный барьер по питанию 4, состоящий из последовательно соединенных предохранителя 5, ограничительного резистора 6 и балластного резистора 7, двух двунаправленных стабилитронов 8, 9, первые выводы которых объединены и соединены со вторым выводом ограничительного резистора 6 и первым выводом балластного резистора 7. Вторые выводы двунаправленных стабилитронов 8, 9 объединены и соединены с отрицательной клеммой внутреннего источника питания 2, к положительной клемме которого подключен первый вывод предохранителя 5. Выходы искрозащитного барьера по питанию мостовой схемы Уитстона 4 подключены к одной диагонали моста Уитстона 3. Другая диагональ моста 3 подключена к соответствующим входам (In+, In-) аналого-цифрового преобразователя I.
В регистратор введены два искрозащитных барьера 10, 19, первый 10 из которых является искрозащитным барьером по интерфейсу, а второй 19 - искрозащитным барьером по питанию регистратора. Вход первого искрозащитного барьера 10 соединен с выходом персонального компьютера 11, а выход соединен с соответствующими входами (DATA+, DATA-) аналого-цифрового преобразователя 1 каждого канала. Вход второго искрозащитного барьера 19 соединен с соответствующими выводами внешнего блока питания 12. При этом первый 10 и второй 19 искрозащитный барьер включают в себя предохранитель 13, первый вывод которого подключен к положительной входной клемме барьера, второй вывод подключен к первому выводу резистора 14, второй вывод которого соединен с первыми выводами двух двунаправленных стабилистронов 15, 16, вторые выводы которых объединены и соединены с отрицательной клеммой искрозащитного барьера.
Устройство работает следующим образом.
С внешнего блока питания 12 и персонального компьютера (ПК) 11 подаются напряжение питания и сигналы интерфейса через первый искрозащитный барьер 10 и второй искрозащитный барьер 19 ко входам аналогово-цифровых преобразователей 1 каждого канала. Регистрация относительных деформаций производится тензорезисторами 18, включенными в измерительные каналы по мостовой схеме Уитстона 3, которая выполнена в виде трех резисторов 17 и одного тензорезистора 18. Мост Уитстона может также содержать два тензорезистора 18 и два резистора 17.
Рассмотрим работу одного канала многоканального регистратора деформаций. Входное напряжение с внешнего блока питания 12 через искрозащитный барьер 10 подается на внутренний источник питания 2 моста Уитстона 3, который служит для снижения и стабилизации входного напряжения, а также для гальванической изоляции питания моста Уитстона. Деформация объекта испытания изменяет сопротивление наклеенного на него тензорезистора 18. Изменение сопротивления тензорезистора 18 вызывает изменение напряжения моста Уитстона 3. Изменение напряжения моста Уитстона 3 регистрируется АЦП 1 регистратора и по линиям интерфейса (Data+, Data-) данные значения передаются в компьютер 11. После чего напряжения с каждого моста Уитстона 3 программно пересчитываются в единицы деформации (мкм/м).
В многоканальном регистраторе деформаций искрозащитные барьеры являются идентичными и работают аналогично, следующим образом. В случае перехода напряжения питающей сети на входы питания и интерфейса регистратора максимально возможное входное напряжение на входе каждого барьера 10 составляет 250 B, при подаче которого на барьер 10 происходит стабилизация стабилитронами 15, 16 выходного напряжения барьера 10 на уровне, не превышающем 30 B, до момента разрыва цепи быстродействующим предохранителем 13. Резистор 14 ограничивает ток на входе стабилитронов 15,16, тем самым препятствуя их выходу из строя. Таким образом, обеспечивается стабильная работа регистратора при напряжении сети (250 B) в цепи питания регистратора.
Искрозащитные барьеры по питанию и интерфейсу 10, 19 экранированы от остальных элементов регистратора защитной крышкой, с обеспечением неразборности конструкции.
В многоканальном регистраторе деформаций барьеры 4 по питанию мостов Уитстона 3 работают следующим образом. Максимальное возможное входное напряжение на барьере 4 составляет 30 B. При подаче этого напряжения на барьер 4 происходит стабилизация двумя двунаправленными стабилитронами 8, 9 выходного напряжения барьера 4 на уровне, не превышающем 7,5 B до момента разрыва цепи предохранителем 5 в случае превышения указанного значения. Резисторы 6 и 7 ограничивают ток на входе стабилитронов 8, 9, тем самым препятствуя их выходу из строя. С помощью данных барьеров 4 в каждом канале обеспечивается стабильная работа мостов Уитстона 3 при переходе на напряжение (30 B) в их цепи питания.
С помощью разработанного многоканального регистратора проводились измерения относительных деформаций, которые подтвердили, что новое техническое решение позволяет проводить измерения относительных деформаций, при этом обеспечивает необходимую точность при измерениях в области малых амплитудных значений и безопасность проведения испытаний.
Многоканальный регистратор деформаций, каждый канал которого содержит датчик деформаций в виде тензорезистора, входящего в состав мостовой схемы, аналого-цифровой преобразователь и внутренний источник питания, отличающийся тем, что в каждом канале тензорезистор включен в состав измерительной мостовой схемы Уитстона, дополнительно введен искрозащитный барьер по питанию мостовой схемы Уитстона, состоящий из последовательно соединенных предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, двух двунаправленных стабилитронов, первые выводы которых объединены и соединены со вторым выводом ограничительного резистора и первым выводом балластного резистора, а вторые выводы двунаправленных стабилитронов объединены и соединены с отрицательной клеммой внутреннего источника питания, к положительной клемме которого подключен первый вывод предохранителя, выходы искрозащитного барьера по питанию мостовой схемы Уитстона подключены к одной диагонали мостовой схемы Уитсона, другая диагональ которой подключена к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, также в регистратор введены первый и второй искрозащитные барьеры, вход первого из которых соединен с выходом персонального компьютера, а выход соединен с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, вход второго искрозащитного барьера соединен с соответствующими выводами внешнего блока питания, а выход - с соответствующими входами внутреннего источника питания и соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя каждого канала, причем первый и второй искрозащитный барьер включают в себя предохранитель, первый вывод которого подключен к положительной входной клемме барьера, второй вывод подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами двух двунаправленных стабилитронов, вторые выводы которых объединены и соединены с отрицательной клеммой искрозащитного барьера.
