Интегрирующий преобразователь разбалансатензомоста b частоту следованияимпульсов

 

<>828097

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (01) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 19.06.79 (21) 278)571j)8-21,51) М,Кл,з 6 01 К 17/10 с присоединением заявки— (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень ¹ 17 (45) Дата опубликования описания 20.06.81

Гаоударстоенный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.733 (088.8) (72) Авторы изобретения Н. В. Громков, С. Б. Шахов, 3. К. Шахов и В. М. Щляндин (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ

РАЗБАЛАНСА ТЕНЗОМОСТА В ЧАСТОТУ

СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЪСОВ

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть исгользовано в измерительных системах н системах контроля и управления, исполь=ующих тензометрические датчики различных физических величин с мостовой измерительной цепью.

Известны интегрирующие преобразователи разбаланса тензомоста в частоту следования импульсов, представляющие сооой сочетание измерительной цепи в виде мостоьой схемы, питаемой от источника постоянного тока или напряжения, и преобразователя напряжения в частоту (ПНЧ) импульсов с импульсной обратной связью, причем для устранения погрешности от дрейфа нуля ПНЧ выходное напряжение тензомоста используется как модулирующее в модулячоре, переключаемом с частотой следования выходных импульсов ПНЧ (1).

Недостатками подобных преобразователей является: 1) влияние нестабильности напряжения (тока) питания тензомоста на точность преобразования; 2) влияние нестабильности вольт (или ампер)секундной площади импульсов обратной связи на точность преобразования; 3) влияние коммутационных выбросов и остаточных параметров модулятора на точность преобразования.

Из известных интегрирующих преобра"-ователей разбаланса тензомоста в частоту следования импульсов наиболее близким по технической сущности является преобра6 зователь, в состав функциональной схемы которого входят тензомост, дифференциальный усилитель, интегратор, блок сравнения (2).

Недостаток устройства — большое чис)0 ло параметров элемйтов, входящих в функнню преобразования, т. е. элементов, нестабильность параметров которых входит в результирующую погрешность.

Цель изобретения — повышение точносl5 тн преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что г известный преобразователь, содержащий тснзомост, дифференциальный усилитель, госледовательно включенные интегратор н

20 блок сравнения, введены два коммутируемых источника тока, две дифференцирующие RC-цспн и синхронизируемый мульти,шбратор, причем выход блока сравнения годключен к входу синхронизации синхро25 ннзируемого мультивнбратора, протнвофазныс выходы которого соединены с управляющиMè входами коммутируемых источников тока, выходы последних соединены с одной нз вершин питающей диагонали тензомоста и через первую дифференцирую828097

ill(Р1 — I -+1

Р= (2) r„e

50 (Й (3) и того, что

0,5Рт+ lо Со i Roi (1 я) 4я1Я, Т, +

О 5R I-оС„2Р .,(1

= О, (5) S=0,g R I-CpgRpg(1+в), щую КС-цепь с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, вторая вершина питающей диагонали тензомоста соединена через вторую дифференцирующую

1 С-цепь с неинвертирующим входом усилителя интегратора и выходом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого через измерительную диагональ тензомоста связан с входом интегратора.

Функциональная схема преобразователя приведена на фиг. 1, а временные диаграммы — на фиг. 2. В состав преобразоватсля входят: тензомост 1, дифференциальный усилитель 2, последовательно соединенныс интегратор 8 и блок сравнения 4, два коммутируемых источника тока 5 и б, дпфф ренцирующие RC-цепи 7, 8 и ссинхронсизируемый мультивпбратор 9. При этом выход блока сравнения 4 соединен с входом син:ронизации мультивибратора 9, противофазные выходы которого соединены с управляющими Входами коммутируемых источников тока б и б, ьыходы последни,< соединены с одной из вершин питающей диагонали тензомоста I и через первую диффсренцирующую RC-цепь 7 с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 2, вторая вершина питающей диагонали тснзомоста соединена через вторую дифференц ирующую RC-цепь 8 с неинвертирующим входом усилителя интегратора ." и выходом дифференциального усилителя

2, инвертирующий вход которого через измерительную диагональ тензомоста 1 связан с входом интегратора 8.

Врсменныс диаграммы, поясняющие работу схемы, приведены на фиг. 2. В момент времени / после очередного срабатывания блска сравнссн.я 4 снн ;ронпзируемый мультнвибратср 9, изменяя полярность напряжений на сьоих выходах, включает источник тока,5 и выключает источник тока б, ем самым изменяя направление тока, питающего тснзомост. Благодаря включению одного из плеч тензомоста 1 в цепь отрицательной обратной связи дифференциальпс.го усилителя 2, обеспечивается возможность «Потенциально заземлить» одну из вершин (левую на фиг. 1) измерительной диагонали тензомоста l. Это позволяет исключить необходимость дифференциального усилителя в тракте преобразования разбаланса тензомоста 1 (как это имеет место в прототипе) и подключить измерительную диагональ непосредственно к входу интегратора 8.

Включение источника тока 5 приводит и смене полярности напряжения Uz на выходе тензомоста 1, а также к формированию на неинвертирующем входе усилителя постоянного тока (УПТ) интегратора импульса, площадь которого очевидно равна где R, — — номинальное значение сопротивления одного плеча тензомоста;

1о — значспнс тока источника тока б;

Cp, — емкость дозирующего конденса-.ора;

/ о, — сопротивление резистора, включс нного параллельно неивертирующему входу интегратора; е — величина относительного разбаланса тснзомоста.

По отношению к напряжению, действующему па неинвертирующий вход УПТ интсгратора, последний имеет передаточную функцию вида

RJ — сопротивление суммирующего резистора; ф— смкость в цепи обратной связи интегратора; Ij o„— сопротивление соединптельцых проводов между датчиком и преобразователем. С учетом формулы (2) ьоздсйствие импульса площадью S на непквертирующий вход УПТ интегратора приведет к приращению напряжения на выходе интсграгора, равному

S i".,Жт -С 11о;(1- -)

Согласно временной диаграмме, изображенной, на фиг. 2, положительное приращение Л(/а напряжения на выходе интегратора компенсируется отрицательным приращением, вызванным воздействием напря40 жения разбаланса тензомоста.

В момент времени I, (на фиг. 2 не показано) сработает блок сравнения 4 и далее г,роцессы в схеме повторяются с той лишь разницей, что все импульсы поменяют свою

45 полярность на противоположную.

В момент времени I, справедливо уравнение с1 у . у- 0,5!?,/о,Со Rо (1 — я)

С учетом формулы

U = 4е1Л„п ол учи м

50 где Т» Т, — полупериоды напряжения на выходе интегратора.

Принимая во внимание, что Т,=1 и решая уравнение .(5) относительно выходной

828097

10 (6) f=f,+

С01г C02h 0

Iy

I частоты f = 1/(Т1-1- Т2), получим функцию преобразования в виде

4=C„2Я,2+С„, К0,;-=-(С,,,а0. — С0, К,, Учитывая, что е (С0ф02 — C017I „) — величина второго порядка малости (так как

С027 02 СО 1 01) где 1 0 — начальная частота преобразователя, соответствующая начальному относи- 15 тельному разбалансу тензомоста, равНОМУ Е0.

Из формулы (6) видно, что по сравнеIiHIo с устройством-прототипом, в функцию преобразования предлагаемого устройства 20 входит минимально возможное число параметров элементов схемы, что обусловливает существенное уменьшение мультипликативной погрешности преобразования. Аддитивная погрешность за счет дрейфа нуля 25 полностью исключается благодаря наличию разделительной емкости С в тракте преобразования. При наличии Ср возможно «за сыпание» схемы. Для устранения этого служит синхронизируемый мультивибратор, З0 который при «засыпании» схемы дает первый толчок и возобновляет режим автоколебаний всей схемы.

Формула изобретения

Интегрирующий преобразователь разбаланса тензомоста в частоту следования импульсов, содержащий тснзомост, дифференциальный усилитель, последовательно включенные интегратор и блок сравнения, отличающийся тем, что в него, с целью повышения точности, введены два коммутируемых источника тока, две диффереп11ирующие RC-цепи и синхронизируемый мультивибратор, причем выход блока сравнения соединен со входом синхронизации синхронизируемого мультивибратора, противофазные выходы которого соединены с управляющими входами коммутируемых источников тока, выходы последних соединены с одной из вершин питающей диагонали тензомоста и через первую дифференцирующую RC-цепь с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, вторая вершина питающей диагонали тензомоста соединена через вторую дифференцпрующую RC-цепь с неинвертирующим входом усилителя интегратора и выходом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого через измерительную диагональ тензомоста связан с входом интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Мартяшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерений. М., «Энергия», 1976, с. 99.

2. Мартяшин А. И. и др. Преобразовате:IH электрических параметров для систем контроля и измерений. М., «Энергия», 1976, с. 287 (прототип).

828097

Pyg 7

Составитель И. Бахтина

Техред И. Заболотнова

Редактор Л. Ушакова

1(орркстор И. Осиновская

Заказ 576/515 Изд. ¹ 355 Тираж 749 1!одписное

HI1Q «11оиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Т1атент»

I т

II