Институт проблем прочности АН Украинской (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к изиерительной технике, а именно к измерительным устройствам для измерения механических деформаций.

Известно тензометрическое устройство, содержащее тензомост, подключенный к нему источник переменно-. го 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 ,ггвляются незащищенность от высокоча тотных полей, наводимых на линии,, соединяющие тензомост с остальными элементами устройства, и на линии подачи опорного напряжения от источника питания на аналого-цифровой преобразователь, а также недостаточная точность измерений вследствие того, что опорным напряжением, подаваемыи на аналого- цифровой преобразователь, является выходное напряжение источника питания, отличающееся от фактического напряжения на входе тензомоста.

Наиболее близкигл к изобретению по технической сущности является тензометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тенэомост, первый ключ,. соединенный первым входом с выходогл тензоглоста, 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 выход которого соединен со входом источника питания, второй выходсо вторым входом первого интегратора, третий выход вЂ” со вторым входом аналого-цифрового преобразователя f2) .

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

ЗО отношению к питающему тензомост нап974109 ряжеш ю, что соответствовало бы реальноглу относительному иэглеиению сопротивления тенэорезисторов.

Цель изобретения вЂ” повыиение точности измерений.

Поставленная цель в первом вариан- 5 те устройства достигается тем, что тенэометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тензомост, первй ключ, соединенный .первым входом с выходом тенэомоста, первый интегратор, первый вход которого соединен с выходом первого к »oча, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора, блок управления, первый выход которого соединен со входом источника питания, второй выход вЂ” с вторым входом первого интегратора, третий выход вЂ” с вторым входом аналого-цифроэого преобразователя, снабжено вторым ключом, первый вход которого соединен со входом тензомоста, и вторым интегратором, первый вход которого соединен с выходом второго ключа, второй вход вЂ” 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.

Поставленная цель ио второму варианту устройства достигается тем, что тенэометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тенэомост, первый ана- 35 лого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которого соединен с входом источника питания, а второй - с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, 4П снабжено вторым аналого-цифровым преобразователем, первый вход которого подключен ко второму выходу блока управления, а второй вход - к входу тензомоста, и вычислительным блоком, 45 первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход - с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, третий вход вЂ” c третьим выходом блока управления, а выход тензомоста подключен ко второму входу первого аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 и.2 приведены структурные схемы первого и второго вариан тов тенэометрического устройства соответственно," на фиг. 3 - врегленные диаграммы работы первого варианта тенэометрического устройства.

Тензоглетрическое устройство (фиг.1 6О содержит источник 1 питания, подключенный к нему тензомост 2, первый ключ 3, соедиченный первым входом с выходом тенэомоста 2, первый интегратор 4, состоящий иэ операционно-65

zo усилителя 5 и параллельно подключенных к нему двух перекидных клю чей 6 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 входогл источника 1 питания, второй выход блока 10 управления соединен с вторым входом первого интегратора, а третий выход вЂ” с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 9.

Устройство содержит также второй ключ 11, первый вход которого соединен с входом тензомоста 2, и второй интегратор 12, состоящий иэ операционного усилителя 13 и параллельно подключенных к нему двух перекидных ключей 14 и 15 интегрирующей емкости 16, Первый вход интегратора 12 соединен с выходом второго ключа 11, второй вход вЂ” с вторым выходом блока 10 управления, а выход вЂ” с третьим входом аналого-цифрового преобразователя 9, а четвертый выход блока 10 управления соединен со вторыми

Входами ключей 3 и 11.

Устройство работает, следующим образом.

На период t вЂ” t от источника 1

4 питания на вход тенэомоста 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 г. - g IIQ сигналу от блока 10 управленйя замыкаются ключи 3 и 11 (фиг.Зб) .

Происходит одновременное интегрирование интегратором 4 первой полуволны выходного напряжения тенэомоста, и интегратором 12 вЂ” первой полуволны напряжения питания тенэоглоста (фиг. Зв и Зг) . Вместе с полезными сигналами происходит интегрирование помех и дрейфов нуля операционных усилителей 5 и 13.

B момент t включаются ключи 3 и 11, отсоединяя входы интеграторов от тензомоста, ключи 6, 7, 14 и 15 переключаются в нормально раэомкнутое состояние (HP), точки подключения емкостей 8 и 16 меняются местами и напряжения на выходах интеграторов меняют знак, В период - на вход тенэомос= та 2 поступает вторая полуволна питающего напряжения противоположной полярности (фиг. За). Выходное напряжение тенэомосra меняет знак а эна974109

10 ки ЭДС помех и дрейфов нуля операционных усилителей сохраняются прежними.

После окончания переходных процессов в цепях, связанных с тензомостом, а момент времени t4 на пе5 риод С - t< по сигналу блока 10 управления замыкаются ключи 3 и 11 (фиг. Зб), и продолжается интегрирование соответствующих сигналов в течение периода t> - t . Результат интегрирования дрейфов нуля операци оннных усилителей и ЭДС помех, неизменных по уровню и знаку, в период времени t< - t. равен нулю (фиг.Зд).

В момент времени с ключи 3 и 11 15 размыкаются, входы интеграторов 4 и 12 отключаются от тензомоста 2, и интеграторы продолжают работать в режиме запоминания полученного результата. В момент t< по сигналу от бло- 20 ка 10 управления АЦП 9 производит измерение выходного сигнала интегратора 4, используя выходное напряжение интегратора 12 в качестве опорного. После окончания аналого-циф- 25 рового преобраэбвания с выхода.АЦП 9 снимается .код пропорциональный отношению выходного сигнала тензомоста 2 к фактически питающему тенэомост 2 напряжению.

ЗО

Тензометрическое устройство (фиг. 2) содержит источник 1 питания, подключенный к нему тенэомост 2, первый аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 управления, первый выход которого соединен со входом источника 1 питания, а второй вЂ” с первым входом АЦП 9, второй аналого-цифровой преобразователь АЦП 17,, первый вход которого подключен ко второму выходу блока 10 управления, а второй вход - к входу тензомоста 2, вычислительный блок 18, первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй вход вЂ” с выходом второго аналого- 45 цифрового преобразователя 17,третий вход вЂ” с третьим выходом блока 10 управления, а выход тенэомоста 2 подключен ко второму входу первого аналого-цифрового преобразователя 9.

Устройство (второй вариант) работает следующим образом.

После окончания переходных про- цессов, связанных с подачей или изменением полярности напряжения питания тензомоста 2, по сигналу от блока 10 управления происходит одновременное измерение выходного сигнала тензомоста 2 и напряжения на его входе при помощи АЦП 9 и АЦП 17 соответственно. После окончания процесса аналого-цифрового йреобраэования

AIJJI 9 и АЦП 17, по сигналу от блоКа 10 управления цифровой вычисли,тельный блок 18 производит операцию 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 сигнавЂ” ла тенэомоста 2 к фактически питающему тензомост 2 напряжению.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить точность измерения» что особенно важно при многокальной тенэометрии крупных и значительно удаленных от станции измерения объектов.

Формула изобретения

1. Тенэометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тензомост, первый ключ, соединенный первым входом с выходом тензомоста, первый интегратор, 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 вЂ” с вторым входом первого интегратора, третий выход вЂ” с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, о т л и щ а ю щ е е с я 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 второro ключа, второй вход вЂ” с вторым выходом блока управления, а выход вЂ” с третьим входом аналого-цифрового ïðåобраэователя, а четвертый выход блока управления соединен со вторыми входами первого и второго ключей.

2. Тензометрическое устройство, содержащее источник питания, подключенный к нему тенэомост, первый аналого-цифровой преобразователь, блок управления, первый выход которОго соединен со входом источника питания, а второй вЂ” с первым входом первого аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено вторым аналого-цифровым преобразователем, первый вход которого подключен ко второму выхо-. ду блока управления, а второй вход-! ! к входу тензомоста, и вычислительным блоком, первый вход которого соединен с выходом первого аналого-цифрового преобразователя, второй входс выходом второго аналого-цифрового преобразователя, третий вход вЂ” с третьим выходом блока управления, а выход тензомоста подключен ко второ;

974109 му входу первого аналого-цифрового преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское

М 292058, кл. G

2. Авторское

Р 572643, кл. G

5 (прототип) . свидст .пьсгво СССР

01 Б 7/16, 1971. свидетсльство СССР

01 В 7/16, 1977

Тензометрическое устройство (его варианты)

Устройство для измерения остаточных напряжений плоских и кольцевых образцов // 974107

Тензометрическое устройство // 974106

Тензометрическое устройство // 974105

Устройство для определения накопленных усталостных повреждений конструкций // 970092

Высокотемпературный тензорезистор // 970091

Преобразователь деформаций // 970090

Тензометрическое устройство // 970089

Устройство для наклейки тензорезисторов // 968597

Датчик для измерения размеров раскрытия трещин в изделиях // 968596

Устройство для контроля деформации и способы его использования в механических структурах, подвергающихся напряжению // 2110044

Изобретение относится к измерению и контролю напряжений в конструкциях любого типа

Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах // 2110766

Устройство для измерения деформации конструктивного элемента (варианты) // 2116614

Способ определения изгибной жесткости объектов из композиционных материалов // 2120120

Изобретение относится к испытательной технике и имеет целью повышение точности способа определения изгибной жесткости объектов, изготовленных из композиционных материалов

Устройство для измерения деформаций конструкций из композиционных материалов при повышенных температурах // 2149352

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения деформаций конструкций летательных аппаратов при испытаниях на прочность

Многоканальное тензометрическое устройство // 2157961

Изобретение относится к области автоматизации процессов взвешивания, дозирования и испытания материалов

Пьезопленочный датчик многократного применения для измерения динамических деформаций // 2160428

Изобретение относится к средствам измерения динамической деформации, измеряющим динамическое деформируемое состояние инженерных конструкций

Датчик перемещения // 2165068

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам, контролирующим перемещение деталей машин, и может быть использовано в системах контроля машинами и оборудованием

Датчик для измерения натяжения анкера // 2169901

Способ изготовления прецизионного фольгового резистора // 2182381

Изобретение относится к электрорадиотехнике, а в частности к технологии изготовления прецизионных фольговых резисторов, а также может быть использовано при изготовлении резисторов широкого применения