Цифровое тензометрическое устройство

СОНИ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (И) 4(51) С 01 С 3/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСЛНИК ИЗ 0 БРСтеНИ аленой ого Красй инстиство СССРво СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Одесский ордена Трудоного Знамени политехническтут(54)(57) ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тенэодатчиков и декодирующего преобразователя, соединенных с генератором сигна:лов, а к выходу - вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора уровней, реверсивный счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный число- импульсный преобразователь, включающий в себя два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы которого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразного напряжения подключен к выходу генератора сигналов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью новьппения быстродействия и перегрузочной способности эа счет дискретной адаптации его канала усиления и промежуточного число-импульсного преобраэо-вателя к величине сигнала разбаланса в него введены управляемые усилитель и делитель частоты, причем вход управляемого усилителя соединен с выходом схемы выборки и хранения, а его выход - с вторыми входами компараторов, счетный вход управляемого делителя частоты подключен к выходу высокочастотного генератора, а его выход - к входам логических элемен" тов И, управляющие входы управляемых усилителя и делителя частоты соединены с выходами анализатора уровней.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при динамических измерениях веса, усилий, деформаций и т.п. 5Известно цифровое устройство для тенэометрирования динамических процессов, содержащее тензодатчики и следящий автокомпенсатор, включающий фаэочувствительный нуль-орган, два выхода которого управляют реверсом счетчика, поразрядно связанного с декодирующим преобразователем, а третий подключен к входам анализаторов15 уровней, управляющих через комбинационную логическую схему весовым коэффициентом импульсов, поступающих на различные входы счетчика Я .Недостаток известного устройства заключается в низком быстродействии вследствие того, что эа цикл преобразования в счетчик поступает только один импульс.Наиболее близким к предлагаемому является цифровое тенэометрическое устройство, содержащее тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тенэодатчиков и декодирующего преобразовате 30 ля, соединенных с генератором сигналов, а к выходу - вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора З 5 уровней, реверсивный счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный число- импульсный преобразователь, включающий два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы ко торого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразных напряжений подключены к выходу генератора сигналов 2 . Однако данное устройство характеризуется недостаточными скоростью измерений и перегрузочной способнос тью при широком динамическом диапазоне измеряемых сигналов, что ограничивает область его применения. Цель изобретения - повышение быстродействия и перегрузочной способности устройства эа счет дискретной адаптации его канала усиления и промежуточного число-импульсного преобразователя к величине сигнала разбаланса.Поставленная цель. достигается тем, что в цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензодатчик и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тензодатчикови декодирующего преобразователя, соединенных с генератором сигналов, а квыходу - вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к вхоу анализатора уровней, реверсивный счетчик, поразрядносоединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный число-импульсный преобразователь, включающийв себя два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельносвязанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы которого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразного напряжения подключены к выходу генератора сигналов, введены управляемые усилитель и делитель частоты, причем вход управляемого усилителя соединен с выходом схемы выборки и хранения, а его выход - с вторыми входами компараторов, счетный вход управляемогоделителя частоты подключен к выходувысокочастотного генератора, а его выход - к входам логических элементов И, управляющие входы управляемых усилителя и делителя частоты соединены с выходами анализатора уровней. На чертеже представлена функцио"нальная схема устройства.Устройство содержит генератор 1 сигналов, тензодатчики 2, цифровой автокомпенсатор, в состав которого входят фазочувствительный нуль-орган 3, схема 4 выборки и хранения, реверсивный счетчик 5, декодирующийпреобразователь 6 и анализатор 7уровней, оценивающий величину напряжения на .выходе схемы 4 и состоящий,например, из ряда триггеров ШмиттаЦифровое тензометрическое устройство работает следующим образом,Измеряемый сигнал с выходов тензодатчиков 2 и компенсирующее напряжение с выхода декодирующего преобразователя 6 поступают на фазочувствительный нуль-орган 3, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональное входному разбалансу.Вначале по сигналу управления выходное напряжение нуль-органа 3 "за 50 3 1137 с различными порогами срабатывания и комбинационной логической схемы, вырабатывающей выходные сигналы в зависимости от количества сработавших триггеров. В цифровой автокомпенсатор входит также промежуточный преобразователь усиленного сигнала вход- ного разбаланса в число-импульсный код, имеющий логические элементы И 8 и 9, высокочастотный генератор 10, генерирующий импульсы при наличии сигнала запуска на его входе, ,формирователь 11 пилообразных напряжений, с выходов которого поступают разнополярные пилообразные напряжения на компараторы 12 и 13 для пре - образования во временной интервал выходных сигналов недокомпенсации и перекомпенсации.правляемый усилитель 14 с выхо да которого на входы компараторов 12 и 13 поступает усиленное напряжение схемы 4, предназначен для изменения величины усиления выходного разбаланса, осуществляемого, например, путем коммутации ключами различных резисторов в цепи обратной связи усилителя (не показаны) по сигналам, поступающим на его входы управления.30С выхода генератора 10 импульсы высокой частоты поступают на счетный вход управляемого делителя 15 частоты, предназначенного для адаптации промежуточного преобразователя. Коэффициент деления частоты этого делителя определяется комбинацией сигналов на его управляющих входах, которые объединены с соответствующими выходами анализатора 7 и входами управления усилителя 14 так, чтобы произведение коэффициента усиления сигнала раэбаланса на частоту импульсов заполнения, поступающих с делителя 15 на элементы И 8 и 9, было постоянно при любом выходном состоянии анализатора 7. 322 4 поминается" схемой 4. В зависимостиот величины этого напряжения на выходе анализатора 7 формируется комбинация управляющих сигналов, которая устанавливает соответствующие коэффициенты усиления усилителя 14 и коэффициент деления частоты делителя 15.Затем на входы формирователя 11 и генератора 10 поступает сигнал запуска. С этого момента выходное напряжение схемы 4, усиленное усилителем 14, преобразуется в число-импульсный код. Временный интервал, полученный в результате сравнения на компараторах 12 и 13 укаэанного напряжения с разнополярными пилообразными напряжениями, заполняется импульсами. Эти импульсы поступают с выхода делителя 15 через элемент И 8 на суммирующий вход счетчика 5 при недокомпенсации на входе автокомпенсатора, и через элемент И 9 - навычитающий вход счетчика 5 при пере- компенсации. Количество импульсовпропорционально произведению частоты их следования на коэффициент деленияделителя 15 и за счет калибровки крутизны пилообразных напряжений соответствует величине входного разбаланса. При незначительной величине разбаланса на входе компенсатора (напримерв 80 квантов декодирующего преобразователя,б), на выходах анализатора 7 сформируется комбинация сигналов,которая, воздействуя на соответствующие входы усилителя 14 и делителя 15 частоты, установит максимальное значение усиления этого усилителя и минимальное значение частоты следования имлульсов заполнения (максимальный коэффициент деления частоты делителя 15).В этом режиме разрешающая способность устройства максимальна, вследствие чего небольшой Разбаланс компенсируется полностью за один такт.Значительный входной разбаланс (например, в 8000 квантов) в этом режиме не может быть скомпенсирован за малое количество тактов, поскольку он во много раз превышает напряжение, вызывающее насыщение усилителя 14. В устройстве осущестгляется дискретная адаптация его канала усиления путем уменьшения усиления усилителя 14 в соответствии с сигналами управ22.Таким образом, дискретная адапта ция канала усиления и промежуточногочисло-импульсного преобразователя выгодно отличает предлагаемое устройство от пзвестных как по быстродействию, так и по перегрузочной способности, что значительно расширяет область его применения. ВНИИПОТираж 703 Заказ 10511/29Подписное 5 11373 ления анализатора 7, при этом пороги срабатывания анализатора 7 и соответ. ствующие им коэффициенты усиления усилителя 14 подбирают так, чтобы обеспечить работу усилителя в линей ном режиме во всем диапазоне измене-. ния входного разбаланса.Для сохранения откалиброванного коэффициента преобразования входного разбаланса в число-импульсный код по тем же сигналам анализатора 7 осуществляется адаптация промежуточного преобразователя путем изменения коэффициента деления частоты делителя 15 таким образом, чтобы произведение 15 частоты импульсов заполнения на коэфФициент усиления усилителя 14 было постоянно при любой комбинации сигналов на выходах анализатора 7, Так, при указанном разбалансе усиление 20 усилителя 14 уменьшается, например, в 100 раз, а частота импульсов заполнения во столько же раэ возрастает. Это вызывает снижение разрешающей способности устройства и приводит к незначительной погрешности компенсации на первом такте (например, в 70 квантов), на следующем такте (при максимальном усилении) входной разбаланс будет скомпенсирован полнос- тью.Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена следующими Факторами.Алгоритм преобразования входного сигнала известных устройств (подскаэное кодирование с последовательной оценкой внутри каждой декады при дискретности измерений 1:9999) позволяет скомпенсировать полный входной разбаланс не быстрее чем за 36 тактов, а предлагаемое устройство может скомпенсировать практически любой входной разбаланс за два такта.Следовательно, при одинаковойчтактовои частоте (частота напряжения питания тензодатчиков) быстродействие предлагаемого устройства в 18 раз выше.Для обеспечения высокой разрешающей способности известные устройства снабжены каналом усиления с высоким, но неизменным коэффициентом усиления. В результате чего при входном разбалансе в 1000 квантов (103 диапазона измерений при дискретности 1:9999) оконечный усилитель канала усиления предлагаемого устройства защищает его от перегрузок даже при входных разбалансах, превышающих полый диапазон измерений, т.е. увеличивает перегрузочную способность устройства более чем в 10 раз. Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4