Устройство для измерения внутренних напряжений

СОЮЗ .СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 575 А 1 01 . 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОП И САН И Е ИЗОБРЕТЕ НИ Я ИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКО ЕН союзного инорганизации а "Оргэнерголировдникина. - М. СССРО,(21) 4673625/24-10(71) Куйбышевский филиал Всеститута по проектированиюэнергетического строительствстрой"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР ИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности Устройство содержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом, На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пл.астина 7 плоскопараллельного1615575 зом. конденсатора, сострящая из изолированных секций 8 и 9, смещенных одна относительно другой на фиксированное расстояние. Крайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции: 12, 13 и 14, 15 соответственно. Выводы параллельных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам электронноИзобретение относится к области измерительной техники, может найти применение в приборах и измерительных информационных системах, предназначенных для высокоточного измерения внутренних напряжений упругопластических и пластических тел, в том числе в централизованных системах натурных исследований крупных бетонных энергетических сооружений.Цель изобретения - повышение точности.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит плоскую плиту 1, в которую вмонтированы чувствительные динамометрические элементы 2, каждый из которых выполнен в виде корпуса 3 и мембраны 4, жестко соединенной по контуру с корпусом, На внутренней стороне мембраны через прокладку 5 и стержень 6, выполненные из диэлектрического материала, жестко закреплена средняя пластина 7 плоскопараллельного конденсатора, состоящая из двух изолированных одна от другой секций 8 и 9, смещенных. одна относительно другой на известное расстояние АКрайние пластины 10 и 11 конденсатора жестко соединены с корпусом 3 и содержат по две изолированные одна от другой секции 12, 13 и 14, 15 соответственно, Выводы параллельно соединенных одноименных секций чувствительных динамометрических элементов 2 подключены к входам А-А 4 и В 1-84 электронного двоичного мультиплексора 16. Мультиплексор 16 подключен управляющими входами 2 и 2 к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующимвходом Чо - к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами - к частотно-зависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии 21 связи, соединяющей устройство с вторичным прибором не показан),Устройство работает следующим обраго двоичного мультиплексора .16, Мультиплексор 16 подключен управляющими входами к выходам двухразрядного двоичного счетчика 17, синхронизирующим входом к его счетному входу и к выходу задающего генератора 18, а выходами - к частотно-зависимой цепи 19 частотного преобразователя 20, подключенного к линии 21 связи, соединяющей устройство с вторичным прибором. 1 ил. Измеряемое напряжение д воздействует на мембрану 4, вызывая ее прогиб Х.Вместе с мембраной смещается и средняя пластина 7 плоскопараллельного конденса тора. Жесткость мембраны подбирается таким образом, чтобы в диапазоне измеряемых напряжений имела место линейная зависимость Х = 1( а); Х = К О, В исходном состоянии средняя пластина 7 плоскопарал лельного конденсатора занимает положение, определяемое текущим значением Х (или о), За начальное положение Хо условно принимается положение пластины 7, при котором секция 8 расположена на.одинако вом расстоянии от секций 12 и 14, За положительное направление изменения Х условно принимается направление по стрелке на чертеже. 20 Рабочий участок функций преобразования предлагаемого устройства (как и многихчастотных датчиков) нелинеенДействительно, в устройстве осуществляются следующие преобразования;25 . о- Х -+ С -+1 -+ М.При использовании емкостного преобразователя в качестве элемента частотно-зависимой цепи автогенератора имеютвыражение30ч = К 1 - Кг2 ГС Сгде- индуктивность,Для плоскопараллельного конденсатора с переменным зазором справедливо35 еЗ 1Х Хгде я - диэлектрическая проницаемость;Я - площадь пластины.Следовательно,й = К 4 1(Х,40 . Кггде К 4= -ЖНелинейный рабочий участок функциипреобразования устройства для определения напряжений с достаточной точностью45и 14 конденсатора, 8 линию 21 связи посту 40 пает электрический сигнал М 2, пропорциональный величине Хо - Х,С приходом второго тактового импульса с задающего генератора 18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 45о 1 устанавливаются сигналы соответственно нулевого и высокого уровня, по которым входы А 2 и 82 мультиплексора 16 отключаются от секций 8 и 14 конденсатора, а еговходы Аз и Вз подключаются к секциям 13 и 9 соответственно. В линию связи поступает электрический сигнал Кз, пропорциональный величине Хо+ Х+ Д,С приходом третьего тактового импульса с задающего генератора 18 на вход Т двоичного счетчика 17 на его выходах 2 и 2 устанавливаются сигналы высокого уровня, по которым входы Аз и Вз мультиплексора 16 отключаются от секций 13 и 9, а входы А 4 и В 4 подключаются к секциям 9 и 15 50 55 может быть представлен отрезками парабол;М=эХ +ЬХ+с, (1) где а, Ь, с - случайные коэффициенты, зависящие от внешних мешающих. факторов. 5Отличие текущих значений этих коэффициентов от номинальных определяет погрешности; нелинейности (а), чувствительности (Ь), начального уровня (с), Для исключения влияния трех нестабильных коэффи циентов на результат измерения Х в предлагаемом устройстве проводится четыре такта измерения, в каждом из которых информация снимается с одной из пар секций конденсатора. При подаче по двухпроводной 15 линии 21 связи на устройство напряжения постоянного тока от удаленного вторичкого прибора (не показан) двухразрядный двоич-, ный счетчик 17 устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходах 2 и 20 2 устанавливаются сигналы нулевого уровня, При этом входы А 1 и 81 электронного двоичного мультиплексора 16 подключаются соответственно к выходам секций 12 и 8 конденсатора, которые оказываются вклю ченными в частотно-зависимую цепь 19 частотного преобразователя 20, в результате чего в линию 21 связи с выхода частотного преобразователя поступает электрический сигнал М 1, пропорциональный Х+ Х. С при ходом первого тактового импульса с задающего генератора 18 на вход двоичного счетчика 17 последний устанавливается в состояние, при котором с его выхода 2 снимается сигнал высокого уровня, а с выхода 35 2 - сигнал нулевого уровня, При этом происходит переключение входов мультиплексора 16: входы А 1 и 81 отключаются, а входы А 2 и 82 его подключаются к выходам секций 8 соответственно, В линию 21 связи поступает электрический сигнал М 4, пропорциональный величине Хо-Х- Д,В результате проведенных четырех тактов измерения получают систему уравненийМ 1=а(Хо+ Х) + Ь(Хо+Х)+с; (2) И 2 =- а (Хо - Х) + Ь (Хо - Х) + с;Йз = а (Хо + Х + Д) + Ь (Хо + Х + Д) + с; М 4 = а (Хо - Х - д) + Ь (Хо - Х - Ь) + с, Решение системы (2) относительно Х осуществляется во вторичном приборе;Х - 1 Д (3)(г 44 - газ) - (И 2 - Й 1)Полученное значение Х умножается на постоянный коэффициент 1/К (чувствительность), который хранится в памяти вторичного прибора. Следовательно,2 1 (4)(и 4 - из) - (ьь - м 1) КИз (4) следует, что в конечное выражение для измеряемого напояжения не входят коэффициенты а, Ь, с функции преобразования всего тракта измерительного устройства, включая преобразователь перемещения в электрический параметр. Таким образом, на точность измерения не влияет нестабильность этих коэффициентов, вызванная вариацией внешних условий и временным дрейфом параметров элементов, входящих в состав устройства.Формула изобретения Устройство для измерения внутренних напряжений, содержащее динамометрический датчик, выполненный в виде корпуса с жестко закрепленной по его периметру мембраной и преобразователя перемещения мембраны в электрический сигнал, частотный преобразователь и вторичный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено электронным двоичным мультиплексором, задающим генератороми двух- разрядным счетчиком, а преобразователь перемещения мембраны в электрический сигнал выполнен в виде плоскопарэллельного дифференциального конденсатора, каждая из пластин которого содержит по две изолированные идентичные секции, при этом секции средней пластины смещены на фиксированное расстояние одна относительно другой и соединены с мембраной, а секции крайних пластин жестко соединены с корпусом, причем электронный двоичный мультиплексор подключен своими входами к выходам секций преобразователя перемещения мембраны в электрический параметр, выходами - к входу частотно-зависимой цепи частотного преобразователя, управляющими входами - к выходам двухраз1615575 Составитель Н,ВовчукТехред М,Моргентал Редактор Е.Папп Коррекгор Л,Пилипенко Заказ 3981 Тираж 475 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 рядного двоичного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу задающегоУ генератора и к синхронизирующему входуэлектронного двоичного мультиплексора.