Цифровое тензометрическое устройство

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез СоветскнкСоцналнстнческнкРвслублнк К АВТОРСКОМУ СВИ ТЕЛЬСТВУ(61) Дополнмтельное ы авт. свмд-ву(22) Заявлено 080427 (21) 2470574/18-10с лрнсоедНнаннем ваявкн ИУ -(51)М. Кл.2 6 01 6 23/3 б Госуяврственаый комитет СССй оо ямам изобретений в отрмтк аН,Д.Крупица и В.В.Шепетов Всесоюзный проектно-конструкторский и научно(11) Эьявитэль исследовательский институт автоматизации пищевой промышленности фПищепромавтоматика(54) ЦИФРОВОЕ ТЕНЭОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к областивесоизмерительной техники.Известны устройства 1 1, содержащие тенэометрические датчики, нульорган, аналого-цифровой компенсатор,сумматор и управляющее устройство,Однако зти устройства обладаютнизкой точностью измерения.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство2 , содержащее тенэометрические датчики, нуль-орган, состоящий из дифференциального сравнивающего устройства, операционного усилителя и конденсатора, аналого-цифровойкомпенсатор, источник переменногонапряжения и схему управления.Известное устройство не обеспечивает достаточную точность измерения иэза наличия реактивных элементов внуль-органе, обуславливающих накопление постоянной составляющей сигнала при перегрузке.Целью изобретения является повышение точности измерения и упрощение устройства.Эта цель достигается тем, что нульорган снабжен мостом ключей, выполненных на транзисторах с изолированными затворами, к одной иэ диагоналей которого подключены входы операционного усилителя, к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства и конденсатор, а затворы транзисторов противоположных плеч моста обьединены попарно и подключены к схеме управления.Изобретение поясняется чертежом, где на фиг, 1 изображена структурно-принципиальная схема устройства, а на фиг. 2 - графики, поясняющие работу устройства.Цифровое тензометрическое устройство содержит мост ключей 1, выполненных на транзисторах, например полевых, с изолированными затворами, к одной иэ диагоналей которого подсоединены входы операционного усилителя 2, а к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства 3 и конденсатор 4, затворы транзисторов противоположных плеч обьединены попарно и подключены к схеме управления 5, выход которой соединен со входом автокомпенсатора б и с одним из входов анализатора полезного сигнала 7, Другой вход анализатора соединен с выходом операционного уси 684326лителя 2, а его выход подключен к антокомпенсатору б. Входы дифференциального сравнивающего устройства 3 соединены с антокомпенсатором 6 и тенэометрическими датчиками 8, Схема управления 5, антокомпенсатор б и тенэометрические датчики 8 подключены к источнику питания несущей частоты 9.Работа цифрового тенэометрическсго устройства осуществляется следующим образом. Сигнал тенэометрических датчиков 8 Ц(фиг.2, строка 1) поступает на неиннертирующий вход (+) диФференциального сравнинающего устройства 3. На иннертирующий вход (-) дифференциального сравнивающего устройства 3 поступает компенсирующее напряжение с линейно-декодирующего преобразователя автокомпенсатора 6, амплитуда которого изменяется ступенями по определенному закону, например, в коде 2-4-2-1. Каждая ступень компенсирующего напряжения содержит 4 периода синусоиды несущей частоты. При этом возможны следующие два режима; перекомпенсация, когда компенсирующее напряжениеО.,Ц , и недокомпенсация, .если О ( Ц , На фиг.2 представлены графики, поясняющие эти режимы. В зависимости от того, где больше сигнал-на инвертирующем входе (-) или на неинвертирующем входе (+), дифференциальное сравнивающее устройство 3 выдает на входе разность сигналов одной фазы ( Ои ) или другой (О ) . Таким образом, при Ц,Ц,ц сигнал на выходе Ор, =)О,-О (Фиг.2, строка 3, перекомпейсация), а при )Щ 4 О.д сигнал на выходе)Ор )= Фкз (Отд (Фиг.2 строка 3, недокомпенсация)Следовательно, сигналы Цр, и Ц имеют разные фазы, что изображено на фиг.2, строка 3. На выходе дифференциального сравнивающего устройства 3 кроме О, и Ир имеется постоян ная составляющая (смещение нуля этого устройства, дрейф его во време" ни) - напряжение Цо, С учетом вышеизложенного, при перекомпенсации присутствует напряжение Ц, +Ц, и при недокомпенсации - Цр +Й (фиг.2,Ргстрока 3) .Назатворы транзисторов 1 со схемы управления 5 поступают управляющие сигналы Ц , (фиг.2, строка 4) и Ор (фиг.2, строка 5) Б,р, открывает одну пару транзисторов противоположных плеч моста 1, а Цоткрывает другую пару транзисторов. Так как Ир, и Цяр перекрываются во временй, что происходит н области перехода через нуль синусоиды несущей частоты, то существует время , когда нсе ключи открыты. В это время ( ) конденсатор 4 подсоединен к ныходу дифференциального сравнивающего устройства 3 и заряжается до напряжения О (Фиг.2, строка б), В течение времени 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 когда сигналы О,и О,не перекрываются но нремейи, на один вход операционного усилителя 2 поступает сигнал Ор,О, а на другой О, - напряжение, которое запомнилось на конденсаторе н интервале времени 1 Операционный усилитель 2 срабатывает от разности этих сигналов, поскольку они поступают на разные входы (иннертирующий н неинвертнрующий), т,е, )1 = (Ор + О) - Оо"- ОрНапряжение О на конденсаторе 4 незначительно отличается от О (это различие зависит от соотношения емкости конденсатора, выходного сопротивления дифференциального сравнивающего устройства 3, входного сопротивления операционного усилителя 2 и от времени , и 12), что видно на фиг,2, строка баналогично происходит процесс вы" читания Оо из Ора + Оо, т.е.л 2 (ОР 2 + Оа) Оо ф ОраПоскольку пары транэисторон противоположных плеч моста открываются поочередно за время з, то операционный усилитель 2 приобретает Фазочувствительные свойства, т,е. для сигнала Ор, который имеет определенную фазу, на выходе операционного усилителя 2 имеем последовательность положительных импульсов Оя (Фиг.2, строка 7, перекомпенсация), для сигнала ОР, который имеет другую фазу, на нйходе операционного усилителя 2 имеем отрицательную последовательность импульсов Он (фиг.2, строка 7) недокомпенсация, Каждый импульс из О или Оц представляет собой результат сравнения Ос О, и О в каждый полу- период синусоиды несущей частоты,Сигналы О и Он поступают в анализатор полезного сигнала 7, где производится количественная и качественная оценка этих сигналов за нремя включения одной ступени линейно-декодирующего преобразователя автокомпенсатора б (8 полупериодов). Количественная оценка в анализаторе полезного сигнала 5 производится путем подсчета импульсов О или Он, качественная оценка производится стробиронанием импульсов Оп или О в моменты 1 З перехода их через максимумы синусоиды несущей частоты. Роль анализатора полезного сигнала 7 возрастает в случае, когда Ор или Орг соизмеримы с уровнем шума н тракте нуль-орган.В этом случае возможно даже пропадание некоторых импульсов Оп или О либо появление вместо них импуль- Иэсон, сдвинутых относительно максимума синусоиды несущей частоты. Задавая вервом случае количество достоверных импульсов (например, при подсчете 5-ти импульсов иэ 8-ми), а но втором интервале срабатывания получаем воэможность выцеления на фоне шумов и нанодок полезных сигналов сравнения Ъ или О и, следонательно, более точного сравнения напряжения У с компенсирующим напряжением, Длянормальной работы ключей на их подложки необходимо подать положительное напряжение +Ед , В качестве источника несущей частоты 9 используется промышленная сеть 50 Гц. 5Питание тензодатчиков 8, схемы управления 5 и линейно-декодирующего преобразователя автокомпенсатора 6 производится одним и тем же синусоидальным напряжением, что позволит )0 упростить работу прибора, так как процессы сравнения и управления синхронизированы с частотой 50 Гц (временные соотношения показаны на фиг.2 вертикальными штриховыми линиями). В результате функциональные узлы схемы управления 5 являются существенно более простыми по сравнению с известными.Формула изобретения20 Цифровое тензометрическое устройство, содержащее тенздметрические датчики, нуль-орган, состоящий из дифференциального сравнивающего устройства, опдрационного усилителя и конденсатора, аналого-цифровой компенсатор, источник переменного напряжения и схему управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, .что, с целью повышения точности измерения и упрощения устройства, нуль-орган снабжен мостом ключей, выполненных на транзисторах с изолированными затворами, к одной из диагоналей которого подключены входы операционного усилителя, к другой - выход дифференциального сравнивающего устройства и конденсатор, а затворы транзисторов противоположных плеч моста объединены попарно и подключены к схеме управления.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство 9316940, кл. С 01 С 2 3/36, 1969.2. Авторское свидетельство 9358626, кл. С 01 С 23/36, 1971, (прототип).684326 Составитель М. Техред М Детк ова оррек едактор И.Петрашень Назарова е илиал ППП фПатент, г.ужгород, ул.Проектна аз 5270/31 Тираж 7 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушс