Способ электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ СКИРЕСПУБЛИК 51)5 6 01 й 17/1 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ПИ СТВУ МУ СВИДЕ АВТ ного сопротивления, емкости или индукт ности, в системах автоматической телем рии с цифровой обработкой получаем информации, Сущность изобретения; оп деляют постоянную времени злектричес цепи (т), с целью повышения быстродей вия и точности измерений воздействуют входную диагональ моста импульсами с риодом (Т), значение которого выбираю пределах 0,1 тТ ( г, производят срав ние на выходной диагонали иэмерительн моста разности мгновенных значений пряжений переходных процессов экспон циальной формы с опорным значением измеряют длительность импульсов. З,ил ететого напреобразователь (датчик) с аналоговым выходом, например, индуктивный параметрический мостовой преобразователь, аналоговое согласующее устройство и аналого-цифровой преобразователь, Структура аналогового согласующего устройстваизвестных систем зависит от требуемых схем включения, характера сопротивлений преобразовател ьных элементов, чувствительности, спектрального состава питающего напряжения и, соответственно может состоять из целого ряда аналоговых преобразователей, Применение аналоговых преобразователей в составе согласующих устройств усложняет и удорожает измерительные средства, особенно при повышенных требованиях к быстродействию и точности измерений. Вследствие этого в известных измерительных системах метрологические возможности параметрического мостового преобразователя ограничиваютГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Шляндин В.М, Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М.: Высшая школа, 1973, с.179-180.(Ъ 4) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО МОСТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Использование: измерения физическихвеличин, преобразуемых в значения активИзобретение относится к измерениям физических величин, преобразуемых в значения активного сопротивления, емкости или индуктивности, Может быть использовано в системах автоматической телеметрии с цифровой обработкой получаемой информации,Известен способ электрических измерений, предусматривающий определение значения напряжения или тока на выходной диагонали параметрического мостового преобразователя при электрическом воздействии на диагональ питания, Этот способ позволяет получать измерительную информацию в аналоговой Форме, что приводит к снижению его точности и быстродействия при регистрации и обработке данных. Известны цифровые измерительные системы с аналого-цифровым преобразованием на выходе, содержащее измерительный 762245 А 1Наиболее близким техническим решением является известный способ электрических измерений, заключающийся в том, что определяет постоянную времени электрической цепи (т),лзменяемый, в частности, для определения параметров индуктивных дифференциальных датчиков, включаемых по схеме параметрического мостового преобразователя, При этом измеряют значения ностогянных времени делящих ветвей мостовой схемы и разность этих значений для каждого получаемого одиночного отсчета информации.Недостаток известного способа заключается в его ограниченном быстродействии из-за необходимости временньчх затрат на измерение значений постоянных времени в процессе получения информации. Это ограничение не позволяет осуществить точные измерения в динамическом режиме работы датчика, когда точность измерений определяется количеством отсчатав в единицу времени.Целью изобретения является повышение быстродействия и точности электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя, заключа,ощемся в том, что определяю постоянную времени электрической цепи (г) . воздействуют на входную диагональ измерительного моста импульсами с периодом (Т), значение которого выбирают в пределах 0,1 г.с Т с: т, производят сравнение на выходной диагонали измерительного моста разности мгновенных значений напряжений переходных процессов экспоненциальной формы с опорным значением и измеряют длительность импульсов.На фиг, 1 изображена структурная схема устройства работающего пс предлагаемому способу; на фиг. 2 представлен пример принципиальной схемьч устройства (аи варианты включения преобразовательных и добавочных элементов мостового параметрического преобразователя(Ь, с, ф на фиг, 3 показаны временные диаграммы работы устройства и установившемся режиме.Устройство для электрических измерений физических величин, реализующее предлагаемь л способ (фиг. 1), содержит источник импульсного питания 1, параметрический мостовой преобразователь 2, источник опорного напряжения 3, сравни 5 10 30 35 40 45 50 55 вающий элемент 4 и измеритель длительности импульсов 5.Перед использованием устройства определяют значения постоянных времени делящихх ветвей моста (г 1, гЗ и г 2, г 4). При этом для индуктивных преобразовательных элементов дифференциального индуктивного датчика (гЗ, г 4) выбирают активными добавочные сопротивления (г 1, г 2), для емкостных преобразовательных элементов (г 1, г 2)дифференциального емкостного датчика выбирают активными добавочные сопротивления (гЗ, г 4), а для активных преобразовательных элементов дифференциального резистивного датчика (г 1, г 2) или (гЗ, г 4) выбирают, соответственно, индуктивными добавочные сопротивления (гЗ, г 4) или емкостными добавочные сопротивления (г 1, г 2) из расчета обеспечения значений постоянных времени делящих ветвей сбалансиоованного моста равными для каждого случая и - пределах Тт 40 Т (где Т - требу- . емое значение периода получения измерительных отсчетов).После определения постоянных времени делящих ветвей сбалансированного моста приводят в действие механизм функционально связывающий параметры преобразовательных дифференциальных элементов датчика и измеряемую физическую величину и на входную диагональ (а, Ь) параметрического мостового преобразователя 2 подают импульсы с выхода источника импульсного питания 1 с периодом Т (0,1 тТ ( г). Далее, в сравнивающем элементе 4 производят сравнение на выходной диагонали (с, о) измерительного моста разности мгновенных, например, положительных значений напряжений переходных процессов экспоненциальной формы с опорным значением, которое задается в источнике опорного напряжения 3 и измерителем длительности импульсов 5, измеряют длительность импульсов, получаемых в результате сравнения на выходе сравнивающего элемента 4, Получаемые при этом числовые значения, путем тарировки устройства, поиеодят в соответствие с измеряемой физической величиной,Принципиальная схема варианта устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг, 2 а), содержит источник импульсного питания. собранный на логических элементах ОО, 1,1 и ОО. 1.2, параметрический мостовой преобразователь (Р 4. Р 5, 1 1, 1 2), на пример,с дифференциальным индуктивным преобразователем датчика давления типа ИД 8 (Е 1, 12), источник опорного напряжения и сравнивающий эле 1762245мент, функции которых одновременно выполняет компаратор О,А.1, имеющий порог срабатывания ( д)определяющий значениеЯопорного напряжения, а также измеритель длительности импульсов 5, Датчики, имею щие емкостные или активные преобразовательные элементы, могут быть использованы в устройстве с учетом схем их включения, приведенных нэ фиг, 2 Ь, с, б .На вход моста (ВЗВ 5, П,2) с выхода 10 источника 00.1 подавалось напряжение О 1(1)(фиг, 3) или импульсная последовательность типа "меандр" с размахом 8 вольт, периодом Т = 1,5 . 10 сек и при Т = 0,9 т.-зВ точках деления моста (выводы 2, 3) 15 относительно общего провода наблюдались осциллограммы экспонент О 2(т ИО 3(т),Нд пряжение разности экспонент прикладываемое ко входам компаратора через ограничивающие резисторы йб и й 7 имело 20 вид Оф), При достижении разности экспонент значения д в момент времени с 2, что соответствует порогу срабатывания компаратора ОА,1, на его выходе появлялся перепад напряжения Щ 1), длившийся до 25 окончания действия положительного импульса питающего напряжения О 1 или до момента времени 1 з,.в который обе экспоненты принимали отрицательные значения, Длительность этого перепада (со 1 = 1 з - 12) 30 зависела от соотношений постоянных времени экспонент О 2(т) и Оз(с), г значит от параметров преобразовательных элементов. Механизм этой зависимости проявляется, например, при встречном изменении 35 параметров преобразовательных элементов, что соответствует уменьшению значения постоянной времени экспоненты О и увеличению значения постоянной времени экспоненты Оз(1) за счет соответствующих 40 одновременных изменений параметров преобразовательных элементов под действием измеряемой физической величины. На фиг. 3 после момента времени т 4,показаны экспоненты с измененными значениями по стоянных времени. Момент времени, в который разность напряжений Оф) достигла значения д при этом переместился влево по отношению к окончанию действия положительного импульса питающего напряже ния (16), а длительность перепада (т 02 = тбб) увеличилась. Длительность импульсных перепадов вида тщ и тц 2 измерялась измеритвлем длительности импульсов 5 и составляла 00,25, 10сек в зависимости от 55 приращений значений параметров дифференциальной пары преобразовательных элементов в свою очередь связанных функционально с величиной перемещения сердечника датчика ИДЯ в пределах + 0,3 мм,Связь между длительностью импульсных перепадов 1 о и перемещением сердечника датчика линейна и не требует коррекции ввиду малости диапазона встречных приращений постоянных времени делящих ветвей моста + 1 О, а также величины д(для компаратора типа 554 САЗА, д = 3.10 В),Динамический диапазон измерений без особых усложнений, достигнутый на практике с применением в качестве параметрического мостового преобразователя мостовой схемы включения индуктивного датчика давления ИД 8 и компаратора 554 САЗА, составил 60 дБ. Погрешность преобразования при этом не превысила 0,5 оь,Использование предлагаемого способа электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя позволяет по сравнению с существующими в 23 раза повысить точность измерений физических величин, преобразуемых в параметры электрической цепи активное сопротивление, емкость, индуктивность, в основном за счет повышения быстродействия и отсутствия многоступенчатого аналогового преобразования. снизить материальные и трудовые затраты при измерениях физических величин. Экономия здесь состоит в том, что для преобразования в цифровой код получаемой информации не требуется аналогового усилителя и аналого-цифрового преобразователя, а сам преобразователь, реализующий данный способ, не сложен, надежен в эксплуатации и прост в настройке,Формула изобретения Способ электрических измерений с применением параметрического мостового преобразователя, заключающийся в том, что определяют постоянную времени электрической цепи г, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что. с целью повышения быстродействия и точности измерений. воздействуют на входную диагональ измерительного моста импульсами с периодом Т, значение которого выбирают в пределах 0,1 тТ (т, производят сравнение на выходной диагонали измерительного моста разности мгновенных значений напряжения переходных процессов экспоненциальной формы с опорным значением и измеряют длительность импульсов.1762245 ставитель А.Мартышихред М. Моргентэл ектор Л.ил Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарин аказ 3257 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб,. 4/5