Тензометрическое устройство

(594 О О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ройства. 5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство ССУ 352132, кл. 0 01 В 7/6, 1970Авторское свидетельство СССРВ 521454, кл. С 01 В 7/16, 1974(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформацийвращающихся объектон. Целью изобретения является повышение точностиизмерений за счет получения более линейной выходной характеристики.Нелинейность ныходной характеристики тенэометрического устройства состанляет 0,37, Для преобразованиясигнала с тензорезисторов 1 и 2 вовременной интервал служат введенныев устройстно конденсатор 8 и компаратор 9. Генератор 12 тактовых импульсов и реверсивный счетчик 11позволяют измерять этот Интервал свысокой точностью. Счетчик 10 циклов повышает разрешающую способностьустройства. Буферный регистр 16 фиксирует результаты измерений, формирователь 14 импульсон, линия 15 задержки и схема 13 И участвуют в управлении процессом измерения и необходимы для работоспособности уст12Изобретение атн,си 1 ся к измери -тельной технике и может быть и наливэовано для измерения деформаций вращающихся объектовЦель изобретения - павыщение точности измерений за счет получения более линейной выходной характеристики, а также обработки сигнала с теизорезисторов цифровыми методами,На фиг, 1 пред.тавлена блоК-схематензометрического устройства; нафиг, 2 - диаграмма работы тенэометрическога устройства, на фиг, 3график изменения напряжения на датчике тока и на входе компара.тора,на фиг, 4 - эквивалентная схема измерения деформации, на фиг, 5 - выходная характеристика,Тензометрическое устройство содержит активный тенэореэистор 1,компенсационный тензсрезистор 2, двадиода 3 и 4, токосъемник 5, источникпитания (например, генератор 6 синусоидального напряжения), датчик 7тока, конденсатор 8, компаратор 9,счетчик 10 циклов, реверсивный счетчик 11, генератор 12 тактовых импульсов, схему И 13, формирователь14 импульсов, линию 15 задержки,буФерный регистр 1 б, регис.трятор 17,Первый вывод активного тензорезистора 1 соединен с анОдом первого диода 3 первый вывод компенсационноготензорезистора 2 соединен с катодамвторого диода 4, вторые вывоцы активного 1 и компенсационноготензореэисторав, соединены с первым выводом вращающейся части токосъемника 5, катод первого 3 и янсц второго 4,циодов соединены с =тарым выводом вращающейся части токасьемника 5, Первый вывод неподвижной части токосъемника 5 соединен с первымвыходом генератора б синусоидального напряжения, второй вывод токосъемника 5 соединен с первым выводомдатчика 7 тока и через конденсатор8 с первым входом компараторя 9,Второй вывод датчика 7 ; ока соединен с вторым выходом генератора 6синусоидального напряжения и вторымвходом компаратора 9. Выход компаратора 9 соединен с входом управления реверсивного счетчика 11 и с входом счетчика 10 циклов, выход счетчика 10 циклов соединен " первым вхо-.дам схемы И 13 и с входам формирователя 14 импульсов, выход формирователя 14 импульсов соединен с входом)00записи буфери 1 го ри исря 16 и черезлинию 5 задержки с ихдам сбросареверсивного счетчика 11, генератор2 тактовых импульсан соепинен с вторым входом схемы И 13, выход которойсоединен са счетн.гм входом реверсивного счетчика 11, а выход реверсивного счетчика 11 соединен с информационным входом буферного регистраО 16, выход которого соединен с регистратором 17,Тенэометрическое устройство работает следующим образом.Генератор 6 синусоидального напряжения вырабатывает синусоидальноенапряжение стабильной частоты(фиг. 2 а). Во время положительнойпалуволны напряжения так течет черезактивный теизареэистор 1, а во вре 2 О мя отрицательной - через компенсационный тенэореэистар 2. Поэтому надатчике 7 тока появляется напряжениенесимметричной формы (фиг, 2,В), поступающее через конденсатор 8, кото 25 рый подавляет постоянную составляющую на вход компяратора 9, На входекомпаратара 9 формируются импульсы(Фиг. 2 б), которые поступают навход счетчика 10 циклов и на управ 1 О ляющий вход реверсивного счетчика11. Когда на. выходе кампаратора 9(фиг. 2 ) сигнал логического нуля,реверсивный счетчик 11 работает врежиме прямсго счета, если на выхо 3, де компаратора 9 сигнал логическойединицы, реверсивный счетчик 11 работает в реяжме абратнога счета,Счетчик 10 циклов срабатывает позаднему франту положительных импульсов, поступающих ця его вход, а сего выхода сигнал (фиг, 2 г) поступает на вход формирователя 14 импульсов и на первь;й вход схемы И 13.Когда на выходе сяетчика 10 цикловд 5 присутствует сигнал логической единицы, на счетный зхад реверсивногосчетчика 11 с ген ратора 12 тактовых импульсов через схему И 13(фиг, 2 и) поступают импульсы высокой и стабильной частоты, если на5 Овыходе сче.чика 10 циклон присутствует сигнал логического нуля, схемаИ 13 не пропускае; на вход реверсивнога счетчика 11 импульсы с генератора 12 так.тавых импульсов (фиг.2 ),Па заднему фронту положительного55импульса, ггоступяющсга с выхода счетчика 10 циклов на вход формирователяимпульсов, фар.иравятель 14 им(13) з 2 пульсов вырабатывает короткий положительный импульс (фиг. 2 е), который поступает на вход записи буферного регистра 16, в результате в буферный регистр 16 переписывается информация иэ реверсивного счетчика 1, Таким образом, в буферный регистр 16 записывается число где п - число импульсов, необходимоедля заполнения счетчика 1 Оциклов;"е - длительность отрицательногоимпульса на выходе компаратора 9;- длительность положительногоимпульса на выходе компаратора 9;Т - период следования импульсовгенератора 12 тактовых импульсов,Далее положительный импульс с выхода формирователя 14 импульсов,задержанный линией 15 задержки на времях (фиг. 2 м, поступает на входсброса реверсивного счетчика 1 иобнуляет его, тем самым подготавливая к новому циклу измеренияПрипоявлении на выходе счетчика 10 циклов положительного импульса цикл измерения повторяется, Иэ буферного1регистра 6 информация поступает врегистратор 17, где преобразуется вформу, удобную для считывания оператором,Выходная характеристика тенэометрического устройства определяетсяграфиком (фиг. 3), где криваяАВСЭЕЕСН является графиком функциинапряжения на датчике 7 тока и функции напряжения на входе компаратора9 от времени, в одном случае нулевому уровню соответствует прямая А 1,а в другом - прямая ВН, Площади фигур ВСЮ и ВЕЕСН равны, так как конденсатор 8 позволяет постоянную составляющую сигнала с датчика 7 тока.Итак Всэ эеГг,н (1 ) Я -Я :Я +Я + +ЯМВСЙК МВВН ЕГ 6 ЕОРЬ ЭЕО РСгйКривая АВСРЕ описывается уравнени- ем где Б - текущее значение напряжения1на датчике 7 тока во времяположительной полуволны;5О - текущее значение напряженияна датчике 7 тока во времяотрицательной полуводны;Ч, - амплитуда положительной полуволны напряжения на датчике 7 тока;Ч - амплитуда отрицательной по 2луволвы напряжения на датчике 7 тока;сд - круговая частота напряжениягенератора 6 сииусоидального напряжения;текущее значение времени.Обозначим длину АМ через Х, Замечая., что20 АН=ЕС= (6),ВМ=М=ОЕ=РС=НЬ= У я 1 по 1 х; ( 7)Я =Я =Я -Я , (8)рЕС РСД ВМЕОУМЕЙперепишем формулу 2 в следующем виде: "/-Ч, я 1 пи Ж -Ч я 1 пдх ( - -х ) =7Рассмотрим эквивалентную схему измерения деформации, используемую в устройстве (фиг, 4), Амплитуда положительной полуволны напряжения на датчике 7 тока равнаЧ - , (4)Н+ + ) У ьа амплитуда отрицательной полуводны напряжения на датчике 7 тока равна.Ц =Ч я 1 пцй (3)и кривая ЕЕС уравнением ЕЧ,=- -)- В, (15)где Еамплитуда напряжения генератора 6 синусоидального напряжения;сопротивление активного тензореэистора 1 в ненагруженном состояниисопротивление компенсационного тензореэистора 2 сопротивление датчика 7 тока;сопротивление токосъемника 5;изменение сопротивления активного тензореэистора 1 под действием деформацииПри В,=В =В подставим выражения (14, 15) в формулу (13):1, лВх=., - агся 1 п --- т-,.сдам ( 1 6 )ЫПГВ+В+ВТак как В)В +В , то выражение (16)тможно переписать следующим образом:х= - агсэ 1 п 1 - (Л . (17)1, 1 ЛВо 3 П ВПодставляя в это выражение значение лВ%1х= -, (18)2получимТ.. .с- 1 = - агсэп(19)2 2 П ПВыходная характеристика (фиг,5) тензометрического устройства с использованием в качестве тенэопреобразователей полупроводниковых тензорезисторов с коэффициентом тензочувствительности равна. 120. Как следует иэ приведенного графика, нелинейность выходной характеристики тензометрического устройства0,33, 72100 Ф о р м у л а изобретения Тензометрическое устройство, содержащее активный и компенсационныйтензорезисторы, два диода, токосъемник, источник питания и регистратор,первый вывод активного тенэореэистора соединен с анодом первого диода,первый вывод компенсационного тензоО резистора соединен с катодом второго диода, второй вывод активного тензорезистора соединен с вторым выводом компенсационного тензорезистораи с первым выводом вращающейся частитокосъемника катод первого диодасоединен с анодом второго диода и свторым выводом вращающейся части токосъемника, первый вывод неподвижной,части токосьемника соединен с первымвыходом источника питания, второйвыход которого заземлен, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, в неговведены датчик тока, конденсатор, ком 25 паратор, счетчик циклов, реверсивныйсчетчик, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов, линиязадержки, схема И и буферный регистр,первый вывод датчика тока соединенс вторым выводом неподвижной частитокосъемника и через конденсатор спервым входом компаратора, второй вывод датчика тока соединен с вторымвыходом источника питания и вторым35входом компаратора, выход компаратора соединен с входом управления реверсивного счетчика и с входом счетчика циклов, выход счетчика цикловсоединен с первым входом схемы И и свходом формирователя импульсов, выходформирователя импульсов соединен свходом записи буферного регистра ичерез линию задержки - с входом сброса реверсивного счетчика, генератор45тактовых импульсов соединен с вторымвходом схемы И, выход которой соединен со счетным входом реверсивногосчетчика, а выход реверсивного счетчика соединен с информационным входомбуферного регистра, выход которого50соединен с регистратором, 12721 оо1,. 72100 Составитель В.ПисаревскийТехред Л.СердюковаКорректор М.Самборская Редактор НТупица Заказ 6326/36 Тираж 670 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4