Цифровое тензометрическое устройство

(53 4 фо."СОЮЗКА Я 1 ЕНИЯ 13 ц РАЬ , " о СССР1972.СССР1965.СКОЕ УСТ и де ормации и сивано при изме ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 Т ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механического института им. Г.В.Карпенко и Вильнюсский завод злектроизмерительнойтехники(57) Изобретение оттельной технике и м лы в измерительных системах., в кото рых в качестве первичных преобразователей используются тенэорезисторы Целью изобретения является повьппени точности за счет увеличения на одинзначащий разряд разрядности преобразования. Это достигается тем, чтовновь введенные измерительный и балансирующий блоки 17, 11 позволяютувеличить на один значащий разрядразрядность преобразования, балансирующий регистр 8 совместно с блоком11 определения полярности баланса,ключами 12 и 13 и нуль-органом 22предназначены для компенсации первичного рассогласования тензомостав измерительном регистре 14 формируется код результата измерения, буферный регистр 20 обеспечивает воэможность асинхронной работы регистратоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении деформации и си-,лы в измерительных системах, в которых в качестве первичных преобразователей используются тензорезисторы,Цель изобретения - повышение точ"ности за счет увеличения на один значащий разряд разрядности преобразования,На фиг.1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства на фиг.2пример выполнения блока управления,на фиг.3 - пример выполнения нуль-органа, на фиг.4 - пример выполненияиндентичных блоков определения полярности измерения и блокаопределениябаланса.Цифровое тензометрическое устройство содержит тензомост 1, дваплеча которого образованы тензорезисторами 2 и 3, а два других - постоянными резисторами 4 и 5, источник 6питания, включенный н диагональ питания тензомоста 1, блок 7 управления,канал баланса, выполненный в виде последовательно соединенных балансирующего регистра 8, блока 9 ключей иблока 10 эталонных резисторон, блока11 определения полярности баланса,первый выход блока 11 определения полярности баланса соединен с ключом 12коммутации эталонных резисторов, второй выход - с ключом 13 коммутацииэталонных резисторов, а третий вы,ход - с первым входом балансирующегорегистр 4 8, второй вход которого соединен с первым выходом блока 7 управления, первый вход блока 11 определения полярности баланса соединен спервым выходом блока 7 управления,выход блока 10 эталонных резисторовсоединен с точкой соединения аналого"вых входов ключей 12 и 13 коммутацииэталонных резисторов, канал измерения, выполненный в виде последовательно соединенных измерительного регистра 14, блока 15 ключей и блока16 эталонных резисторов, блока 17определения полярности измерения,первый выход блока 17 определения полярности.измерения соединен с ключом18:коммутации эталонных резисторов,второй выход - с ключом 19 коммутацииэталонных резисторов, а третий выход -с первым входом измерительного регистра 14, второй вход которого соеди. -нен с вторым выходом блока 7 управпения, выход блока 16 эталонных резисторов соединен с точкой соединения аналоговых входов ключей 18 и 19 коммутации эталонных резисторонпервый вход блока 17 определения полярности измерения соединен с вторым. вы" ходом блока 7 управления, последовательно соединенные буферный регистр 20 в регистратор 21, первый вход бу" ферного регистра 20 соединен с выхо" дом измерительного регистра 14, второй вход - с третьим ныходом блока 1 7 управления, а третий вход - с первым выходом блока 17 определения полярности измерения, нуль-орган 22, включенный в измерительную диагональ тенэомоста 1, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока 7 управления, а выход - с вторыми входами блока 11 определения полярности балайса й блока 17 определения полярности измерения, вершина измерительной диагонали тензомоста 1, объеди-, 25 няющая постоянные резисторы 4 и 5,соединена с аналоговыми входами блоков 9 и 15 ключей, выход ключа 18 коммутации эталонных резисторов соединен с первой вершиной диагонали пио тания тензомоста 1, выход ключа 13коммутации эталонных резисторов соединен с. второй вершиной диагонали пи-.тания тензомоста 1, выход ключа 12 коммутации эталонных резисторов сое- ЗБдинен с первой вершиной диагонали питания тензомоста 1, выход ключа 19 коммутации эталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тенэомоста 1. Блок 7 упранления выполнен, например, н виде последовательно соединенных генератора 23 тактовых импульсов,первого счетчика 24, четырехнходовой 4 Б схемы И 25 и первого дешифратора 26,последовательно соединенных первоготриггера 27, первой двухвходовой схемы И 28 и второго счетчика 29, выходкоторого подсоединен к первому деБо шифратору 26, последовательно соединенных второго триггера 30, второйдвухнходовой схемы И 31, третьеготриггера 32, третьего счетчика 33 ивторого дешифратора 34, выход четы рехвходовой схемы И 25 соединен такжес втащи дешифратором 34, выход первого сМтчика 24 соединен также свходами второго 29 н третьего 33счетчиков.Нуль-орган 22 выполнен, например, в виде последовательно соединенных первого ключа 35, первого усилителя36, второго ключа 37 и второго усилителя 38, инвертора 39, выход которого соединен с вторым входом, второго ключа 37 компаратора 40, вход которого соединен с выходом первого усилителя 36, третьего ключа 41, первый 10 вход которого соединен с выходом первого клдча 35, а второй вход - с выходом инвертора 39, конденсатора 42, включенного между выходом второго ключа 37 и шиной Земля, выход вто рого усилителя 38 соединен с вторым входом первого усилителя 36. Блоки 11 и 17 определения полярности баланса и измерения соответственно выполнены, например, в виде последователь О но соединенных первой схемы И 43, триггера 44, второй схемы И 45 и схемы ИЛИ 46, последовательно соединенных инвертора 47 и третьей схемы И 48, выход которой соединен с вторым входом схемы ИЛИ 46.Цифровое тензометрическое устройство работает в двух режимах.Режим балансировки.Выполнение операции баланса (ком- ЗО пенсации первичного рассогласования тензомоста 1) производится перед началом работы устройства в измерительном режиме. При этом считается, что внешнее воздействие на тензомост 1 равно нулю.Тензомост 1 рассогласован и между точкой соединения постоянных резисторов 4 и 5 и точкой соединения тензорезисторов 2 и 3 имеет место ненулевая разность потенциалов, обозначенная как Ч, -и приложенная к дифференциальным входам нуль-органа. С первого выхода блока 7 управления на второй вход балансирующего регистра 45 8 передается серия последовательно сдвинутых на один период импульсов, управляющих работой балансирующего регистра 8, а также блока 11 определения полярности балансаПервый из этой серии импульс осуществляет сброс балансирующего регистра 8. В результате непосредственно перед балансом все ключи из блоков 9 и 15 ключей отключены и состояние тензомоста 1 определяется только его элементами 2-5Напряжение ц, -с несет полную информацию как о величине, так и о полярности первичного рассогласования тензомоста 1. Следующий импульс серии по состоянию нуль-органа 22 переводит блок 11 определения полярности баланса в состояние, соответствующее полярности рассогласования. В частности, в случае положительного на-. чального рассогласования состояние блока 11 определения полярности баланса не изменяется (на его первом выходе устанавливается логический "О", на втором выходе - логическая ф 1 фф )Ключ 1 2 коммутации эталонных рез истор ов выключен , а ключ 1 3 включен, поэтому далее в процессе уравн о в ешив ания тен зомос та 1 при срабатывании блока 9 ключей эталонные резисторы блока 1 О подключаются параллельно пос тоя нн ому резистору 5 . В случае же отрицательного рассогласования на первом выходе блока определения полярно сти баланса устанавливается лог иче ск а я " 1 " , а на втором выходе лог ич е ский " 0" , в ре з уль т ате че го включается ключ 1 2 и выключается ключ 1 3 . При уравновешивании тен з омо ст а 1 эталонные резисторы блока 1 0 подклю" чают ся параллельно резистору 4 . При этом балансирующий регистр выполняет функцию регистра последовательного приближения .Сигнал н а третьем выходе блока 1 1 определения полярности баланса тождес тве нн о совп адае т с сигналом нуль-органа 2 2 в случае , если зафиксирована положительная полярность ра с согла сов ания , и является е г о инверсией в случае отрицательной полярности .Нуль-орган 2 2 в рабочие периоды фиксирует полярность отклонения н апряжения от нуля и вырабатывает сигин ал логического уровня (ло гич еский "0", если ч, - (р 0, и логическую "1", если ц, -р0), который преобразуется блоком 11 определения полярности баланса и используется балансирующим регистром 8.В конце цикла баланса параллельно одному из резисторов 4 и 5 (в зависимости от йолярности первичного рассогласования тензомоста 1) оказывается подключенной такая комбинация эталонных резисторов блока 10, которая с точностью до дискретности набора уравновешивает тензомост 1, т.е. с, -ц, "- : О. В дальнейшем состояние балансирующего регистра 8, а также управляемого им блока 9 ключей остается пос1330453 К Кс Кг = Кс 2 К, = К 4 К+ Кс 8Кс 10 Кг,э Кс 40 Кг 4 = Кс 80 Цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензомост, два плеча которого образованы тензорезисторами, а два других - постоянными резисторами, источник питания, включенный в диагональ питания тензомоста, два канала уравновешивания, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных блока ключей и блока эталонных резисторов с двумя ключами коммутации, блок управления и регистратор, о т л и ч а ю щ е"е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено включенным двумя входами в ,измерительную диагональ тенэомоста тоянным, а тензомост 1 - уравновешенным относительно внешнего воздействия.Режим измерения.Исходное состояние моста - уравновешенное относительно внешнего воздействия Х. Пусть в момент временивнешнее воздействие скачком возрастает от Х до нуля. Напряжение с, - сгтакже скачком возрастает от нуля доП . Блок 7 управления генерирует на 10втором выходе последовательность импульсов, которые управляют работойизмерительного регистра 14.По первому импульсу блок 17 определения полярности измерения фиксирует имеющую место полярность рассогласования тензомоста 1. При этом напервом и втором выходах блока 17 определения полярности измерения устанавливаются логические уровни, под 20действием которых ключи 18 и 19 коммутируются таким образом, что эталонные резисторы блока 15 ключей подключаются параллельно резистору 5 (приположительном рассогласовании) или крезистору 4 (при отрицательном рассогласовании). В процессе уравновешивания тензомоста 1 состояние измерительного регистра 14 устанавливаетсятаким, что комбинация эталонных резисторов блока. 15 ключей, подключенных к одному из постоянных резисторов4 и 5, уравновешивает тензомост 1 сточностью цо дискретности этого набора. 35Пусть сопротивление постоянных резисторов, 4 и 5 (плечи сравнения) равно К, а сопротивление эталонного резистора блока 15 ключей старшего разряда равно Кс. Тогда диапазон измерения цифрового тензометрического устройства Э определяется из соотношенияК о0 = + --- (И 1)И 11-11с 45где И - основание принятой системысчисления,и - числа разрядов (декад) преобразователя.Практический интерес представляют,случаи И = 2 (двоичное представление результата) и И = 10 (двоично"десятичное представление результата).Для И = 2 значения сопротивленийэталонных резисторов 4 и 5 выбирается 55из рядаКсКсКс Для И = 10 (при двоично-десятичномпредставлении) К= К10 2где п - номер декадыш - номер разряда в декаде.В измерительном регистре 14 завершается формирование кода двоичногочисла, пропорционального внешнемувоздействию Х (или обусловленномуэтим воздействием рассогласованиюмоста), После завершения преобразованияна синхронизирующий вход буферногорегистра 20 с третьего выхода блока 7управления поступает импульс, поФронту которого информация с выходаизмерительного регистра 14, а такжеинформация о полярности с первого выхода блока 17 определения полярностиизмерения фиксируется регистром 20. Свыхода буферного регистра 20 информа-ция передается на вход регистратора 21,После Фиксирования информации в буФерном регистре 20 происходит сбросизмерительного регистра 14, в результате чего все эталонные резисторыблока 15 ключей отключаются, тензомост 1 возвращается к рассогласованию, имевшему место до начала циклаизмерения. После этого цикл измерениязавершается и устройство готово к выполнению следующей операции измерения. Ф о р м у л а изобретенияУ 1 ЗЗ нуль-органом, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, размещенными в первом канале уравновешивания последовательно соединенными измерительным регистром, выход которого соединен с управляющим входом первого блока ключей, а вход - с вторым выходом блока управления и буферным регистром, выход которого соединен с входом регистратора, блоком определения полярности измерения, первый вход которого соединен с вторым выходеы блока управления, а первый выход блока определения полярности соединен с управляющим входом первого ключа коммутации эталонныхрезисторов и с вторым входом буферного регистра, второй вьход - с управляющим входЬм второго ключа коммутации эталонных резисторов, а третий выход - с вторым входом измерительного регистра, балансирующим регистром, размещенным во втором канале, вход которого соединен с. третьим выходом блока управления, а выход - с управляющим входом второго блока ключей, блоком определения полярности бапанса, первый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, первый выход блока определения полярности баланса соединен с управляющим входом третьего ключа коммутации эталонных резисторов, Второй выход - с управляющим входом четвертого ключа 0453 коммутации эталонных резисторов, атретий выход - с вторым Фйфдом балансирующего регистра, верщкйй измерительной диагонали тензомоста, объединяющая постоянные резисторы, соединена с аналоговыми входами блоковключей, выход блока эталонных резисторов первого канала подсоединен к 10 точке соединения аналоговых входовпервого и второго ключей коммутацииэталонных резисторов, выход первогоключа коммутации эталонных резисторовсоединен с первой вершиной диагоналипитация тензомоста, выход второгоключа коммутации эталонных резисторовсоединен с второй вершиной диагоналипитания тензомоста, выход блока эталонных резисторов второго канала подсоединен к точке соединения аналоговых входов третьего и четвертого ключей коммутации эталонных реэистдров,выход третьего ключа кеЬутации эталонных резисторов соединен с первой 25 вершиной диагонали питания тензомоста, выход четвертого ключа коммутацииэталонных резисторов соединен с второй вершиной диагонали питания тенэомоста, четвертый выход блока управления соединен с третьим входом буферного регистра, а выход нуль-органасоединен с вторыювходами блока определЖия полярности измерения иблока определения флярности ба. ланса.".дафтор АРевин Техред И.Попович склюй КорректорЛ пипенк ираж б/6арственного комзобретени т иЖРаушская Лодпис итета СССР крытий наб,р д. 4 роиаводственно-полиграфическое предприятие Заказ 3570/42 ВН 1 ППТИ Госуд по делаи 113035, Москва, город, ул, Проектная,