Автоматический мостовой измеритель

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 0301,78 (21) 2561704/18-21 Кг с присоединением заявки М 0 01 В 17/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ МОСТОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ Изобретение касаетс я. автоматики и измерительной техники и предназначено для использования в тенэометрических установках.Известны автоматические мостовые измерители, содержащие резонансные усилители, в обратную связь одного иэ которых включен измерительныймост, и автогенераторы, управлякхцие. режимом работы укаэанных усилителей 1 .Их недостатком является то, что они не позволяют сочетать высокую чувствительность с высоким быстродействием устройства,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является автоматический мостовойизмеритель, содержащий мост, первый и второй автогенераторы,.первый и второй резонансные усилители, амплитудный детектор, переключатель, фазовый детектор, исполнительный элемент, причем одна диагональ моста подключена ко входу первого резонансного усилителя, выход которого подключен через амплитудный детектор ко входу второго резонансного усили-: теля и через переключатель - ко второй диагонали моста, выход первогоавтогенератора подключен ко второмувходу переключателя и .ко входу фаэо вого детектора, к другому входукоторого подключен выход второго резонансного усилителя, а выход фазового детектора подключен ко входуисполнительного. элемента 2) .1 О Иедсетаткдм его.является то, чтоон обладает высокой чувствительностью, но не позволяет, при использовании в тензометрических установкахреализовать достаточно высокое быстродействие, так как повышение последнего связано с необходимостью увеличения частоты автогенератора. В тенэометрических системах резисторытензодатчики, включаемые вмост, разрешаются на объектах, удаленных отизмерительного устройства. Электрическое соединение достигается посредством проводной связи. При этом собственное активное и реактивное сопротивление проводов, а также сопротивление, вносимое эа счет паразитной магнитной и электрической связи,являются причиной дополнительногоразбаланса моста, Указанные параметры достаточно нестабильны и их дестапрерынателя, а выход четвертогосуммирующего устройства подключенко входу амплитудного детектора,выход второго резонансного усилителя соединен со входом исполнительного элемента.На фиг. 1 показана электрическаясхема предлагаемого устройства.на Фиг. 2 в , зпюры напряжения,поясняющие работу предлагаемого уст"ройстна.Устройство содержит: 1 - источник напряжения, 2 - мост, 3 - первое суммирующее устройство, 4 - тре- .тий прерыватель, 5 - первый резонансный усилитель, б - второе суммирующее устройство, 7 - первый прерыватель, 8 - пятое суммирующееустройство, 9 - первый автогенератор,10 - третье суммирующее устройство,11 нтброй прерыватель, 12 - умно житель частоты, 13 - четвертое суммируюаее устройстно, 14 - второйавтогенератор, 15 - амплитудный детектор, 1 б - вторЬй резонансный усилитель, 17 -: исполнительный элементНа Фиг. 2 приняты обозначения,03 ц - напряжение на выходе суммируюваего устройства 3. До моментамост 2 сбалансирован, В момент 1 нмост скачком разбалансируется, причем напряжение в измерительной диагонали принимает значение ЬЕ. 012 -напряжение иа первом выходе умножите;ля частоты 12. 04 ц - напряжение навыходе прерывателя 4 пргг входномнапряжейии равном 03 а, 03, - напряженке на выходе суммирующего устройсФва 3. До момента 1 м мост 2 сбалан-сирован. В момент йщ мост скачкомразбалайсируется, причем напряжениев иэмерйтельной диагонали принимает значение -АЕ, 04 б - напряжениена выходе прерывателя 4 при входномнаггряжении равном ОЫ.Устройство работает следующим обраэоме.Гармоническое колебательное напряжение с частотой Г =- поступаетТс выхода автогенератора 14 на первыевходы суммирующего устройства 3 ипрерывателей 7, 11, а также на входумножителя частоты 12. В схеме умнонительйый элмент, причем выход пер ного автогенератора подключен к "первому входу первого реэойансиого усилителя, а выход амплитудного детектора соединен со-входом второго резонансного усилителя, введены источник напряжения, умножитель частоты, пять суммирующих устройств; три прериватблй, причем выход второго автогенератора подключен к первым входам первого суймирУющйго устройства, первого и второго прерывателей и ко входу умножителячастоты, источ ник напряжения подключен к однойиэ диагоналей моста, другая"диаго "наль которого подключена ко второмувходу йервогосуммирующего устройст , на; выход первого суймируюшегбгстройства подключенк первому входутретьего прерывателя, выход кбторо-.го"подключен ко,второму входу первого резонансного"усилителя, первыйвыход последнего подключен к первому входу второго суМмируюшего устройства, второй восход первого резонансного усилителя подключен к первым"входам третьего и четвертого суммирующих устройств, вторые входы второго и"третьего суммирукнаих устройствподключеиьг к первому выходу умножите 4 я"частоты, второй выход которого порключей-ко второму входу четверто-госуммирующего устройства, выходвторого суммирУюшего устройства подключен ко второму входу первого прерывателя, выход третьего суммируюше" го устройства подключен ковторомувходу второго преривателя, .выходы 60первого и второго прерывателей подключены, соответственно, к первомуи второму нходам пятого суммирующего устройства, выход которого подключен ко нторому:входу третьего билиэируюшее влияние возрастает при увеличении частоты напряжения питающего моста. Кроме"того,"йомере"роста частоты питаюшешго напряжения, затрудняется балансировка и возрастает паразйтная связь междуъходом и выходом моста, ие зависящая от раэбаланса. Влияние перечисленных . Факторов приводит, при достаточно. высокой частоте питающего напряжения,к устойчивому самовоэбуждению и нарушению работы устройства. отсюда -возможность реализации высокой чувствительности устройства - прототипа только при достаточно низкой частоте питающего напряжения, что и определяет инерционность устройства как измерительногоприбора.Цельизобретения" - повышение быстродействия при высокой чувствительности устройства. " Для этого нгавтоматичесйий мосто" вой измеритель, содержащий мост, дваавтогенератора, дна резонансных усилйтеля, амплитудный детектор и исполжителя Формируются колебания с частотой 2 Е, поступающие с первого выхода умножителя на вторые входы суммнрующих устройств б, 10, На втором выходе умножителя формируется колебательное напряжение частоты 2 Ю, отстающее по Фазе на Л/4 относительно напряжения на первом выходе. Второй выход умножителя подключен ко второму нходу суммирующего устройства 13, Фаза колебаний на первом выходе умножителя соответствует условию, по которому экстремальные значения положительных полуволн частоты 2 Е поочередно соответствуют значениям фазы /4 и 5 ф/4 выходного напряжения частоты Г автогенератора 14. Резонансный усилитель 5 настроен на частоту 2 й; Колебательное напряжение с первого выхода усйлителя 5, опережающее по фазе входное напряжение, поступающее с выхода прерывателя 4, на угол юсЪ т /4, подключено к первому входу суммирующего устрой ства б. Колебательное напряжение со второго выхода усилителя 5, отстающее по фазе относительно входного напряжения на угол7/4 подключено к первым входам суммирую" ших устройств 10, 13. При отсутствии выхоцного напряжения усилителя 5 входное напряжение суммирующих устройств б, 10, 13 определяется . только колебаниями, подводимыми:от умножителя 12, Поэтому с выходов устройств б, 10 на вторые входыпрерывателей 7, 11 поступает коле" бательное напряжение синфазное с напряжением на нервом выходе умно- жителя 12. Прерыватель 7 замыкается, подключая второй вход к выходу, йри поступлении на первый вход положительной полуволны колебательного напряжения частоты Г автогенератора 14. Прерыватель 11 эамюкает второй вход с вйходом при постуйлении" на, первый вход отрицательной полуволны колебательного чапряженйя. При по-очередной коммутаций прерывателей, подсоединенных ко входам суммирующего устройства 8, на выходе последне- го выделяется колебательное напряжение синфаэное с напряжением на первом выходе умножителя 12, Положительные полуволны указанного напряжения, поступающего на второй вход прерывателя 4, соответствуют замыканию первого входа нрерывателя с.выходом.Заданный угол отсечки коммутируемого тока достаточно мал, поэтому напряжение на выходе прерыватвля имеет видпоследовательности видеоимпульсов,длительность которых мала, по сравнению с периодом повторения управляющего напряжения, а амплитуда и полярность определяются мгновенными зна- чениями коммутируемого напряженйя, поступающего на первый вход прерывателя с выхода суммирующего устройства 5. Выходное напряжение устройства 3 определяется суммой гармонического напряжения частоты й автогене ратора 14 и постоянного напряжения, снимаемого с измерительной диагонали моста 2, к питающей диагЬнали которого подключен источник напряжения 1. При балансе моста напряжение в его измерительной диагонали отсутствует и к первому входу прерывателя 4 приложено только колебательное напряжение, поступающее через суммирующее устройство 3 от автогенератора 14, При этом сигнал на втором входе резонанснбго уснлителя 5, подключенном к выходу пре= рывателя 14, имеет вид последователь" ности разнополярных импульсов одинаковой амплитуды и длительности. Интервал времени между двумя последовательными раэнополярными импульсами равен в " =, в " . Частотный спектр "1рассматриваемой последовательностиимпульсов не содержит составляющий с частотой 2 Е. Поэтому выходное напряжение усилителя 5 отсутствует, Колебательное напряжение со второго выхода умножителя 12 через суммирую" шее устройство 13 подается на вход амплитудного детектора 15, где преобразуется в ПЬстоянное напряжениеПоследнее не пропускается колебательной системой усилителя 16, на"строенного на частоту ГГ. Поэтому управляющий вход исполнительногоэлемента 17 обесточен. Пусть знак20 раэбаланса моста 2.соответствуетпоявлению на втором входе, суммирующего устройства 3 напряжения положительной полярности. При этом уровеньимпульсов положительной полярностина втором входе усилителя 5 возрастает, а импульсов отрицательной полярности - уменьшится, В спектресигнала появится составляющая частота 2 Г, синфазная с напряжением той ЗО же частоты на первом выходе умножителя 12, Нормально запертый усилитель5 периодически с частотой Р открывается импульсами автогенератора 9,выход которбгоподключен к первомувходу усилителя. При открытом усилителе на выходе устройства б послесуммирования выделится напряжение.опережающее, а на выходе устройства10 - отстающее, по фазе относительнонапряжения на первом выходе умножи теля. Но выходное напряжение устрой.ства б подаетсячерез прерыватель 7и суммирующее устройство 8 на второйвход нрерывателя 4 в течение положительных полуволн вйходного напряже 45 ния автогенератора 14, подключенного через суммирующее устройство Зк первому управлявшему входу прерывателя 4. Поэтому опережение по фазе, получаемое на выходе устройства б, соот О ветствует возрастанию мгновенногоэяачения положительного коммутирующего напряжения в момент коммутации и, следовательно, возрастанию уровня положительных импульсов на втором входе усилителя 5. Отставание по фазе, получаемое на выходе устройства 10, соответствует уменьшениюмгновенного значения отрицательного коммутируемого напряжения в момент коммутации и уменьшению уровня отрица тельных импульсов на втором входеусилителя 5. Увеличение амплитуды гармоники с частотой 2 й входного напряжения усилителя вызывает еше большее опережение по фазе на,выходе 65 устройства б и отставание по фазе65 диагоналей моста, другая диагональ на выходе устройства 10. В результате, возникает процесс нарастаниявыходного напряжения усилителя 5.одновременно возрастает напряжениена выходе суммирующего устройства13, поскольку напряжение на первоми втором входах последнего синфазныв момент возникновения разбалансамоста. После окончания выходного импульса автогенератора 9 усилитель 5запирается и колебания на его выходезатухают до уровня шумовых компонент,Далее вышеописанный цикл повторяется,На выходе амплитудного детектора15 выделяется пилообразное напряжение с частотой Р. Возрастание напряжения соответствует импульсам автогенератора 9, а спад - паузе междуними. Первая гармоника с частотойР указанного напряжения усйливаетсяблоком 16. Выходное напряжение усилителя 16 поступает на управляющийвход исполнительного элемента 17.Пусть знак разбаланса моста 2 соответствует появлению на втором входесуммирующего устройства 3 напряжения отрицательной полярности. Приэтом уровень импульсов отрицательной полярности на втором входе усилителя 5 возрастает, а импульсовположительной полярности - уменьшится. В спектре входного сигналапоявится составляющая частота 2 Г,противофазная с напряжением той жечастоты на первом выходе умножителя12. При открытом усилителя на выходеустройства 6 после суммирования выделится напряжение отстающее, а навыходе устройства 10 - опережающее,по фазе относительно напряжения напервом выходе умножителя, Возникаетпроцесс нарастания выходного напряжения усилителя 5 и одновременногоубывания напряжения на выходе суммирующего устройства 13, посколькунапряжения на первом и втором входахпослецнего протинофазны в моментвозникновения разбаланса моста. 1 авыходе амплитудного детектора 15выделяется пилообразное напряжениес частотой Г. Уменьшение напряжениясоответствует импульсам автогенератора 9, а возрастание - паузе между ними. Первая гармоника с частотойР указанного напряжения усиливаетсяблоком 16. Выходное напряженйе усилифеля 16 поступает на управляющийвход исполнительного элемента 17. Таким образом, при балансе измерительного моста уровень управляющего сигнала, поступающего на вход исполнительного элемента, близок кнулевому. При разбалансе на вход исполнительного элемента поступает переменное напряжение, уровень которого характеризует степень разбаланса, а Фаза. - его знак,5 1 О 15 ЗО 25 ЗО 35 4 О Предложенное устройство обеспечивает значительно более нысокое быстродействие при не менее высокой чувствительности.Действительно, чувствительность сравниваемых устройств определяется произведением коэффициента усиления двух нзаимно расстроенных резонансных усилителей и, при оптимальном выборе параметров схемы, приблизительно, одинакова.Быстродействие сравниваемых устройств определяется максимально допустимым значением частоты оконечного усилителя, По принципу действия сравниваемых устройств, эта частота должна быть меньше частоты предварительного усилителя. Выходное напряжение последнего используется в устройстве-прототипе для питания измерительного моста. Увеличение резонансной частоты предварительного усилителя в устройстве-прототипе ограничено требованием устойчивой работы при возрастании паразитной обратной связи между входом и выходом моста и нестабильных сопротивлений, вносимых в мостовую схему. В предлагаемом устройстве мост балансиру- ется на частоте специального источника напряжения, которая может быть достаточно низкой либо нулевой (постоянное напряжение), Поэтому дестабилизирующее влияние вышеперечисленных факторов достаточно мало и может быть обеспЕчена высокая чувствительность к разбалансу - независимо от рабочих частот усилительной части схемы, Последние выбираются предель-. но высокими (предел определяется только конструктивными соображениями). отсюда - высокое быстродействие предлагаемого устройства . Формула изобретения Автоматический мостовой измеритель, содержащий мост, два антогенератора, два резонансных усилителя, амплитудный детектор и исполнительный элемент, причем выход первого автогенератора подключен к первому входу первого резонансного усилителя, а выход амплитудного детектора соединен со входом второго резонансного усилителя, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при высокойчувствительности устройства, в него введены источник напряжения, умножитель частоты, пять суммирующих устройстн, три прерывателя, причем выход второго автогенератора подключен к первым входам первого суммирующего устройства первого и второго прерывателей и ко входу умножителя частоты, источник напряжения подключен к одной изкоторого подключена ко второму входу первого суммирующего устройства,выход первого суммирующего устройства подключен к первому входу третьегопрерывателя, выход которого подключенко второму входу первого резонансногоусилителя, первый выход последйегоподключен к первому входу второгосуммирующего устройства, второй выход первого резонансного усилителяподключен к первым входам третьегои четвертого суьмирукиаих устройств,вторые входы второго и третьегосуммирующих устройств подключенык первому выходу умножителя частоты,второй выход которого подключен ковторому входу четвертого суммирующего устройства, выход второго суммирующего устройства подключен ко второму входу первого прерывателя, выход третьего суммирующего устройства подключен ко второму входу второгопрерывателя, выходы первого и второго прерывателей подключены, соответственно, к первому и второму входампятого суммирующего устройства, выхбд которого подключен ко второмувходу третьего прерывателя, а выходчетвертого суммирующего устройстваподключен ко входу амплитудного детектора, выход второго резонансногоусилителя соединен со входомисполнительного элемента.Источники информации,принятые во внимание при эксйертизе.1. Авторское свидетельство СССР94175578, кл. 2 6 01 й 35/00, 1974,2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2307086/21 от 30,12,75кл, 2 С 01 В 17/10, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.остав ехред ль И.ВахтинаКелемеш Коррек ктор В,Сапирштейн Г.Решетн Заказ 9278 1303 Филиал ППП ф Патент", г. Ужгород, ул. Проек 4 ираж 10енног тений Раушс НИИПИ Государствпо делам иэобреМосква, Ж,9 Подписноекомитета СССРи открытийая наб., д, 4/5