Преобразователь сигнала тензомоста в интервал времени

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения деформацией с помощью тензорезисторов. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности преобразования - достигается путем увеличения числа рабочих плеч тензомоста и автоматической компенсации начального разбаланса. Для этого в преобразователь введены два рабочих плеча тензомоста, второй разрядный резистор, соединяющий третьи входы коммутаторов с общей шиной, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выходом тензомоста, резистивный делитель, вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход - к неинвертирующему входу компенсирующего операционного усилителя, ключ, соединяющий выход названного дополнительного операционного усилителя с выходом делителя, и блок управления, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом источника постоянного напряжения, а второй - с выходом компаратора, и семь выходов, первый из которых соединен с целью балансировки нуля дополнительного операционного усилителя, второй, третий и четвертый соединены с упавляющими входами коммутаторов, пятый выход соединен с управляющим входом ключа, а шестой и седьмой выходы являются выходами преобразователя. Введенные усовершенствования позволяют сохранить нечувствительность к изменениям напряжения питания и остаточных параметров ключей коммутатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

C0LlHAJlHGTWECHHX

РЕСПУБЛИН (19) ИИ

А1 (g1)g G 01 R 17/10, С 01 В 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР

1 (21) 4306618/24-21 (22) 16.09.87 (46) 23.07.90. Бюл, У 27 (71) Поволжская государственная зональная машиноиспытательная станция (72) Н.А.Козелов, С.Л.Береславский и В.А.Прокопенко (53) 531.781.2(088,8) (56) Малогабаритная измерительная аппаратура 3МА-П. Паспорт ИП 153ПС.

Новокубанск: Экспериментальное предприятие КубНИИТиМ, 1983.

Скобелев О.П. Методы преобразования и устройства сбора измерительной информации. Куйбышев,, 1880, с. 67. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИГНАЛА ТЕНЗОМОСТА В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций с помощью тензорезисторов. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности преобразования - достигается путем увеличения числа рабочих плеч тензомоста.и автоматической компенсации начального разбаланса.

Для этого в преобразователь введены два рабочих плеча тензомоста, второй, Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения деформации с помощью тензорезисторов.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности преоб" разования sa счет увеличения числа

2 разрядный резистор, соединяющий третьи входы коммутаторов с общей шиной, дополнительный операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выходом тензомоста, резистивный делитель, вход которого подключен к источнику постоянного напряжения, а выход — к неинвертирующему входу компенсирующего операционного усилителя, ключ, соединяющий выход названного дополнительного операционного усилителя с выходом делителя, и блок управления, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом источника постоянного напряжения, а второй — с выходом компаратора, и с семь выходов, первый из которых соединен с цепью балансировки нуля дополнительного операционного усилителя, второй, третий и четвертый соединены с управляющими входами коммутаторов, пятый выход соединен с управляющим входом ключа, а шестой и седьмой выходы являются выходами преобразова-теля. Введенные усовершенствования Ql позволяют сохранить нечувствитель- QQ ность к изменениям напряжения питания и остаточных параметров ключей © коммутатора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. рабочих плеч тензомоста и автоматичес- 3 кой компенсации начального разбаланса. Ь

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит источник ,1 постоянного напряжения, полюса которого соединены с резистивным дели1580260 телем 2 и тензомостом 3, а через разрядные резисторы 4-1 и 4-2 и через измерительный коммутатор 5 и коммутатор 6 обратной связи — с входами ком5 пенсирующего операционного усилителя

7 и интегратора 8, к выходу и входу которого соответственно присоединены входы компаратора 9, выход дополнительного операционного усилителя 10 через ключ 11 соединен с выходом резистивного делителя 2 и неинверсным входом усилителя 7, первый вход блока 12 управления соединен с вторым зажимом питания тензомоста 3, второй вход — с выходом компаратора 9, первый выход блока 12 соединен с регулирующим входом усилителя 10, второй, третий и четвертый — с коммутаторами 5 и 6, пятый — с. ключом 11, щестой 20 является знаковым, седьмой — информационным. о

Блок 12 управления в свою очередь содержит элемент 13 сброса и тактирования с ключом 14, инвертор 15, эле- 25 менты И 16-19, элемент ИЛИ 20, триг. геры 21-23, одновибраторы 24-25, регистр 26 последовательных приближений и цифроаналоговый преобразователь (ЦЛЛ) 27. 30

Преобразонатель работает следующим. образом.

В исходном состоянии ключ 14 разомкнут. Элемент 13 вырабатывает на одном из своих выходов сигнал сброса, который поступает на соответствующий вход регистра 26 и на один из нходон элемента ИЛИ 20, вызывая сброс Dтриггера 22 н ноль, При этом в регистре 26 устананлинается комбинация 40

011...1, которая посредством ЦАП 27 преобразуется в эквивалентное напряже-

Ь ние определенной величины и полярности, поступающее затем в цепь балансировки нуля операционного усилителя 10. g5

Нулевой сигнал с другого выхода элемента 13 после инвертирования инвертором 15 сбрасывает триггер 21 в ноль, при этом замкнуто по одному ключу в коммутаторах 5 и б, а конденсатор 50 интегратора заряжен до своего максимального значения напряжения. Если полярность этого напряжения такая, как изображено на чертеже, то это означает, что замкнуты нижние ключи коммутаторов и на выходе компаратора 9 сигнал нулевого уровня.

С замыканием ключа 14 начинается непосредственная работа преобразонателя. Элемент 13 снимает сигнал сброса на первом своем выходе, а на втором генерирует сигнал "Пуск", с появлением которого замыкается ключ 11 и срабатывает одновибратор 25, реагирующий на любое изменение состояния

его входа. Импульс с выхода одновибратора поступает на счетный вход D-триггера 23 и производит его установку в состояние, определяемое сигналом с компаратора 9, т.е. в ноль. При этом замыкаются верхние ключи коммутаторов и конденсатор интегратора начинает разряжаться. Готовность интегратора к первому такту интегрирования фиксируется компаратором, сигнал 1" с выхода которого запускает одновибратор 24, который также реагирует на любое изменение состояния его входа. Импульс с выхода одновибратора поступает на вход элемента И 16 на втором входе которого уже присутствует сигнал с выхода элемента 13. Элемент

И 16 срабатывает и запускает триггер 21. При этом верхние ключи ком-. мутаторов размыкаются, а средние замыкаются и начинается первый такт интегрирования, длительность которого отсчитывается элементом 13 с момента установки триггера 21 в единичное состояние.

На неинвертирующем входе операционного усилителя (ОУ) 7 фиксирует ся напряжение U +U, где Пп — выходное напряжение левого плеча тензомоста; U — напряжение компенсации. Такое же напряжение фиксируется на выходе правого плеча тензомоста. Ток, протекающий через конденсатор интегратора

0 ьЫк-Un

I (1)

К

Ф

8bI X где — ток первого такта интегри1. рования;

U — выходное напряжение ненагруи женного правого плеча тензомоста; к пь,„ — выходное сопротивление правого плеча тензомоста.

Учитывая то, что

Ug 11п= оЕп Пк=1 Еп H ьы =1 о 2s где Š— напряжение питания тензои моста;

Š— относительное значение начального разбаланса тензомоста;

5 158О26

К вЂ” суммарный коэффициент передачи ЦАП и цепи балансировки нуля ОУ;

Rl, — сопротивление тензорезистора, имеем

Формула изобретения

1. Преобразователь сигнала тензомоста в интервал времен.», содержащий источник постоянного напряжения, выводы которого соединены соответственно с зажимами питания двухплечего тензомоста, первый зажим которого соединен с общей шиной преобразователя, измерительный коммутатор, первый вход которого через разрядный pe=-истор соединен с вторым зажимом питания тензомоста, а второй — с первым выходом тензомоста, интегратор тока, инвертирующий вход которого соединен с выходом коммутатора, компаратор, включенный между выходом и входом интегратора, коммутатор обратной связи

2Е и (5 «+ К)

Я= (2)

Ro

После окончания заданного времени первого такта интегрирования сигнал "Пуск" на выходе элемента 13 становится равным нулю. Срабатывает одновибратор 25 и в D-триггер 23 снова заносится состояние компаратора 9.

Одновременно с этим сбрасывается триг-15 гер 7.1 и размыкается ключ 11. В коммутаторах замыкаются соответствующие разрядные ключи и конденсатор интегратора начинает разряжаться то" ком 20

Еи (3)

2К р где R . — сопротивление разрядного реГ зистора 4.

Момент окончания разряда фиксиру- 25 ется компаратором 9. При этом срабатывает одновибратор ?4, импульс с его выхода через элемент И 1/ воздейству- . ет на счетный вход регистра. Состояние прямого выхода D-триггера 23, соединенного с информационным входом регистра, заносится в последний и на выходе регистра появляется комбинация Q011...1, где Q — состояние выхода названного триггера.

Далее элемент 13 снова формирует сигнал "Пуск" и весь описанный процесс аналогичным образом повторяется до тех пор, пока не завершится компенсация. Завершение компенсации возможно при том условии, что компенсирующее напряжение У „ входит в формулу (1) со знаком плюс прои максимальном коде регистра и со знаком минус при минимальном, а его наибольшая величина — не меньше величины начального разбаланса тензомоста. Данное условие продиктовано необходимостью обеспечить правильное занесение информации в регистр и легко выполнимо путем опытного подбора коэффициентов передачи ЦАП и цепи балансировки нуля операционного усилителя 10.

По завершении процесса компенсации устрОиство ГОтово к измерению 55 о чем свидетельствует сигнал конца преобразования регистра, поступающий на D-вход триггера 27. При этом после исчезновения сигнала Пуск" в каждом п 6 цикле преобразования D-триггер 22

f! !! будет устанавливаться в 1, а после срабатывания компаратора — сбрасываться, формируя выходную величину преобразователя в виде временного. интервала т„т, 4Rp (Г К>Т, (4)

Те I R

2 о где Т, — длительность первого такта интегрирования;

K — - относительное значение текущего разбаланса тензомоста.

С учетом того обстоятельства, что после завершения компенсации К= с заданной, степенью точности, определяемой разрядностью ЦАП, формула преобразования устройства примет окончательный вид

4R (Е+E )Т!

Т (5) г о

На втором выходе преобразователя, соединенного с прямым выходом D-триггера 23, в это время присутствует информация о знаке измеряемой величины.

Иэ формулы (5) преобразования видно,что по сравнению с известным устройством повышается чувствительность преобразователя за счет увеличения числа рабочих плеч тензодатчика при одновременном сохранении нечувствительности к изменениям напряжения питания и остаточных параметров ключей коммутатора. При этом за счет автоматической компенсации начального раэбаланса, также независимой от изменения напряжения питания, повышается точность преобразования.

1580260 компенсирующего операционного усилителя, сигналъные и правляющие входы которого объедийены с соответствующими входами измерительного коммутато5 ра, компенсирующий операционный усилитель, инвертирующий вход которого подключен к выходу коммутатора обратной связи, а выход — к неинвертирующему входу интегратора, блок управления, о т л и ч а ю щ и И с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности преобразования, в него введены два резисторных глеча, образующих второй выход тензомоста, второй разрядный резистор, дополнительный операционный усилитель, ключ, резистивный делитель, входы которого подключены к соответствующим выводам источника постоянного напряжения, а выход — к неинвертирующему входу компенсирующего операционного усилителя, к инвертирующему входу дополни- . тельного усилителя и через ключ — к выходу дополнительного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с вторым выходом тензомоста, при этом первый вывод второго разрядного резистора соединен с общей шиной, а второй — с третьими входами обоих 30 коммутаторов, первый вход блока управления соединен с вторым зажимом питания тензомоста, второй вход — с выходом компаратора, первый выход — с цепью балансировки нуля дополнитель-. ,ного операционного усилителя, второй, третий и четвертый выходы соединены с управляющими входами коммутатора, пятый выход соединен с управляющим входом ключа, а шестой и седьмой вы- 40 ходы являются выходами преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1., о т— л и ч а ю шийся тем, .что блок 45 управления содержит элемент сброса и тактирования с ключом, один вывод которого соединен с общей шиной, два

D-триггера, четыре элемента И, элемент ИЛИ, два однонибратора, инвертор,,триггер, регистр последовательных приближений и цифроаналоговый преобразователь, подключенный к выходу регистра, выход и второй вход которого являются первым выходом и первым входом блока соответственно, второй вход которого соединен с входом первого одновибратора и информационным входом первого D-триггера, счетный вход которого подключен к выходу второго одновибратора, а оба выхода раздельно соединены с первыми входами первого и второго элементов. И, вторые входы которых объединены и подключены к инверсному выходу триггера, а выходы являются вторыми и третьими выходами блока, четвертый выход которого соединен с прямым выходом триггера и с входом элемента сброса и тактирования, первый выход которого соединен с входом сброса регистра и первым входом элемента ИЛИ, а второй — с входом инвертора, второго одновибратора, первым входом третьего элемента И и с пустым выходом блока, шестой выход которого соединен с прямым выходом первого D-триггера и с информационным входом регистра, выход конца преобразования которого соединен с информационным входом второго D-триггера, счетный вход которого подключен к выходу инвертора, объединенного с первым входом четвертого элемента И с

R-входом триггера, а выход является седьмым выходом блока, вторые вхбды третьего и четвертого элементов И и элемента ИЛИ объединены и подключены к выходу первого одновибратора, а их выходы соединены с S-входом триггера, со счетным входом регистра и с R-входом второго D-òðèããåðà соответственно.

1580260

Составитель В.Семенчук

Техред Л.Сердiокова Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор С.Пекарь

Заказ 2008 Тираж 570 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,.ул. Гагарина, .1