/
Author: Груздев С.В. Прошин Е.М.
Tags: общая зоология электроника электрооборудование издательство энергия серия библиотека по автоматике
Year: 1976
Text
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 576
С. В. ГРУЗДЕВ, Е. М. ПРОШИН
ИМПУЛЬСНАЯ
ТЕНЗОМЕТРИЯ
«ЭНЕРГИЯ»
МОСКВА 1976
6Ф6.5
Г 90
УДК 591.7815
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, М. А. Боярчен-
ков, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе,
Д. А. Поспелов, И. В. Прангишвили, О. В. Слежановский,
Ф. Е. Темников, М. Г. Чилвдсин, А. С. Шаталов
Станислав Васильевич Груздев,
Евгений Михайлович Прошин
Импульсная тензометрия
Редактор О. И. Долгих
Редактор издательства Г. В. Лихачева
Технический редактор О. Д. Кузнецова
Корректор В. С. Антипова
Сдано в набор 19/V 1976 г. Подписано к печати 28/VI 1976 г. Т-11056
Формат 84 х 108782 Б>мага типографская № 1 Усл. пет. л. 4,62
Уч.-изд. л. 6,1 Тираж 10^000 экз. Зак. 653 Цена 32 коп.
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10
Московская типография № 10 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Груздев С. В. и Прошин Е. М.
Г 90 Импульсная тензометрия. М., «Энергия», 1976.
88 с. с ил. (Б-ка по автоматике. Вып. 576).
В книге рассматриваются вопросы построения тензометрической
аппаратуры, в которой используется импульсное питание мостовых
схем. Проведен анализ точности, рассмотрены основные узлы однока-
нальных и многоканальных тензометрических устройств. Приведены
примеры реализации устройств с проводной связью для измерения
механических величин на неподвижных деталях и устройств для изме-
рения на движущихся объектах с передачей результата измерения по
радиоканалу.
Книга предназначена для широкого круга инженеров и техников,
занимающихся разработкой и эксплуатацией тензометрической аппа-
ратуры.
© Издательство «Энергия», 1976 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вопросами применения тензометрических установок занимается
большой круг инженеров и техников при проведении прочностных
испытаний новых конструкций, машин и механизмов. Используемая
для этой цели аппаратура содержит проволочный или полупроводни-
ковый тензорезистор [Л. 26], включенный в мостовую измерительную
схему, источник питания моста, различного рода усилители напря-
жения разбаланса и регистрирующие приборы [Л. 30].
Промышленная тензометрическая аппаратура строится чаще
всего на основе мостов, питаемых постоянным или переменным то-
ком, ламповых усилителей и генераторов. В многоканальных систе-
мах для питания каждого моста применяется отдельный источник,
потребляющий много энергии и создающий в устройствах с пита-
нием переменным током помехи для соседних каналов. Вследствие
этого погрешность измерения деформаций подобной аппаратуры со-
ставляет 5—10%, кроме того, характеристики аппаратуры подвер-
жены значительному временному дрейфу.
Отдельным видом тензометрических испытаний являются изме-
рения деформаций на вращающихся или движущихся деталях.
В этом случае съем сигналов с тензометрических мостов осуществ-
ляется через различные токосъемники, например ртутные или
емкостные. Как правило, токосъемники имеют сложную конструк-
цию, высокий уровень шумов, низкую надежность, а применение
ртутных токосъемников связано с определенной опасностью для
здоровья человека. Погрешности измерения деформаций аппарату-
рой, использующей токосъемники, может достигать 10—16%.
Известен другой способ построения тензометрической аппара-
туры [Л. 30], заключающийся в применении импульсных мостов, т. е.
мостов, питаемых импульсным напряжением »в отличие от мостов
постоянного и переменного тока.
Сведения о возможности использования импульсных мостов и
краткий анализ их свойств приведены в [Л. 22, 30, 34, 35]. Одними
из основных преимуществ аппаратуры с импульсными мостами
обычно являются ее повышенная чувствительность, меньшее потреб-
ление энергии. Особенно заметно эти преимущества проявляются
в многоканальных устройствах, где удается легко осуществить вре-
менное разделение каналов, что в значительной мере исключает их
взаимное влияние, повышает точность, позволяет легко сочетать ра-
боту аппаратуры с работой ЭВМ, обрабатывающей результаты. Сле-
дует отметить, что с применением импульсного питания мостов про-
исходит некоторое усложнение аппаратуры, ограничение диапазона
частот изменения измеряемых деформаций. Однако это усложнение
оказывается вполне оправданным в установках с большим числом
3
каналов (более 20) и ограниченным частотным диапазоном измё*
ряемых величин (до 100 Гц), а также в системах измерения дефор-
маций на движущихся деталях.
В последнем случае удается выполнить тензоустановку в виде
двух частей: передающей и приемной и, используя кодирование
выходных сигналов мостов, передать их по радиотракту. При этом
отпадает необходимость в применении токосъемников. Общая по-
грешность измерения с помощью радиотелеметрических тензостанций
не превышает 5%.
Появление в периодической печати работ авторов о результатах
разработки радиотелеметрических тензостанций вызвало интерес
у специалистов, занимающихся проведением прочностных испытаний.
Это послужило поводом для дальнейших исследований.
;Итогом выполненной работы является данная книга, в основу
которой положены оригинальные работы, проведенные авторами на
кафедре информационно-измерительной техники Рязанского радио-
технического института. В книге также сделана попытка обобщить
известные материалы по применению импульсного питания мостов
для целей тензометрии.
IB гл. 1 рассматриваются некоторые свойства импульсных мо-
стов и связанные с этим особенности построения импульсной тензо-
метрической аппаратуры.
Гл. 2 посвящена анализу точности устройств импульсной тензо-
метрии. Рассматриваются способы уменьшения погрешности.
Б гл. 3 подробно рассмотрены элементы и узлы устройств
импульсной тензометрии с описанием принципа их работы и приве-
дением основных расчетных соотношений.
Многоканальная тензометрическая установка для измерения де-
формаций на неподвижных деталях с выходом результатов измере-
ния на Э1В1М рассматривается в гл. 4.
Описание радиотелеметрических установок, предназначенных
для проведения измерения на движущихся или вращающихся де-
талях, дано в гл. 5.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, занимающихся
как вопросами разработки тензометрических установок, так и вопро-
сами их эксплуатации. Авторы понимали сложность стоящей перед
ними задачи и поэтому построили книгу так, что лицам, знакомым
с теорией передачи сообщений, с теорией погрешностей в объеме
программ электротехнических вузов и занимающихся разработкой
аппаратуры, можно начинать чтение книги с первой главы. Для
инженеров-механиков, связанных с эксплуатацией аппаратуры, наи-
больший интерес представляют гл. 3—5.
Авторы признательны доктору техн. наук, проф. М. В. Кулакову
и канд. техн. наук А. И. Фесенко, давшим ряд направляющих ре-
комендаций, а также редактору книги канд. техн. наук О. И. Долгих.
Ваши замечания и пожелания просим присылать по адресу:
1113114, Москва, М-Ш4, Шлюзовая наб., 10, издательство «Энергия».
Авторы
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ИМПУЛЬСНОЙ
ТЕНЗОМЕТРИИ
1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА
ИМПУЛЬСНЫХ МОСТОВ
Одним из основных элементов, от свойств которого во многом
зависят характеристики тензометрического устройства, является мо-
стовая цепь, в которую включен первичный измерительный преоб-
разователь — тензорез!истор. Поэтому целесообразно предварительно
рассмотреть некоторые характеристики и свойства импульсного мо-
ста, сравнивая их со свойствами мостов постоянного и переменно-
го токов.
В теории мостовых измерительных цепей [Л. 11] принято оцени-
вать свойства мостовой цепи целым рядом характеристик, из кото-
рых наиболее важной считается чувствительность. В зависимости от
элементов, из которых составлены плечи моста, от применяемого
источника питания и индикатора равновесия различают чувствитель-
ность моста по току, напряжению и мощности. В тензометрических
устройствах мосты активного сопротивления чаще всего работают
на электронный или полупроводниковый усилитель, имеющий доста-
точно высокое входное сопротивление, а поэтому оценивать свойства
тензомоста целесообразнее всего чувствительностью по напряжению.
Это же относится и к импульсным мостам, выходная диагональ ко-
торых нагружена на импульсный усилитель напряжения разбаланса.
Математическое выражение, определяющее чувствительность
импульсного моста по напряжению, совпадает с аналогичным выра-
жением для мостов постоянного тока [Л. Щ:
\ЯшЩг + Щ 1
где U — напряжение питания моста; Ri—сопротивление первичного
преобразователя; AR —изменение сопротивления первичного преобра-
зователя под действием измеряемой величины; R2 — сопротивление
плеча моста, соседнего с первичным преобразователем.
Следует, однако, помнить, что в отличие от мостов с непрерыв-
ным питанием чувствительность импульсного моста рассматривает-
ся лишь в моменты существования импульса питания.
Обычно применение импульсного питания моста связывают
с увеличением его чувствительности. Естественно, возникает вопрос
о предельной чувствительности. Из выражения (1) видно, что чув-
ствительность моста пропорциональна величине напряжения гогга-
5
ния, а поэтому задача определе-
ния предельной чувствительности
моста может быть заменена зада-
чей нахождения предельного зна-
чения напряжения питания. При
этом предполагается постоянство
всех остальных параметров, входя-
щих в (1).
В основу определения предель-
ного значения напряжения пита-
ния может быть положено явление
нагрева тензорезистора измери-
тельным током, приводящее к по-
явлению дополнительных погреш-
ностей. Решение указанной задачи
производится путем анализа теп-
лового состояния системы тензоре-
зистор — подложка — деталь и
основывается на знании конструк-
ции тензорезисторов и способа их
крепления [Л. 8, 24, 26]. Точное решение дифференциальных уравне-
ний теплового баланса данной системы затруднительно [Л. 23].
Для упрощения анализа тепловых процессов можно принять ряд
допущений:
1) излучательная способность тензорезистора мала, и ею мож-
но пренебречь;
•2) потери тепла за счет конвекции незначительны;
3) температура клея в проволочном тензорезисторе (рис. 1,а) и
подложки в полупроводниковом резисторе (рис. 1,6) одинакова во
всех точках и незначительно отличается от температуры детали
[Л. 23];
4) тепло, получаемое тензорезистором в результате протекания
по нему тока, передается клею, подложке и детали только в резуль-
тате теплопроводности.
Тогда с учетом принятых допущений, рассматривая резистор
как тело с внутренним источником тепла, можно записать уравне-
ние теплового баланса в виде
Рис. 1. Элементы конструкции
проволочного (а) и полупро-
водникового (б) тензомостов.
/ — бумага; 2—нить тензочувстви-
тельной решетки; 3 —клей; 4 — де-
таль; 5 — тензорезистор.
mc~df + as (в—е°) = р (О»
(2)
где т — масса тензорезистора, кг; с — удельная теплоемкость мате-
риала тензорезистора, (|Вт-с)/(кг-°С); а — коэффициент теплоотда-
чи, Вт/(м2«°С); s — поверхность тензорезистора, м2; во — температу-
ра окружающей среды и детали, X; в — температура тензорезисто-
ра, °С; Р — мощность, Вт.
Для равноплечего моста активных сопротивлений, питающегося
прямоугольным импульсным напряжением,
Um при яГ</<лГ + т;
О при пГ + т</<(п+ 1)7\
где Um — максимальное значение импульса питания; Т — период по-
вторения импульсов; т — длительность импульса; п=0, 1, 2, 3 ...
6
Мощность, выделяющаяся в тензорезисторе с сопротивлением /?,
О при пТ + т < t < (п + 1) Т.
Поставив значение Р(() в уравнение (2) и проведя ряд преоб-
разований, получим систему уравнений:
Т*Ж + М==0 при л7' + 1;<^<(«+1)^
(3)
где T^ — mc/as — тепловая постоянная времени тензорезистора; Д0 =
= в — ©о — превышение температуры; вш == Pm/«s — установившаяся
температура при воздействии непрерывной мощности Рт.
Решение системы (3) методом 2-преобразования Лапласа хоро-
шо известно [Л. 31].
Вводя безразмерные величины $^Т/Тв и у = х/^» получаем выра-
жения, описывающие закон изменения А0 во время действия
импульса питания и во время паузы. Решение получается в виде
смещенных решетчатых функций
Дв[Л( £] = вт
1 — — 5— е-9
1-е-?
J m 1 —е-*
Х^(в^-9(я+,) при 0<8<Y;
Ав[п, s]==e
1 _ e-9f -P (8-T)
— 0„
l-<?-PT
1-*-* *
Х^Р(.~Т)^М«+1) при Y<e<l,
X
(4)
где 8— некоторый произвольный параметр, значение которого ле-
жит в пределах 0<е<;>1.
Так как измерения обычно проводят через достаточный для
прогрева аппаратуры и тензорезистора интервал времени, то, устре-
мив в выражениях (4) п—*оо, получим уравнения огибающей изме-
нения превышения температуры в установившемся режиме
при 0< е < y;
1-<?
►—Эт
-=fe~* (е~т) при Y<e<l.
Отсюда определяются экстремальные значения превышения тем-
пературы. Подставляя в последние уравнения значения 8=0 и
8=y» находим:
Ав = ■
и*
4Ras \ е-$
А0 = •
4Ras i £-?
Для практики измерений важное значение имеет знание макси-
мального превышения температуры, которого достигает тензорези-
стор к концу импульса питания
при данных конструктивных па-
3flftN I I раметрах тензорезистора и
условиях его эксплуатации.
g\ I 1 Именно значение Л9Мако опре-
деляет дополнительные погреш-
$\ I I \ I ности измерения, вызываемые
нагревом тензорезистора изме-
^ ] ^Ч^Л рительным током. Поэтому зна-
чение допустимого превышения
2 Y _—"9*^^"о^$ температуры А0ДОп может слу-
жить критерием выбора макси-
мального значения импульса
0,0f 0,1 190 10 питания итлоп и, следователь-
но, максимальной чувствитель-
ности тензометрического моста.
При А6макс=А6доп ма-
ксимальное значение импульса
питания
Рис. 2. Выигрыш в чувствительно-
сти импульсного моста.
1 — g~P
(5)
Если мост питается постоянным напряжением U, то значение
установившегося превышения температуры для тех же условий экс-
плуатации
Приняв значение Ав=А0ДОп, можно показать, что применение
импульсного питания позволяет повысить напряжение питания моста
и достижимую чувствительность по напряжению в
(6)
раз. На рис. 2 показана зависимость выигрыша в чувствительности
импульсного моста по напряжению от соотношения периода повто-
рения импульсов и тепловой постоянной для различной скважности
по сравнению с мостом постоянного тока. Как можно установить из
выражения (6) и зависимостей, показанных на рисунке, применение
импульсного питания дает существенное преимущество лишь при
Р<4, т. е. при условии Г<7у На практике выполнение указанно-
fo условия не встречает трудностей, ибо в реальных условиях пе-
риод повторения импульсов питания 10~4—10~"2 с, а тепловая по-
стоянная времени 0,5—^2 с. Заметим, что значение тепловой постоян-
ной времени тензорезисторов зависит от многих факторов, таких, как
геометрические размеры тензорезистора, его конструкция, способ
наклеивания на деталь, теплофизические свойства клея, подложки
или материал детали и т. д. На основании этого выражение (6) пре-
образуется к виду
Именно эта приближенная формула рекомендуется для оценки
выигрыша в чувствительности импульсного моста и расчете пара-
метров питающих импульсов.
Поясним сказанное на простом примере. Тензометрическнй мост
питался постоянным напряжением 5 В. При импульсном питании
моста с частотой ^=1000 Гц (период Г=,1(Ю0 мкс) и длительно-
стью т=40 мкс чувствительность моста может быть повышена
в N=V\000/40=5 раз. При этом максимальное значение импуль-
сов питания составит J7TO=26 В. Дополнительные погрешности изме-
рения от нагрева датчика останутся на прежнем уровне.
Чувствительность и возможный выигрыш в чувствительности
импульсного моста определены для случая питания его импульсами
прямоугольной формы. Аналогичная задача может быть решена и
для случая питания импульсным напряжением другой формы, на-
пример треугольной, экспоненциальной, радиоимпульсами и т. д.
>В табл. 1 приведены результаты расчета возможного повышения
чувствительности моста по напряжению при условии, что период
импульсов питания существенно меньше тепловой постоянной време-
ни тензорезистора.
Таблица 1
Напряжение
питания
Форма импульса
Выигрыш. В чувстви-
тельности по нап -
ряжению
Прямоугольное с
Высоко частотным
заполнением
Экспоненциальное
Треугольное
Т
9
Применение импульсного питаний мостов в тензометрической
аппаратуре требует определенного подхода к выбору не только ма-
ксимальных значений питающих импульсов, но и частоты повторе-
ния F или периода следования T=\jF и длительности т.
Выбор периода повторения импульсов питания основывается на
том, что в процессе импульсного питания моста осуществляется
квантование по времени или временная дискретизация исследуемого
процесса. В результате непрерывная измеряемая величина представ-
ляется рядом значений, взятых в моменты существования импуль-
сов. Очевидно, что чем больше дискретных значений берется за пе-
риод изменения исследуемого сигнала, тем с большей точностью он
будет восстановлен в дальнейшем. Однако излишне малый период,
с одной стороны, усложняет процесс квантования, а с другой —
уменьшает скважность импульсов, что приводит к понижению до-
стижимой чувствительности и потере одного из основных преиму-
ществ импульсных мостов.
Период импульсов можно в общем случае определить из теоре-
мы Котельников а [Л. 2, 28]. На практике теорему Котельникова
применяют с некоторой поправкой [Л. 28], зависящей от реализо-
ванного способа интерполяции (линейная или ступенчатая) и точ-
ности воспроизведения исследуемого процесса. С учетом этого
макс
где ^макс — наибольшая частота в спектре исследуемого процесса;
tj — коэффициент, значение которого выбирается как т|л=0,7бКб—
при линейной интерполяции, т|от= (3—-6)т)л— при ступенчатой.
Здесь б — относительная погрешность восстановления.
Например, при исследовании процессов с верхней частотой
спектра до ^макс—'НХ) Гц, погрешности восстановления б=»1% и
ступенчатой интерполяции как наиболее просто реализуемой период
следования импульсов питания моста найдется следующим образом:
Y)CT = (3 —5).0,75/Ко7оТ = 25, Т= 1/2.25-100 = 2.10-4,
что соответствует частоте повторения импульсов питания 5 йГц.
Определение необходимой длительности импульса питания мо-
жет производиться на основании соотношений (5), (6) при установ-
ленном максимальном значении импульсов и периоде их повторения.
Однако при этом следует учитывать, что тензометр ический мост не
является чисто активным. Плечи его шунтированы паразитными
емкостями, в состав которых входят емкость монтажа, емкость
линии связи и т. д. Поэтому в общем случае тензометрический мост
может рассматриваться как четырехполюсник [Л. 30] с конечной по-
лосой пропускания А/. Тогда минимальная длительность импульса
питания найдется из выражения
Тм*н«'1,5/Д/.
В заключение можно сделать вывод о том, что применение
импульсного питания тензомоста приводит к значительному повы-
шению чувствительности моста по напряжению по сравнению с мо-
стами, питаемыми постоянным и переменным током. Параметры
напряжения питания моста должны выбираться с учетом условий
эксплуатации тензорезистора, частотных свойств моста и частотного
спектра исследуемого процесса.
10
2. ЧАСТОТНЫЙ СПЕКТР ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ИМПУЛЬСНЫХ мостов
Для определения структуры тракта усиления и преобразования
напряжения разбаланса моста, а также для определения требова-
ний, предъявляемых к узлам этой структуры, целесообразно предва-
рительно исследовать спектр выходного напряжения импульсного
моста. При решении этой задачи импульсный мост рассматривается
как модулятор, на один вход которого поступает преобразуемая ве-
личина, а на другой — несущая, прямоугольное импульсное напря-
жение с максимальным значением Um, длительностью импульсов т
и частотой ©=2я/Г.
В большинстве случаев измеряемая величина имеет сложную
форму изменения во времени. Однако на некотором интервале на-
блюдения это сложное колебание можно выразить с любой заданной
точностью с помощью преобразования Фурье в виде конечного чис-
ла гармонических составляющих с различными частотами и началь-
ными фазами. Тогда, воспользовавшись принципом суперпозиции,
можно рассматривать преобразование каждой гармоники отдельно.
Для простоты рассуждений примем исследуемый сигнал, воздей-
ствующий на вход модулятора, в виде
x(t) = Xmsln(Qt + <?),
где Q —частота исследуемого процесса.
На другой вход модулятора (моста) действует несущая, мате-
матическое выражение которой, приведенное к тригонометрической
форме [Л. 2] имеет вид:
«н(0=-Т- 2J U</m°) l«»(iWtf--?„) |» (7)
где фп — фаза n-й гармоники спектральной составляющей, а вы-
ражение
/ 2*\ "*? -/я-у-<'i-«
—00
—комплексная спектральная функция импульса периодической по-
следовательности, отдельный импульс которой описывается функ-
цией fih—ti), где ti и U — моменты времени, определяющие поло-
жение фронта и среза импульса. Так, для прямоугольных импульсов
Последовательность импульсов uB(t) подвергается амплитудно-
импульсной модуляции первого рода АИМ-'l, которая характеризует-
ся тем, что максимальное значение импульсов на выходе моста сле-
дует за изменением моделирующей функции во время существова-
ния всего импульса. Частотный спектр АИМ-! колебания может быть
вычислен, например, методом деформации последовательности им-
пульсов [Л. 2].
11
Применительно к .рассматриваемому случаю при предваритель-
ном начальном уравновешивании моста напряжение на его выходе
может быть записано как
„, {0 = -^Lmsin^ + ?)X
X JJ I *(/me)1 cos(mD<_
где т — коэффициент амплитудной модуляции.
Для импульсов длительности т с учетом выражений (8) ком-
плексная спектральная функция определится:
. лют
+3/2 sin~"2~"
-т/2 "T"
Тогда выходное напряжение моста
"1 (0 = ^fW8ln(w + rt +
00 2U
+ —^msin^Y-sin(Q^ + <p)cosnco^— "5")'
После тригонометрических преобразований выражение частотно-
го спектра напряжения на выходе моста приобретает вид:
"1 (t) = Um-^rmsm(Qt + <?) +
00 £/
л=1
(9)
00
+ sinJ\/i<D + Q)* + y — л©-^-j |=Л(2, 0 + Jj В(п<о, Q, {),
где A(Qf t) — составляющая частотного спектра, отображающая из-
00
менение исследуемой величины; 2 & (n<*» ®* 0 — бесконечная сумма
гармонических составляющих, кратных частоте несущей ©, с семей-
ством боковых, расположенных по обе стороны от /гсо на расстоя-
нии Q.
Примерный вид частотного спектра напряжения разбаланса по-
казан на рис. 3.
При анализе частотного спектра напряжения предполагалось,
что измеряемая величина изменяется по синусоидальному закону, и
12
никаких ограничений на выбор частоты Q не накладывалось. Оче-
видно, что все полученное справедливо для любой частоты в преде-
лах от нуля до максимальной частоты в спектре исследуемого
процесса. Отсюда можно сделать вывод, что в случае сложного за-
кона изменения x[t) со спектром, ограниченным частотой Qmukc
характер частотного спектра выходного напряжения моста сохра-
няется с той лишь разницей, что вместо отдельных боковых состав-
ляющих появляется спектр частот исследуемого процесса.
Как следует из выражения
(9), частотный спектр напряже-
ния на выходе моста содержит
составляющие в диапазоне ча-
стот от нули до бесконечности.
Поэтому теоретически для
усиления такого сигнала требу-
ется усилитель с бесконечной
полосой пропускания. Однако
интенсивность спектральных
компонент быстро уменьшается
[Л. 4] с увеличением п. В ре-
зультате основная энергия сиг-
нала концентрируется в узком
частотном диапазоне, так что
на практике усиление таких
сигналов производится с доста-
точно малыми искажениями
усилителями, имеющими огра-
ниченную полосу по опускания.
(В частности, усилитель няппяжения разбаланса моста должен
обладать наивысшей частотой полосы пропускания, определяемой
первым нулем спектра напряжения входного сигнала и равной
в данном случае
Искажения формы импульсов на выходе усилителя, возникаю-
щие три таком ограничении, рассматриваются в специальной лите-
ратуре ГЛ. 9, 29] по импульсной технике. Для строгости дальнейших
рассуждений можно предположить, что усилитель напряжения раз-
баланса моста имеет ■равномерную полосу пропускания во ©сем диа-
пазоне частот и коэффициент усиления, равный к$. Спектр напря-
жения на выходе усилителя тогда будет иметь те же частотные
составляющие, что и на выходе моста, а амплитуды увеличатся на
величину, определяемую коэффициентом усиления усилителя.
2а> +Я,
Рис. 3. Частотный спектр напря-
жения разбаланса моста.
3. СПОСОБЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА
Анализ частотного спектра напряжения на выходе моста и уси-
лителя позволяет сделать некоторые выводы о способах выделения
составляющей, несущей информацию об измеряемой величине. Для
упрощения .решения поставленной задачи можно воспользоваться
рассмотренными в [Л. 2, 10] методами демодуляции АИМ сигналов.
Как и в системах телеметрии, первый способ, который может быть
применен в тензометрических устройствах, состоит в непосредствен-
ном выделении полезного сигнала из спектра напряжения на выходе
13
усилителя. Способ основан на том, что в частотном спектре напря-
жения на выходе усилителя содержится составляющая
k,A (2, t) = ~- km sin (Qt + у). (10)
Очевидно, она может быть в простейшем случае выделена при
помощи фильтра нижних частот (ФНЧ). Схема тракта преобразова-
ния сигнала при этом состоит из импульсного усилителя и фильтра
нижних частот.
Если в этой схеме фильтр нижних частот обладает коэффициен-
том передачи &ф(/ю), то напряжение на его выходе с учетом выра-
жения ('10) определится как
ишх № = "Ж>*ф (/«*).
Охарактеризовав по аналогии с системами телеметрии эффек-
тивность данного способа демодуляции коэффициентом передачи де-
модулятора &д, получим:
Так как обычно &ф(/ю)<^1, имеем:
*д.Ф = Т <Т~-
В импульсной тензометрии чаще всего выбирается отношение
а следовательно, коэффициент передачи демодулятора очень мал.
Это в свою очередь требует применения после фильтра нижних ча-
стот дополнительного усилителя. Полученный ранее выигрыш в чув-
ствительности моста по напряжению вУ^ Т/т раз за счет применения
импульсного питания теряется вследствие малого коэффициента пе-
редачи демодулятора. Таким образом, измеритель, построенный по
этому способу, проигрывает по своим показателям устройствам с не-
прерывным питанием мостов.
Другой из возможных способов выделения полезного сигнала
основан на фильтрации полосовым фильтром одной из боковых
составляющих no±Q. В этом случае в схеме преобразования
фильтр нижних частот заменяется полосовым фильтром.
На выходе фильтра получается непрерывное амплитудно-моду-
лированное колебание с несущей шо. Для получения полезной
информации здесь необходимо дополнительное детектирование сиг-
нала. Очевидно, что и в этом случае коэффициент передачи демоду-
лятора будет очень мал и все преимущества импульсного моста
теряются в процессе преобразования сигналов.
Однако, как следует из выражения (11), коэффициент передачи
демодулятора можно увеличить применением импульсов большей
длительности. При этом следует заметить, что увеличение длитель-
ности импульсов возможно только на входе демодулятора, так как
увеличение длительности импульсов на входе всей системы, т. е.
импульсов питания моста, нецелесообразно, ибо это противоречит
самой идее импульсной тензометрии. Следовательно, увеличение
14
Длительности импульсов необходимо проводить либо перед демоду-
лятором, либо непосредственно в процессе демодуляции.
Удлинение импульсов осуществляют на практике различными
способами. Простейший из них заключается в применении обычного
детектора видеосигналов. Известно, что пиковые детекторы обла-
дают значительной инерционностью. Поэтому использование данного
способа связано с рациональным выбором элементов детектора:
емкости С и нагрузки R. Для нормальной работы детектора и пра-
вильного воспроизведения изменения измеряемой величины необхо-
димо, чтобы, с одной стороны, конденсатор успевал зарядиться за
время длительности входного
импульса до его максимального
значения, а с другой—ско-
рость уменьшения напряжения
на конденсаторе за счет разря-
да емкости через сопротивление
нагрузки за время паузы меж-
ду импульсами не была меньше
наибольшей скорости измене-
ния огибающей импульсов на
входе.
Исследование работы по-
добного демодулятора |[Л. 6]
показало, что применение его
целесообразно в устройствах
со сравнительно небольшими
коэффициентами амплитудной
модуляции и при небольшой
скорости изменения входного
параметра. Коэффициент пере-
дачи демодулятора лежит в
пределах 0,2—0,4.
Сравнение этого значения
со значением коэффициента де-
модуляции демодулятора на
основе фильтра нижних частот
показывает, что использование пикового детектора значительно по-
вышает коэффициент передачи. Однако анализ указывает на наличие
в спектре выходного напряжения демодулятора сравнительно боль-
шой составляющей частоты со, для уменьшения которой необходим
дополнительный фильтр.
Значительно лучшего эффекта демодуляции можно достичь,
применяя в качестве демодулятора управляемый пиковый детектор
[Л. 12], как это показано в устройстве на рис. 4,а.
Усиленное напряжение разбаланса моста 1 после усиления уси-
лителем 2 подается на пиковый детектор 3. Одновременно с появле-
нием входного импульса в цепь управления детектором подается
стробирующий импульс и создаются условия для заряда конденса-
тора детектора до максимального значения входного импульса. Если
следующий импульс оказывается больше по значению, то конденса-
тор дополнительно заряжается до максимального значения этого
импульса. Если максимальное значение следующего импульса мень-
ше предыдущего, то конденсатор разряжается и напряжение на нем
становится равным новому значению. Таким образом, напряжение
на конденсаторе следит за изменением максимального значения
Управляющий
импульс
(*)
1
О
о
и
о
XT
ивых
а)
п 11ГК *
Рис. 4. Структурная схема тракта
преобразования напряжения раз-
баланса (а) и форма выходного
напряжения (б).
15
входных импульсов. В паузах между импульсами напряжение на
конденсаторе практически не изменяется, сохраняя максимальное
значение входного напряжения на весь период, как это изображено
на рис. 4,6. Следовательно, такой детектор осуществляет увеличение
длительности импульсов на весь период, а выходное напряжение
будет иметь ступенчатую форму.
Удлинение импульсов в про-
цессе демодуляции сигнала на
весь период может рассматривать-
ся как переход от АИМ-il к ампли-
тудно-импульсной модуляции вто-
рого рода (АИМ-И). Поэтому
оценку эффективности данного
способа демодуляции целесообраз-
но провести, рассмотрев частотный
спектр напряжения на выходе де-
модулятора.
В соответствии с процессом
расширения импульсов на весь пе-
риод, осуществляемым в тракте
преобразования напряжения разба-
ланса, спектр напряжения на выходе управляемого детектора может
быть найден как
2F
3F
Рис. 5. Частотный спектр вы
ходного напряжения.
1 Q
Sinn —
"вых (0 = Ummko q— sin (Ш + у) +
+
л=1
Сравнение полученного выражения с выражением для спектра
напряжения на выходе импульсного моста показывает, что приме-
нение при демодуляции удлинения импульсов приводит к «сжатию»
частотного спектра по оси частот. Основная энергия сигнала при
этом сосредоточивается в области частот спектра измеряемой ве-
личины. Кроме того, в спектре выходного напряжения управляемого
детектора отсутствуют составляющие, кратные частоте следования
импульсов питания моста. На рис. 5 показан примерный вид спектра
выходного напряжения.
Анализ частотного спектра позволяет определить коэффициент
передачи управляемого детектора как демодулятора
[siOTU —
со
(12)
Сравнивая коэффициент передачи данного способа демодуляции
с ранее рассмотренными, нетрудно установить, что способ с приме-
нением управляемого детектора дает наибольший коэффициент пе-
16
/пе-
редачи, превышающий, например, коэффициент Передачи демодуля-
тора на основе фильтра нижних частот в Г/т раз. Одновременно
выражение (12) указывает на зависимость коэффициента передачи
демодулятора от частоты иссле-
дуемого процесса. Изменение ко-
эффициента передачи демодуля-
тора в зависимости от соотноше-
ния частоты процесса и частоты
питания моста показано на рис. 6.
Анализ частотного спектра на-
пряжения на выходе управляемого
детектора указывает также на на-
личие нелинейных искажений, воз-
никающих из-за наличия в соста-
ве выходного напряжения состав-
ляющих частоты nco±Q и приводя-
щих к появлению дополнительных
погрешностей измерения.
Таким образом, сравнение не-
которых возможных способов вы-
деления полезного сигнала показы-
вает, что наиболее полно удовле-
творяет всем требованиям импульсной тензометрии способ с пере-
ходом от АИ1М-1 к АИМ-Н при помощи управляемого детектора.
0,75
0,5
0,25
1
м
со
Рис. 6. Изменение коэффи-
циента передачи демодулятора
от соотношения частот процес-
са и питания моста.
4. ВЛИЯНИЕ ЕМКОСТИ ЛИНИИ СВЯЗИ
Тензометрическая аппаратура, применяемая для измерения на-
пряжений и деформаций, строится обычно так, что на объекте иссле-
дования размещается полумост, состоящий из двух тензорезисторов.
Один из тензорезисторов находится под действием измеряемой ве-
личины и называется рабочим. На второй тензорезистор измеряемая
величина не действует. Он выполняет функции термокомпенсации и -
называется компенсационным.
•Второй полумост размещается непосредственно в измерительной
аппаратуре. С ним связаны устройства балансировки моста. Связь
между полумостами осуществляется с помощью проводных линий,
имеющих часто довольно значительную длину.
В результате такого построения моста емкости линии связи
оказываются включенными параллельно тензорезисторам и плечи
моста уже нельзя рассматривать чисто активными.
Для исследования вопроса
влияния емкостей линии связи
на работу импульсного моста
воспользуемся схемой замеще-
ния, представленной на рис. 7.
Сопротивления тензорезисторов
Ru R2 шунтируются емкостями
линии связи С\ и Сг. Сопро-
тивления резисторов /?3 и R*
образуют вторую часть моста.
Источник импульсов питания
имеет выходное сопротивление
Rv и емкость Сг. Усилитель на-
Рис.
7. Схема замещения
импульсного моста.
2-653
17
пряжения разбаланса представлен на схеме входным сопротивлением
Яьх и входной емкостью Свх. Обычно в практических схемах вход-
ная емкость усилителя и выходная емкость источника питания име-
ют весьма небольшие значения, поэтому для упрощения рассужде-
ний ими можно пренебречь. Считая также сопротивление источника
питания очень малым, а входное сопротивление усилителя достаточно
большим, можно составить уравнение, показывающее изменение на-
пряжения на выходе моста при действии импульса питания. При
этом удобно представить импульс длительности т как разность двух
сигналов включения с максимальным значением <Um. Один из сиг-
налов, имеющий положительную полярность, включается в момент
/=0, другой — отрицательной полярности — с запаздыванием на
время т, равное длительности импульса литания. Тогда и выходное
напряжение моста найдется как разность сигналов на выходе, т. е.
реакций моста, полученных соответственно в результате воздействия
первого сигнала включения Um(t)t а затем второго сигнала включе-
ния— Um(t—x).
Применяя прямое и обратное преобразования Лапласа, можно
получить для первого сигнала включения напряжение на выходе
моста в виде
Ul W - Um (Rt + Rt) (RM + /?4) +
+ U«* (/?I + /?2)(Cl+C8) *
(13)
Первое слагаемое этого выражения определяется активным раз-
балансом моста и несет полезную информацию об измеряемой ве-
личине. Оно не отличается по виду от известных выражений для
мостов постоянного тока.
Второе слагаемое является результатом как активного, так и
емкостного разбаланса, моста. Это переходное напряжение, возни-
кающее на выходе схемы вследствие процесса заряда и разряда
емкостей линии связи. Оно затухает с постоянной времени
хс= /?f+/?a (Ci+Ct).
Обычно в тензометрических мостах Ri—Rz=R и Ci=»Ca=C,
тогда
*с = ~2~ (Ci -f- С*) = RC.
При полном активном балансе Ri=Rz и Ri=Ri начальное зна-
чение напряжения на выходе пропорционально только емкостному
разбалансу:
т. С2-Сг
«выхМ- 2 Ci + C. '
Одним из способов исключения этого напряжения является про-
ведение емкостной балансировки моста при полном активном ба-
лансе. Однако в процессе измерения, когда Ri^Rz, на выходе моста
18
вновь появится переходное напряжение с максимальным значением
в начальный момент
;(0) =
и>Вых
Рис. 8. Диаграммы напряже-
ния питания и выходного на-
пряжения моста.
2 Ri + R2 '
Естественно, наличие переходного напряжения искажает резуль-
тат измерения, если не принять специальных мер.
Учитывая затухающий харак-
тер переходного напряжения, мож-
но организовать процесс измере-
ния таким образом, что информа-
ция с моста будет сниматься толь-
ко при достижении переходным
напряжением ничтожно малой ве-
личины. Тогда, подключая реги-
стрирующее устройство к мосту
или усилителю разбаланса с за-
держкой относительно фронта им-
пульса питания, можно избежать
необходимости емкостной баланси-
ровки и рассматривать импульс-
ный мост, как мост постоянного
тока. Требуемое время задержки
от наличия переходного напряже-
ния, соответствующее, например,
активному разбалансу &RIR=
e=!10**5, при емкостном разбалансе
порядка 10% определяется как
/зад>ЗДС. (И)
Если момент подключения регистрирующего устройства к мосту
выбрать совпадающим с серединой импульса питания, то минималь-
ная длительность импульса питания найдется как
Тмин«£/зад=!Ш/?С.
Примерный вид напряжения питания и напряжения на выходе
моста показан на рис. 8. Заштрихованная часть импульса показы-
вает то напряжение, которое может быть использовано для реги-
страции. Диаграммы даны для измеряемых деформаций растяжения
(Л/?/#>0) и деформаций сжатия (AR/R<0).
Так как емкость С определяется параметрами применяемой ли-
нии связи (ее длиной и погонной емкостью), то очевидно, что дли-
тельность импульса питания будет в значительной мере зависеть от
условий применения аппаратуры и особенностей ее эксплуатации.
В случае предварительной емкостной балансировки моста до
величины порядка 1% время задержки уменьшается и становится
равным:
^зад S=STRC.
Это позволяет сократить длительность импульса питания или
же несколько увеличить удаление тензорезисторов от аппаратуры.
В табл. 2 приведены расчетные значения длины подводящих
проводников для линий связи с погонной емкостью 100 пФ/м.
Данные, приведенные в таблице, показывают, что максимально
допустимая длина линии связи у моста с предварительной емкост-
2* 19
ной балансировкой всего лишь на 30% больше, чем у моста без
уравновешивания. Это позволяет сделать вывод о нецелесообразно-
сти емкостной балансировки импульсного моста с тензорезисторами.
Таблица 2
Длительность
Наибольшая длина линии связи для тензорезистора с сопротив-
лением /?,м
Мост без емкостного Уравнове-
шивания
импульса пи-
тания "С, мкс
я
о
з
о
ё
г
о
ё
s
О
ё
ё
о
00
о
s
о
1
4
4
4
4
4
4
4
4
5
35
23
14
7
45
30
18
9
10
70
46
28
14
£89
60
36
18
20
139
93
55
28
178
119
71
36
40
278
185
110
56
357
238
143
71
50
347
232
139
70
446
297
178
89
100
695
463
278
139
893
595
357
178
Мост с емкостным уравнове-
шиванием
IB момент окончания импульса питания, т. е. действия на мост
сигнала включения отрицательной полярности с максимальным зна-
чением Uту в схеме вновь возникает переходное напряжение. Ма-
тематическая запись выражения для выходного напряжения в этом
случае будет соответствовать лишь второму слагаемому выражения
(13), но с противоположным знаком. К срезу импульса питания
может быть привязан момент отключения регистратора от моста,
а поэтому наличие переходного напряжения не сказывается на ра-
боте тензометрического устройства.
5. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ОДНОКАНАЛЬНЫХ
И МНОГОКАНАЛЬНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ
ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Проведенный анализ особенностей и свойств импульсных мостов,
исследование частотного спектра выходного напряжения импульсного
моста, выявление способа выделения полезного сигнала, а также
определение влияния емкости линии связи тензорезистора с аппара-
турой позволяют составить структурную схему одноканального тен-
зометрического устройства. Такая схема приведена на рис. 9,а. Мост
активных сопротивлений / содержит тензорезистор, на который воз-
действует измеряемая величина. Питание моста производится от ге-
нератора прямоугольных импульсов 2. Напряжение разбаланса моста
усиливается импульсным усилителем 3 и подается на управляемый
детектор 4. Управление пиковым детектором производится короткими
импульсами от генератора управляющих импульсов 6\ который сра-
батывает с задержкой относительно фронта импульса питания. Тре-
буемое время задержки устанавливается каскадом задержки 5.
20
При измерении изменяющейся во времени величины на запоми-
нающем конденсаторе Со пикового детектора образуется ступенчатое
напряжение, которое усиливается усилителем постоянного тока 7 и
регистрируется прибором 8. В качестве регистрирующего прибора 8
может 'быть использован электромеханический осциллограф для за-
писи информации на фотобумагу или прибор магнитоэлектрической
системы для непосредственного отсчета результата при измерении
величин, изменяющихся с небольшой скоростью. Примерный вид на-
x(t)k
а)
п п п п
п п п п.
I I I I I 1 I
б)
Рис. 9. Структурная схема одноканального тензометрического
устройства (а) и временные диаграммы его работы (б).
пряжений в различных точках устройства показан на рис. 9,6. Здесь
x(t) —кривая, показывающая изменение измеряемой величины; и\ —
напряжение питания моста; ы2 — выходное напряжение моста; из —
импульсы управления детектором; щ — напряжение на входе усили-
теля постоянного тока.
Наиболее значительно преимущества импульсного питания мо-
стов проявляются в многоканальных тензометрических устройствах.
Действительно, в импульсных системах питание мостов можно осу-
ществить таким образом, что в каждый момент времени запитывает-
ся только один мост. Таким образом производится временное разде-
21
ление каналов. Свойства систем с временным разделением каналов,
их преимущества хорошо известны из телемеханики |[Л. 2, 28J. Для
тензометрических устройств следует отметить, что временное разде-
ление приводит к малому влиянию одного канала на другой, воз-
можности передачи информации по одной линии связи, использова-
нию одних и тех же узлов для обработки сигналов с тензомостов и,
наконец, 'меньшему потреблению энергии по сравнению с устройства-
га
™ fill?
—1
1—1
*
г=тв
п *
1«ЯЛ
Т=пТ„
п
t
0 00
I т а>
щ ип2
илп., ипп
Рис. 10. Структурная схема
многоканального тензометриче-
ского устройства.
Mm
^ Т=пТ„
г
"п п *
б)
Рис. 11. Диаграммы формирова-
ния импульсов питания с соприка-
сающимися интервалами (а), с не-
соприкасающимися интервала-
ми (б).
ми, использующими непрерыв-
ное питание мостов. Последнее
свойство часто является ре-
шающим при выборе импульс-
ного способа питания, напри-
мер, в устройствах ограничен-
ного объема и энергоемкости.
Представляется возможным создание многоканальных тензомет-
рических систем по 'нескольким структурным схемам.
'На рис. 10 приведена одна из схем «многоканального устройства,
содержащего п тензометрических каналов.
Выходные импульсы тактового генератора / распределяются
по п выходам распределителем 2. Каждый выход распределителя
связан с одним из ключей Кл\—Клп. Импульсы с выхода распреде-
лителя открывают соответствующий ключ, и через него от источни-
ника питания 3 на мост подается постоянное напряжение. Процесс
переключения ключей осуществляется с приходом каждого импульса
с генератора тактовых импульсов. Таким образом, в данной схеме
длительность импульсов питания определяется периодом следования
импульсов тактового генератора, а частота отличается от частоты
тактового генератора в п раз. Характерной особенностью данной
22
схемы является питание моста импульсами с соприкасающимися
интервалами, как это показано на рис. 11,а.
Каждый тензометрический канал выполнен по схеме, приведен-
ной на рис. 9,а, и в многоканальном устройстве показан условно со-
стоящим из тензометрического моста Ми усилителя У и преобразова-
теля П\ и измерительного прибора ИП\. Как следует из структурной
схемы, данное устройство содержит п независимо работающих одно-
канальных устройств, объединенных общим распределителем и так-
товым генераторо1М. Структурная схема многоканального устройства
может 'быть изменена, если вместо источника питания и ключей
будут использованы импульсные генераторы, работающие в режиме
синхронизации или заторможенном режиме. Тогда параметры
JIC
-0 0-
г
' п
Рис 12. Структурная схема устройства с общим усилителем.
импульсов питания каждого моста определяются свойствами генера-
тора, и появляется возможность установки требуемых параметров
напряжения питания в зависимости от условий эксплуатации моста.
В этом случае мосты питаются напряжением с несоприкасающимися
интервалами, как это показано на рис. 11,6.
Структурная схема |устройства, имеющего большее (число общих
узлов, показана на рис. 12. Здесь 1 — тактовый генератор; 2 — рас-
пределитель импульсов; Л, /2... — генераторы импульсов питания
мостовых схем Ми Mz соответственно; 3— усилитель разбаланса;
4 — преобразователь; 5 — коммутатор; Пи Яг, ..Я»—преобразо-
ватели сигналов разбаланса; ИП\% ЯЯ2, ИПП—регистраторы.
Подобная структура устройства может быть использована в си-
стемах телеизмерений для передачи результатов измерения на
значительное расстояние. На передающей стороне при этом распола-
гается часть устройства, включающая мосты со схемами питания и
усилитель. Остальная часть связана с ней линией связи ЛС. Для
лучшей передачи информации по каналу связи после усилителя мо-
жет располагаться преобразователь 4, осуществляющий модуляцию
и преобразование сигналов к виду, наиболее удобному для передачи.
Однако следует помнить, что работа тензометри'чесшх мостов
на общий усилитель практически невозможна в системах с питанием
мостов импульсами с соприкасающимися интервалами из-за переход-
ных напряжений, возникающих на выходе моста при окончании
импульса питания.
Кроме того, объединение всех мостов на входе одного усилителя
приводит к появлению перекрестных искажений первого и второго
рода, оценка которых проведена в § 8.
23
Структурные схемы мШОканальных Тензометрических устройств
несколько упрощаются, если удается совместить функции распреде-
ления во времени и формирования импульсов питания в одном бло-
ке. При этом каждый генератор импульсов связан с последующим,
работающим в автоколебательном режиме, таким образом, что вызы-
вает задержку в срабатывании генератора на вполне определенное
время. Такое выполнение схемы питания мостов значительно снижает
число элементов устройства, повышает его надежность, сокращает
энергопотребление.
ГЛАВА ВТОРАЯ
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ
ИМПУЛЬСНЫХ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВ
6. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ОТ НАГРЕВА ДАТЧИКА
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ТОКОМ
Одной из основных причин, способных вызвать значительную по-
грешность в определении измеряемых деформаций или усилий с по-
мощью проволочных или полупроводниковых тензорезисторов, явля-
ются влияние температуры окружающей среды и нагрев датчика
измерительным током от источника питания. В общем случае воз-
действие температуры на резисторы носит довольно сложный харак-
тер [Л. 8, 24, 26, 27]. Сводится оно в основном к следующему:
1) изменяется удельное сопротивление материала датчика;
2) возникают дополнительные деформации от различия в значе-
ниях коэффициентов линейного расширения материалов детали и
тензорезистора;
3) изменяется коэффициент тензочувствительности материала
резистора.
В результате нагрева тензорезистора протекающим по нему то-
ком возможно также размягчение клея, которым резистор приклеен
к детали. При этом деформация испытуемой детали не передается
полностью тензорезистору и показания аппаратуры становятся не-
надежными.
Оценка погрешности от нагрева проволочных тензорезисторов
производится путем решения дифференциального уравнения теплово-
го баланса проволоки, клея и детали. Решения уравнений, аналогич-
ных по виду уравнению (2), рассчитанные для частоты F=\00 Гц
при амплитуде импульсов питания I/m=160 В и сопротивлении ре-
зистора i/?=ililO Ом (Л. 23], приведены на рис. 13. Кривые графиков
наглядно показывают изменение превышения температуры решетки
и клея БФ-4 во время действия импульса питания и во время паузы.
Можно заметить, что во время действия импульса превышения тем-
пературы тензорешетки Л8Макс значительно отличается от темпера-
туры клея и детали. В то же время превышение температуры клея
отличается от температуры детали на небольшую величину. Если
принять, что под действием температуры изменение сопротивления
резистора происходит за счет изменения линейных размеров и удель-
24
кого •сопротивления материала решетки, то относительное изменение
сопротивления тензорезистора определится выражением
Д/?/Я = («c-apA0(®i -в<>).
где ас—температурный коэффициент сопротивления; ар — темпера-
турный коэффициент расширения; k — коэффициент тензочувстви-
тельности; 0i — температура проволоки; 0о — температура детали.
ит,В
200
а в; с
Рис. 13. Изменение температуры перегрева тензорешетки (/) и<
клея (2) во времени.
а — за время действия импульса; б — в установившемся режиме.
Рассмотренные эксперименты проводились следующим образом
[Л. 23]. На стальную пластину наклеивался проволочный тензорези-
стор с вмонтированными в него двумя микротермопарами. Рабочий
спай одной термопары приваривался к проволоке тензорешетки, вто-
рой помещался в клее. Выводные электроды термопар изолирова-
лись клеем БФ-4. Запись изменения термоэлектродвижущей силы
при питании преобразователя импульсным напряжением проводилась
на осциллографе магнитоэлектрической системы.
Расчет, проведенный для одного из типов проволочных тензо-
резисторов, показывает, что при значениях юо=й-10~в °С, ар=
= 15-10—в °С, £=2,0 и |Дв=£16°С изменение сопротивления AR/\R=
——0,6в2, что соизмеримо с действием измеряемой величины.
Таким образом, при выборе параметров импульсного питания
необходимо учитывать влияние перегрева проволоки тензорешетки на
ш
погрешность намерения деформаций. Неучет влияния перегрева про-
волоки приводит к большим погрешностям.
•Воздействие температуры на полупроводниковые тензорезисторы
носит более сложный характер и объясняется свойствами полупро-
водникового материала. Так, на рис. 14 показана температурная ха-
рактеристика [Л. 27] германиевого полупроводникового тензорезисто-
ра (дендрит германия). Как
следует из кривой Л(в), темпе-
ратурный коэффициент сопро-
тивления может иметь как по-
ложительный, так и отрица-
тельный знак в зависимости от
диапазона температур. Величи-
на температурного коэффициен-
та сопротивления для кремние-
вых резисторов лежит в преде-
Ом
220
то
по
R
\0
-50
мВ
160
МО
180
100
80
60
го
UBb)x I |
С термо~
компенсацией^
о/
/
/
<
=80
40
I
W
30
110
190 °С
0 2 4 6 8 10 12 В
Рис. 14. Зависимость сопротив-
ления германиевого тензорези-
стора от температуры.
Рис. 15. Экспериментальные за-
висимости изменения выходно-
го напряжения моста при изме-
нении напряжения питания.
лах (4,1—'1,35) - Ю-3 1/°С, для германиевых 3,0-ilO"3 1/°С. Естествен-
но, что такое значение температурного коэффициента даже при не-
большом нагреве тензорезистора может привести к заметным погреш-
ностям измерения. На рис. 15 сплошными линиями показаны зависи-
мости выходного напряжения моста с германиевым тензорезистором
от максимального значения напряжения питания при различных
скважностях для небольшого начального разбаланса.
Снятые экспериментально, эти зависимости указывают на необ-
ходимость правильного выбора напряжения питания моста, ибо уже
при сравнительно небольших напряжениях нарушается пропорцио-
нальность в зависимости выходного напряжения от питающего. На
основании этого мосты непрерывного питания с полупроводниковы-
ми тензорезисторами обычно используют очень низкие напряжения
и чувствительность моста, как правило, невысока. Уменьшение чув-
ствительности моста сводит к минимуму те преимущества, которые
дает применение полупроводниковых тензорезисторов с высоким
коэффициентом тензочувствительяости. Поэтому использование
импульсного моста при правильном выборе параметров напряжения
питания может обеспечить в этом случае высокую чувствительность
измерительной аппаратуры.
Погрешности от температурного изменения сопротивления полу-
проводникового тензорезистора могут быть в значительной мере
Ж
уменьшены включением в одно из плеч моста специального тфмо-
шхмпенсационного резистора. Такие полупроводниковые преобразо-
ватели либо не подвергаются деформация!м, либо имеют коэффициент
тензочувствительности, равный нулю, и одинаковый с рабочим пре-
образователем температурный
%1
го\
коэффициент сопротивления.
Показанная на рис. 15 пункти-
ром линия, снята для моста
с термокомпенсацией. Пропор-
циональность между входной
и выходной величинами здесь
уже не нарушается в большом
диапазоне значений напряже- -
ния.
Другим, очень неприятным
фактором, с которым приходит-
ся сталкиваться при работе с
полупроводниковыми тензорези-
сторами, является изменение
коэффициента тензочувстви-
тельности от температуры. На
рис. 16 приведена зависимость
10
30
-50
О
50
150
Рис. 16. Зависимость коэффи-
циента тензочувствительности от
температуры.
коэффициента тензочувствительности от температуры [Л. 8] для
одного из типов датчиков. В диапазоне температур 20—100°С она
может быть аппроксимирована прямой и записана как
Д£/Ы00 = лДв,
где k0 — значение коэффициента тензочувствительности при некото-
рой начальной температуре во; а — постоянный* коэффициент, значе-
ние которого определяется типом тензорезистора. Например, для
резистора, характеристика которого показана на рис. 16, а=
=—0,243 1/°С
Так как погрешность от изменения сопротивления резистора
устраняется сравнительно просто и с достаточной точностью, то
можно считать, что погрешность измерения от нагрева тензорезисто-
ра измерительным током определяется только изменением коэффи-
циента тензочувствителыности. Если допустимая погрешность от
этого фактора связана со значением превышения температуры про-
стым соотношением
то на основании решения дифференциального уравнения (2) макси-
мальное значение напряжения питания найдется как
1 /Rsa 1 -
Отдоп=2[/— 5в —
Г*
(15)
Выражение (16) является дальнейшим уточнением выражения
(5). Оно учитывает не только условия эксплуатации тензорезисто-
ров, но и специфическую погрешность, возникающую при нагреве
преобразователя измерительным током.
27
?. ПОГРЕШНОСТИ, ШЗАЙНЫЕ С ДИСКРЕТНЫМ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕМ ИССЛЕДУЕМОГО ПРОЦЕССА
Как уже отмечалось, импульсный тензометрический мост осу-
ществляет квантование по времени исследуемого процесса. В процес-
се демодуляции амплитудно-модулированных импульсов происходит
восстановление непрерывного сиг-
нала по ряду его дискретных зна-
чений. Выбранный метод демоду-
ляции с использованием управляе-
мого детектора заключается в пе-
реходе от АИМ-i к АИМ-Н, что
равноценно применению при вос-
становлении непрерывного сигнала
ступенчатой интерполяции, как это
показано на рис. 17.
Погрешности при восстановле-
нии сигнала с помощью ступенча-
той интерполяции зависят от пе-
риода квантования и скорости из-
менения сигнала [Л. 28]. В простей-
Рис. 17. Форма сигнала при шем случае погрешность восста-
восстановлении его по дискрет- новления и период квантования
ным значениям. связаны известным соотношением
Т =
(4,5-7,5)^макс'
где -бг—погрешность восстановления; Fmqkc — максимальная часто-
та в спектре исследуемого процесса.
Анализ напряжения на выходе тензометрического устройства при
переходе от АИМ-I к АИМ-Н в процессе демодуляции показывает,
что в спектре выходного напряжения помимо полезной составляю-
00
щей Л(й, t) (9) присутствует сложное колебание 2 B(nmt Q, t)
п=\
более высоких частот, которое может рассматриваться как напря-
жение помехи. Оценка искажений полезного сигнала вследствие дей-
ствия помехи [Л. 2] производится по критерию относительной сред-
неквадратической погрешности 6П, под которой понимают отношение
среднеквадратического значения сигнала помехи еСк к среднеквад-
ратическому значению полезного сигнала ип.ск:
Подставив в выражение для Ъп величины еСк и Un.cK из (9) и
заменив Q на &макс, находим, что максимальная погрешность
1
1 —:
1 -^(2-*)
1
где |А=
28
=cd/Q„
Зависимость анйченйя относитель-
ной среднеквадратической погрешности
от соотношения верхней частоты сигна-
ла и частоты питания моста показана
на рис. (18. Из графика видно, что (
погрешность довольно быстро убывает
с ростом отношения частот. Сравне-
ние выбранного способа восстановления (
непрерывного сигнала по дискретным
значениям, проведенное по аналогично-
му критерию, показывает, что уже при
ц^З применение ступенчатой интерпо-
ляции (2) снижает нелинейные искаже-
ния более чем в 2 раза по сравнению,
например, с фильтрацией с помощью
ФНЧ (i). Максимальное значение по-
лезного сигнала на выходе устройства
при этом увеличивается в Г/т раз.
Таким образом, при выборе частоты
питания исходя из заданной погрешно-
сти восстановления 6<1% получается
значение ц>5. Это позволяет практиче-
ски не рассматривать погрешности от
влияния высокочастотных составляющих
в спектре выходного напряжения и счи-
тать, что погрешность восстановления
определяется только выбранным методом
восстановления непрерывного сигнала.
'у
1
\ \
\ \
V )
кг
\
\
А
си _
2,0
3,0
4,0
Рис. 18. Зависимость
значения среднеквадра-
тичной погрешности от
частоты сигнала и часто-
ты питания моста.
8. ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ПОМЕХИ В МНОГОКАНАЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВАХ
В многоканальных тензометрических устройствах, построенных
по схеме рис. 12 с применением общего усилителя напряжения раз-
баланса мостов, как и в системах телеметрии с временным разделе-
нием каналов, возможно взаимное влияние каналов, которое принято
характеризовать как появление перекрестных помех [Л. 2]. В зави-
симости от причин появления перекрестные помехи обычно делят на
помехи первого и второго рода.
Помехи первого рода в тензометрических системах появляются
в результате переходных процессов в мостовых схемах и наложения
переходного напряжения предыдущего канала на импульс разбалан-
са последующего. Погрешность этого рода носит аддитивный харак-
тер, и абсолютное значение ее найдется для интервала времени от
окончания импульса питания до следующего управляющего импуль-
са из выражения (12).
Усилитель напряжения разбаланса имеет частотную характери-
стику, ограниченную полосой пропускания А/. Это в свою очередь
вызывает перекрестные помехи первого рода, которые приближенно
можно оценить относительной погрешностью [Л. 2}
1_ -2,9<Д/тн)
^макс— т е 9
где ти — интервал между импульсами двух соседних каналов; т —
коэффициент амплитудной модуляции.
29
Перекрестные (помехи второго рода возникают из-за неравномер-
ности амплитудной и фазовой характеристик усилителя напряжения
разбаланса общего тракта в полосе, которую занимает спектр моду-
лирующих частот. Если используется усилитель переменного тока, то
перекрестные помехи второго рода проявляются в результате сме-
щения начального уровня выходного сигнала, изменяющего постоян-
ную составляющую входного сигнала одного из каналов. С этой точ-
ки зрения использование способа питания в каналах с соприкасаю-
щимися интервалами приводит к полной потере информации. В спо-
собе с несоприкасающимися интервалами возникает ошибка, меха-
низм появления которой можно пояснить следующим образом.
Если на вход усилителя поступает последовательность импуль-
сов, в которой только в одном из каналов осуществляется амплитуд-
ная модуляция, то сигнал приобретает постоянную составляющую.
Вследствие неравномерности частотной характеристики в области
низких частот усилитель переменного тока изменяет эту составляю-
щую, вызывая искажения выходного сигнала.
Пусть т — длительность импульсов питания мостовых схем, ти =
= 7—т — интервал между импульсами соседних каналов, п — число
каналов, um\(t) = UmsinШ — модулирующая функция в первом ка-
нале, a Q — частота, значение которой ниже граничной частоты по-
лосы пропускания усилителя в области низких частот.
В остальных каналах, кроме первого, максимальное значение
импульсов постоянно и равно U0. Постоянная составляющая сигнала
с перечисленными выше условиями
ят
В то же время
/11 п *
f "вх(')^=2 UmlV)dt.
О /=10
Первое слагаемое этой суммы
X
jtfm slnQtdt = tUmsinQt
о
при условии, что т<£я/&.
Остальные слагаемые имеют значение
-г
J ^/o dt = zUo.
о
Тогда постоянная составляющая сигнала на входе усилителя
а напряжение на выходе усилителя может быть записано как
«вы, W = А» [*вх(0- -^ио+^ — и^пШ^],
30
где h — коэффициент усиления усилителя в 'равномерной части ча-
стотной характеристики.
Последнее соотношение показывает, что в составе сяектра не-
модулированной последовательности появляется составляющая на
частоте Q с 'максимальным значением £/жт/лти, которое тем меньше,
чем больше число каналов и чем .меньше отношение т/ти.
Если «модуляция осуществляется во всех каналах сигналами, ста-
тистически независимыми друг от друга, то среднеквадратическая
погрешность от перекрестных помех второго рода равна:
—у ^|j(i)J "*-<"•-Hj/Е'>•
где Ui(Qy t)—низкочастотная составляющая входного сигнала 1-го
канала, спектр которой не входит в полосу усиливаемых частот ви-
деоусилителя.
Таким образом, для обеспечения малой погрешности от пере-
крестных помех необходимо снижать отношение т/ти и использовать
в многоканальных системах тензометрии питание мостов импульсами
с несоприкасающимися интервалами.
9. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
В общем виде структурную схему импульсного тензометрическо-
го устройства 'без обратной связи можно представить составленной
из последовательного соединения блоков ((рис. 19). В частности, для
устройства с передачей результатов на расстояние (телетензометра)
это блоки передатчика 1, канала связи 2 и приемника 3. При этом
в каждом из блоков на измерительную информацию накладывается
помеха, которую принято делить в зависимости от воздействия на
сигнал на аддитивную хп и мультипликативную ап [Л. 2].
Хп ОСп Х/7 ССГП Хл ОС%.
Рис. 19. Разомкнутая структурная схема тензометрического устрой-
ства.
Тогда согласно структурной схеме (рис. 19) выходной сигнал,
искаженный помехами, можно записать в виде
у={[(*:+;*„) (м +vj щ (&):+ а>п] +
+ Х"П} [M(ks) + a»n]9
где M(ki), M(k2), M(kz) — математические ожидания коэффициентов
передачи блоков.
3!
Проводя преобразования и пренебрегая членами второго я
третьего порядка малости, получаем выражение для выходного сиг-
нала с учетом помех
е/ = А1(Лэ) (* + *п0 + **по)>
где М (ko) = М (kikzkz) —математическое ожидание общего коэффи-
циента передачи системы;
, л п | * п
хп~гм (fci)"*" M(kik2)
— аддитивная помеха, приведенная ко входу всего устройства;
Га а' а" 1
М (k^M (k2yM (*.) I
— мультипликативная помеха, приведенная ко входу.
По характеру проявления общая погрешность подразделяется на
систематическую и случайную, причем считается, что систематиче-
скую погрешность принципиально можно исключить. Однако на
практике это часто связано с большими трудностями. iB этом смыс-
ле можно привести пример с проявлением систематической погреш-
ности при изменении внешних условий измерения.
Функциональную связь погрешности с изменением внешних усло-
вий можно определить. Однако множество внешних факторов, их
непрерывное изменение по случайным законам не позволяют сравни-
тельно просто использовать эту связь. Поэтому в (большинстве слу-
чаев (Л. 7, 14, 25] предлагается считать подобные погрешности слу-
чайными. В связи с этим наряду с известным делением инструмен-
тальной погрешности на систематическую и случайную принято клас-
сифицировать погрешности измерительных приборов, содержащих
ряд преобразователей, по характеру их возникновения {Л. 7, 32].
Подобная классификация позволяет полнее использовать математиче-
ский аппарат теории вероятности для количественного анализа по-
грешности. Становится возможным более четко провести границу
между систематической и случайной погрешностями.
С целью обобщения материалов в этом направлении предлагает-
ся делить погрешности импульсных тензометров на три группы.
К первой группе отнесены погрешности, обусловленные отли-
чием градуировочной характеристики тензометра от номинальной.
Источниками этих погрешностей являются, например, неточность
установки градуировочных сигналов, погрешность нанесения шкалы
прибора или отсчета при тарировке, отличие действительной функции
преобразования от принятой и т. п.
Погрешность данной группы постоянна для одного какого-либо
показания, но различна для разных точек шкалы, следовательно, она
является неслучайной функцией измеряемой величины. Это положе-
ние справедливо в промежутке от одной градуировки до повторной.
После повторной градуировки функция погрешности первой 'Группы
скачком изменяется, оставаясь далее постоянной до следующей гра-
дуировки.
'Новая функция погрешности может иметь некоторую стохасти-
ческую связь с предыдущей, в особенности если тарировка велась
с помощью той же измерительной и градуировочной аппаратуру,
32
.4/
V/A
У777Х ffis t
tp
Характер изменения погрешности первой группы для какой-то
точки шкалы в зависимости от времени приведен на рис. 20, где
tp — период градуировки.
Ко второй группе отнесены погрешности от влияния внешних
факторов в» (температура, влажность, изменение напряжения пита-
ния, вибрация, радиоактивность и т. д.) на параметры элементов
измерительных устройств. Погрешности второй группы функциональ-
но связаны с факторами в*.
Зная функциональную связь и
определяя значения факторов
0* в каждое мгновение, в прин-
ципе можно исключить по-
грешности второй группы, ис-
пользуя эту связь. Однако мно-
жественность факторов 0f,
сравнительно быстрое измене-
ние некоторых из них, труд- р 20 х изменения по-
ность определения функцио- но вызываемой отличием
нальнои зависимости и, нако- ™„™™л^
нец, сложность вычислительных TapHp°B04H°L^fnS
операций не позволяют пол- номинальной,
ностью избавиться от погреш-
ностей второй группы. Так как значения факторов 0* меняются
в большинстве случаев произвольно во времени, то погрешности вто-
рой группы являются неслучайными функциями случайных аргу-
ментов, т. е. по существу случайными функциями времени.
Третья группа представлена случайными погрешностями системы
при неизменных факторах 0*. Эта группа погрешностей обусловлена
собственными шумами и флуктуационными колебаниями в элементах
и трактах преобразования и передачи сигналов. Примером погрешно-
стей этой группы являются тепловой шум резисторов, дрейф нуля
усилительных схем после прогрева (во время прогрева имеется влия-
ние фактора — температуры}, электрические наводки ' на элементы
устройства и т. п.
Деление погрешностей на три группы характеризуется прежде
всего различием их частотных спектров.
Погрешности первой группы имеют очень узкий частотный
спектр, определяемый периодом между моментами градуировки
устройства. Заметим, что для тензометров характерна градуировка,
а не поверка. Это обусловлено тем, что при измерении на новом
объекте приходится, как правило, обязательно менять тензорезисторы
и реже регистратор.
Так как время измерения гораздо меньше периода между гра-
дуировками, то при измерении пользуются результатами последней
градуировки. В результате для погрешности первой группы коэффи-
циент корреляции можно принять равным единице в промежутке
времени, равном одному периоду градуировки, что подтверждает си-
стематические свойства погрешности первой группы.
Погрешности второй группы имеют «более широкий частотный
спектр, зависящий прежде всего от частотного спектра внешних
факторов 0*. Большинство из них изменяется сравнительно медлен-
но. Такие факторы, как температура, влажность, давление, солнечная
активность, могут быть математически описаны нестационарными
функциями времени, составленными из неслучайных функций, обу-
словленных среднегодовыми, среднемесячными и среднесуточными
3—653
33
колебаниями этих факторов и некоторыми стационарными случай-
ными функциями, обусловленными колебаниями этих факторов
в конкретные моменты времени.
Частотный спектр суммарного процесса изменения всех перечис-
ленных факторов обычно не превышает долей герца, т. е. лежит
в области очень низких частот. Другие из факторов О,-, такие, на-
пример, как вибрация, ускорения, имеют более высокочастотный
спектр, до единиц килогерц и далее. Влияние вибраций и ускорений
на погрешность сказывается в основном за счет тензо- и пьезоэф-
фектов в элементах и узлах устройства. Однако если учесть, что
даже тензо- и льезопреобразователи имеют очень малые изменения
своих параметров при использовании их для целей измерения вибра-
ций и ускорений, то элементы, не предназначенные для этих целей,
обладают еще более малым изменением. Поэтому погрешности от
вибраций и ускорений обычно гораздо меньше погрешностей от тем-
пературы и других факторов.
Вибрация и ускорения как внешний фактор, воздействующий на
измерительную систему, оказывают влияние в основном на долговеч-
ность и надежность работы устройства.
Таким образом, даже с учетом быстро меняющихся факторов
основная часть частотного спектра погрешностей второй группы рас-
положена в низкочастотной области и, как правило, ниже области
основной части спектра исследуемого процесса.
На основании изложенного выше корреляционная функция по-
грешностей второй группы имеет существенную протяженность с го-
раздо меньшей скоростью изменения, чем корреляционная функция
исследуемого процесса.
Вместе с тем факторы 6* нередко оказывают одинаковое влия-
ние на элементы и узлы измерительного устройства. Так, например,
транзисторы при увеличении температуры почти одинаково умень-
шают коэффициент усиления, снижают входное и проходное сопро-
тивления, конденсаторы с положительным ТКЕ увеличивают значе-
ние емкости, с отрицательным ТКЕ уменьшают его, проволочные
резисторы увеличивают свое сопротивление и т. п. Поэтому узлы, со-
бранные из таких элементов, имеют погрешности второй группы,
стохастически связанные между собой. Эта связь, которая может
характеризоваться взаимокорелляционным моментом, часто бывает
значительной, в особенности если узлы собраны из одинаковых эле-
ментов и по аналогичным схемам.
'Из ©сего сказанного следует, что погрешности второй группы
имеют достаточно сильные корреляционные связи.
Наконец, погрешности третьей группы по характеру возникнове-
ния относятся к погрешностям типа «белый шум», который, как при-
нято считать, имеет равномерный спектр с некоррелированными со-
седними значениями.
10. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ
РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Проведенный анализ частотных спектров позволяет выделить су-
щественные свойства погрешностей каждой группы и в соответствии
с этим определить возможные пути их уменьшения.
Одними из наиболее доступных для разработчика являются ме-
тоды повышения точности, основанные на введении структурной и
временной избыточности. Среди них наибольшее распространение по-
34
Лучил MetоД уравновешивания, оснойанный на создании общей обрат-
ной связи. Для импульсных тензометрических устройств структурная
схема метода уравновешивания аналогична схеме самоуравновеши-
вающихся мостов (рис. 21). Импульс разбаланса тензометрического
моста усиливается импульсным усилителем / и преобразуется преоб-
разователем 2 к виду, удобному для управления сопротивлением
резистора 3 или для управления параметрами импульсов генерато-
ра 4. Выходная информация может поступать в виде напряжения
постоянного тока, амплитуды, длительности или частоты следования
импульсов. При таком выполнении устройства наиболее важным его
узлом является обратный преобразователь выходного параметра
в сопротивление, ибо, как известно, в замкнутых системах погреш-
ность обратного преобразователя входит полностью в погрешность
результата измерения.
Рис. 21. Структурная схема устройства по методу уравновешивания.
В простейшем случае в качестве обратного преобразователя
(управляемого сопротивления 3) может быть использован терморези-
стор прямого или косвенного подогрева. При этом усиленное напря-
жение разбаланса преобразуется в напряжение постоянного тока и'
управляет частотой генератора импульсов питания. Так как сопро-
тивление терморезистора 3 зависит от мощности, рассеивающейся на
нем, то при постоянных максимальном значении и длительности
импульсов питания в схеме установится такая частота, что мост
окажется в состоянии, близком к равновесному. Воздействие изме-
ряемой деформации вызывает появление напряжения разбаланса и
изменение частоты следования импульсов питания. Выходная инфор-
мация в такой схеме снимается с выхода 1. Однако обратные преоб-
разователи на основе терморезисторов обладают, как правило, по-
вышенной инерционностью и значительной нестабильностью при
изменении внешних факторов, что снижает динамическую и стати-
ческую точность устройства.
Существенно большего эффекта повышения точности в импульс-
ных тензометрах и в особенности в телетензометрах можно добиться,
если вводить структурную и временную избыточность с использова-
нием значительных стохастических связей отдельных составляющих
погрешностей.
Одним из способов использования положительного коэффициента
корреляции между коэффициентами передачи блоков является введе-
ние контрольных сигналов в системах с частотными и временным
разделением каналов. При этом каналы должны иметь максимально
идентичное построение при частотном разделении сигналов и мини-
3* 35
мальный интервал времени -между передачей контрольных и измери-
тельных сигналов ори временном разделении. Искажения контроль-
ных сигналов на выходе анализируются, и вводится соответствующая
коррекция в приемной части для ликвидации получившихся иска-
жений.
Этот способ достаточно широко описан в {Л. 1, 15]. Однако
большей частью авторы рассматривают методическую погрешность
подобной системы, считая каналы для передачи измерительных и
контрольных сигналов полностью идентичными, особенно в случае
временного разделения сигналов. Это приводит к теоретическому
завышению возможностей такого способа.
Л.
X
6 | -L .
а
Рис. 22. Структурная схема устройства с временным разделением
контрольных и измерительных сигналов.
Для выяснения реальных возможностей метода проанализируем
структурную схему с временным разделением сигналов, показанную
на рис. 22. Здесь один из каналов используется для передачи сигна-
ла U\, уменьшающего аддитивную погрешность, другой 13% — для
уменьшения мультипликативной погрешности.
При передаче сигнала U\ (обычно нулевым значением) выходной
параметр запоминается блоком 5 и вычитается из выходных сигна-
лов всех каналов. Затем к входу подключается контрольный сигнал
V2, значение которого выбирается обычно вблизи номинального зна-
чения х. При этом выходной параметр сравнивается с контрольным
сигналом р приемной части, их разность усиливается, запоминается
блоком 6 и определяет на один цикл коэффициент преобразования
блока приемника 3. После проведенных коррекций подключаются
и преобразуются измерительные сигналы х.
Таким образом, измерительные и контрольные сигналы проходят
один и тот же канал, но с разностью во времени тк. Это время
определяет коэффициент автокорреляции поведения системы.
Для анализа мультипликативных погрешностей воспользуемся
функциями преобразования сигналов х и U2 с учетом скорректиро-
ванных аддитивных погрешностей
Uc = k\dkzM2;
U = klxk3xx.
Здесь индексы «О» и «т» при k\ и ks определяют коэффициенты
передачи блоков / и 3 в моменты времени 0 и т.
36
Положим зависимость коэффициента преобразования k3 прием-
ной части от управляющего сигнала UY на выходе блока 6 линей-
ной
къ = Лз + Ьъиу = а3 + Ь3к3 (Uc — р).
Тогда общий коэффициент передачи системы может быть описан
выражением
ko=ku|я3т+ьгхк6х[ i + b£j!h9]} • <16>
В частности, при kG—>-оо и полной идентичности каналов общий
коэффициент передачи
т. е. не зависит от. изменения коэффициентов передачи блоков.
Общая .мультипликативная погрешность схемы )(рис. 22) может быть
составлена из погрешности от нестабильности контрольных сигналов
р и U2y методической погрешности за счет конечности коэффициен-
та &е, погрешности от неидентичности каналов.
В реальных системах нетрудно устранить две первые состав-
ляющие, т. е. сделать рД/г=const и k$> 1.
Тогда выражение (16) можно записать в виде
Считая, что мультипликативная погрешность системы подчиняет-
ся условиям эргодичности, и выражая ее через дисперсию D(ko)
общего коэффициента преобразования, получаем:
D (ко) = 2№ (кг) М* (аг) {Y2 Ы [1 -гх (аш)] + Y2 (Ьв) [1 -г, (Ь*)] +
+ Y2 (*.) [1 -г, (к.)]} + 2^ (y* [1 -г, {кг)] +
+ Y2 (»•) [1 - rt (fc)] + Y2 (*•) [1 - г, (*•)]}. (17)'
где Y(^3), Y(&0» Y(^e)» Y №0—относительные дисперсии соответст-
вующего коэффициента; rx(az), гх(Ьз), rx(ks)9 rx (h) — линейные
коэффициенты корреляции соответствующего коэффициента с раз-
ностью во времени тк.
Из выражения i(17) следует, что при коэффициенте корреляции
rt, стремящемся к 1, мультипликативная погрешность уменьшается,
т. е. D(k0) стремится к нулю.
Анализ аддитивной погрешности схемы (рис. 22) приводит «сле-
дующему выражению для ее дисперсии:
D(Un)=khkh [Л (**) + /> (*„)]-
-2г(*п0, хпх) khkhyD(xn0)D(xax),
где хп0, хпх — аддитивные погрешности в моменты передачи контроль-
ного и измерительного сигналов.
Таким образом, идентичность каналов при временном разделении
можно характеризовать коэффициентом корреляции с разностью во
37
времени тк, определяемой моментами передачи соответствующих сиг-
налов.
В общем случае использование схемы (рис. 22) тем эффективнее,
чем больше превышение погрешностей второй группы над погрешно-
стями третьей группы, ибо величина коэффициента корреляции меж-
ду погрешностями зависит от этого превышения.
Расчеты показывают, что для снижения погрешности системы
в 5—б раз по сравнению с погрешностями блоков необходим коэф-
фициент автокорреляции порядка 0,98—0,99.
Подобного коэффициента корреляции можно добиться, например,
при коэффициенте корреляции погрешностей второй группы, равном
единице, и наличии погрешностей третьей группы с нулевой корре-
ляцией в 10—15%-ном соотношении с погрешностями второй груп-
пы. Именно такое соотношение погрешностей нередко встречается
на практике.
Рис. 23. Устройство, реализующее метод контрольных сигналов.
Для реализации метода контрольных сигналов на практике
в импульсных телетензометрах можно использовать дополнительные
мостовые схемы согласно схеме рис. 23. Генераторы импульсного
питания ГШ, ГИ2, ГИЗ последовательно во времени питают мосты
М7, М2у МЗ. Первые два моста используются для передачи контроль-
ных сигналов, последний — измерительный. Значение контрольного
сигнала задается соответствующим разбалансом моста, собранного
из прецизионных резисторов.
В импульсных телетензометрах чаще всего аддитивная погреш-
ность имеет незначительную величину по сравнению с мультиплика-
тивной. Поэтому достаточную точность можно получить, применяя
один контрольный сигнал для компенсации лишь мультипликативной
погрешности. При этом контрольный мост удобно монтировать из
тензорезисторов, склеенных друг с другом.
Недостатком схемы рис. 23 является взаимное влияние мостов.
Анализ показывает, что это влияние тем больше, чем больше отно-
сительное изменение сопротивлений тензорезисторов в измерительных
мостах. Величина погрешности при этрм имеет тот же порядок, что
38
и относительное изменение сопротивлений тензорезисторов. Так, для
проволочных тензорезисторов относительное их изменение, а значит,
и погрешность не превышают 0,1%- В большинстве практических
случаев подобной ошибкой можно пренебречь. Однако при использо-
вании полупроводниковых тензорезисторов погрешность от взаимно-
го влияния •мостов имеет большое значение. С -целью устранения это-
го явления можно применить схему соединения мостов, как это по-
казано в системе с временным разделением каналов (рис. 24).
Выход
Рис. 24. Схема телетензометра с устранением взаимного влияния
мостов.
Рис. 25. Структурная схема устройства с пробным сигналом.
Два плеча каждого из мостов составлены из стабилитронов
типа КС 162. Поэтому когда импульсное напряжение питания какого-
либо моста отсутствует, данный мост электрически изолирован от
земли и, следовательно, не нагружает другие мосты. В момент пита-
ния стабилитроны пробиваются и фиксируют данный мост относи-
тельно земли. Два плеча становятся источниками стабильного на-
пряжения. Так как в любой момент времени только один мост пи-
тается импульсным напряжением, то остальные в данный момент
изолированы от земли и не нагружают работающий мост. Таким
образом устраняется взаимное влияние мостов.
39
Следующим методом повышения точности импульсных телетензо-
метров на основе использования значительного коэффициента авто-
корреляции является применение пробного сигнала согласно струк-
турной схеме рис. 25.
Контрольный сигнал U достаточно малый, с частотой, превышаю-
щей верхнюю частоту исследуемого процесса, подключается к сум-
матору 6 с помощью коммутатора 4 и ключа 5.
Если период подключения 2тк, то в первую половину в канале
преобразуется сигнал х, а во вторую половину сигнал х+ U. Соот-
ветственно на выходе приемника 3 появляются сигналы, разделенные
по времени на интервал тк. Тогда
U о = ftiofeoXoJ
Полученные сигналы вычитаются один из другого, и разность
А = Ux — Uo = k{xk3x (Хх + U)— kioksoXo
подается на блок 7, где реализуется отношение
Uо kioksoXo
Р ="А klxk3x (Хх +U)— кюкгоХо ■
Если за время тк считать, что параметры ku ka> х не измени-
лись, то kio = kw kzo = kZx, xo = xx и тогда
/>=-£-. (18)
Следовательно, выходной сигнал в этом случае не зависит от
изменения коэффициентов преобразования к\ и кг.
Рис. 26. Передающая часть телетензометра, реализующего метод
пробного сигнала.
Практическая реализация метода пробного сигнала может быть
осуществлена согласно схеме (рис. 26).
Импульсное напряжение с генератора ГИ питает мост и одно-
временно поступает на счетный вход триггера Тг, который с по-
мощью ключа Кл периодически подключает к одному из плеч тензо-
49
метрического -моста образцовый резистор <R0. Таким образом, в один
из периодов импульсного напряжения, поступающего с импульсного
усилителя U максимальное значение импульсов пропорционально
только сигналу х, в другой — сигналу x+U. После преобразования
блоком 2 к виду, удобному для передачи, сигналы последовательно
передаются по каналу связи и обрабатываются в приемной части
согласно рассмотренному ранее алгоритму.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И УЗЛЫ УСТРОЙСТВ
ИМПУЛЬСНОЙ ТЕНЗОМЕТРИИ
и. источники ПИТАНИЯ МОСТОВЫХ СХЕМ
Источники питания импульсных тензометрических мостов долж-
ны удовлетворять таким требованиям, как достаточная мощность,
малое искажение формы импульсов, возможность установки требуе-
мых параметров импульсов пита-
ния (максимального значения,
длительности, периода повторе-
ния), возможность работы в режи-
ме автоколебаний, синхронизации
и внешнего запуска ((ждущий ре-
жим) , отсутствие тока через мост
в паузе между импульсами.
Наиболее полно этим требова-
ниям удовлетворяют схемы бло-
кинг-генераторов.
На рис. 27 приведена наибо-
лее распространенная схема авто-
колебательного блокинг-генерато-
ра на транзисторах. Наличие толь-
ко одного полупроводникового
прибора повышает эксплуатацион-
ную надежность схемы. Однако
входящий в устройство импульс-
ный трансформатор усложняет
конструкцию блокинг-генератора,
затрудняет его микроминиатюри-
зацию. В то же время трансформатор представляет ряд возможно-
стей применения.
Так легко осуществляется электрическая развязка цепи нагруз-
ки от источника питания схехмы; имея несколько нагрузочных обмо-
ток, можно одновременно питать несколько мостовых схем, получать
импульсы различной полярности. Максимальное значение выходных
импульсов может быть выше напряжения питания блокинг-генерато-
ра. Примечательным свойством является то, что мощная нагрузка
улучшает форму выходных импульсов. Эти качества блокинг-генера-
тора определяют его использование как источника питания мостов.
41
Рис.
ма
27. Принципиальная схе-
автоколебательного бло-
кинг-генератора.
Перепад напряжения в коллекторной обмотке трансформатора
равен напряжению питания схемы £к. Максимальное значение
импульса в нагрузочной обмотке
Um=naEK,
где пн — коэффициент трансформации между коллекторной и нагру-
зочной обмотками.
При ян=1 Um=EK.
Таким образом, блокинг-генератор позволяет формировать пря-
моугольное импульсное напряжение с максимальным значением, рав-
ным напряжению питания схемы. Так как падение напряжения на
транзисторе в состоянии глубокого насыщения очень слабо зависит
от внешних факторов, например температуры, то просто решается
задача стабилизации максимального значения импульсов за счет
применения стабилизированного источника питания.
Диод Д, подключаемый параллельно коллекторной обмотке
трансформатора, служит для подавления кратковременного импульса
выброса коллекторного напряжения, возникающего после запирания
транзистора.
Период повторения импульсов
где Ucm — максимальное значение напряжения на конденсаторе.
В большинстве практических случаев схема строится так, что Eq =
=£к, а параметры обмоток трансформатора выбираются такими:
Ucm^Ev. Тогда Т=>ДС 1п2«0,7/?С. Длительность выходных импуль-
Рис. 28. Блокинг-генераюр Рис. 29. Ждущий блокинг-генера-
в режиме синхронизации. тор.
сов блокинг-генератор а определяется временем насыщенного состоя-
ния транзистора и во многом зависит от индуктивности сердечника
трансформатора.
Кроме автоколебательною режима генератора питания моста,
в отдельных случаях возникает необходимость в работе генератора
42
в «режиме синхронизации и ждущем режиме. Синхронизация генера-
тора или его запуск производятся подачей специального импульсного
напряжения. Точка подачи напряжения на генератор зависит от по-
лярности напряжения и принципиальной схемы генератора.
В качестве подобных источников питания моста могут быть
с успехом использованы блокинг-генераторы в соответствующем ре-
жиме. На рис. 28 приведена часто применяемая схема блокинг-гене-
ратора в режиме синхронизации. Синхронизирующие импульсы £/Син
положительной полярности подаются от внешнего источника на
диод Д2, включенный в эмиттерную цепь транзистора. Для нормаль-
ной работы схемы необходимо, чтобы период синхронизирующего
напряжения был меньше периода собственных колебаний блокинг-ге-
нератора.
Особенностью ждущего блокинг-генератора является то, что
в нем часто отсутствует времязадающая емкость в цепи базы, как
это показано в схеме на рис. 29. Запускающие импульсы £/3ап поло-
жительной полярности подаются в пепь коллектора через дифферен-
цирующую цепочку R1, С1 и диод Д1. Резистор Rq включается для
возможного регулирования длительности формируемых импульсов и
их стабилизации.
12. ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ
РАЗБАЛАНСА
Усилители напряжения разбаланса импульсного моста по схемам
и принципу действия ничем не отличаются от обычных электронных
или полупроводниковых усилителей, например реостатных усилите-
лей низкой частоты. При определении требований, предъявляемых
к усилителям, следует учесть, что прямоугольный импульс на выходе
моста искажен коротким выбросом, наложенным на плоскую верши-
ну импульса. Длительность этого выброса во много раз меньше дли-
тельности импульса, а следовательно, и спектр частот выброса лежит
в области более высоких частот, чем спектр импульса питания.
В соответствии с этим при конструировании усилителя целесообразно
выбрать частотную характеристику из соображения неискаженной
передачи вершины импульса. Это требование легко выполняется кор-
рекцией частотной характеристики в области низких частот.
Обладая вполне определенной частотной характеристикой, усили-
тели напряжения разбаланса должны также иметь достаточно высо-
кое входное сопротивление, чтобы не нагружать мост, большой ко-
эффициент усиления с возможностью его регулировки для выбора
чувствительности тензометрического тракта.
Большинство современных ламповых и полупроводниковых уси-
лителей без применения специальных мер обладает входным сопро-
тивлением на уровне десятков, сотен килоом, что позволяет считать
его достаточно большим, если учитывать невысокое выходное сопро-
тивление моста с текзорезисторами. Если же требуется иметь вход-
ное сопротивление усилителя в сотни килоом или единицы мегаом,
то тогда в качестве входного каскада усилителя используется катод-
ный или эмиттерный повторители.
На рис. 30 показана принципиальная схема усилителя напряже-
ния разбаланса моста, используемого в устройствах импульсной тен-
зометрии.
Усилитель четырехкаскадный (транзисторы 77—Т4), с выходным
эмиттерным повторителем на транзисторе Т5. Все каскады выполне-
43
ны по аналогичным схемам, но параметры схем выбраны так, что
первые два каскада работают в режиме усиления малых сигналов,
а последующие — в режиме усиления больших сигналов. Плавная и
грубая регулировка коэффициента усиления производится с помощью
резисторов R4, R5 и Rl—R3, включенных в цепь отрицательной
обратной связи каждой пары усилителей. Общий коэффициент уси-
ления усилителя составляет 2000 и может уменьшаться в 10 раз.
Длительность входных импульсов 40 мкс.
Рис. 30. Принципиальная схема усилителя напряжения разбаланса.
Неплохие результаты дает применение в качестве усилителей
напряжения разбаланса интегральных микросхем, например усилите-
лей типа 1УТ401. Требуемый коэффициент усиления такого каскада
устанавливается изменением сопротивления резисторов в цепи обрат-
ной связи.
13. ДЕТЕКТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Детекторы импульсных сигналов, применяемые в тензометриче-
ских устройствах, осуществляют преобразование максимального зна-
чения усиленного напряжения разбаланса в напряжение постоянного
тока.
Как уже отмечалось, при анализе способа выделения полезного
сигнала для получения наибольшего коэффициента передачи детекто-
ра целесообразно в процессе детектирования производить удлинение
импульсов на весь период. Кроме того, срабатывание детектора
должно быть задержано относительно фронта импульса питания
моста, что позволяет исключить погрешности от наличия переходного
напряжения в выходном напряжении моста. Указанными свойствами
обладают детекторы, выполненные -на основе управляемого электрон-
ного ключа, нагрузкой которого является конденсатор. Такие схемы
называют синхронными выключателями или управляемыми детекто-
рами |Л. 10]. Схемное выполнение управляемого детектора будет
отличаться лишь схемой применяемого электронного ключа.
Одной из простейших схем управляемого детектора является де-
тектор с диодным ключом, схема которого показана на рис. 31. При
44
Действии mo цели управления £/упр импульса с максимальным значе-
нием, превосходящим значение входных сигналов, подлежащих де-
модуляции, происходят отпирание диодов Д1—Д4 «и заряд конден-
сатора С0 до максимального значения напряжения на входе ключа.
Одновременно во время действия управляющего импульса происхо-
Рис. 31. Диодный селектируемый детектор.
дит заряд конденсатора С такой полярностью, что после окончания
управляющего импульса диоды окажутся в закрытом состоянии.
В результате этого в паузе между управляющими импульсами кон-
денсатор С0 практически не разряжается, запоминая до следующего
управляющего импульса ма-
Т2
Т1
п
Jy"P
Выход
Рис. 32. Детектор на транзисторном
ключе.
ксимальное значение вход-
ного сигнала. С приходом
следующего импульса диоды
вновь открываются и в за-
висимости от значения вход-
ного сигнала конденсатор
С0 заряжается либо разря-
жается до нового значения
напряжения. В паузах меж-
ду импульсами конденсатор
С разряжается через рези-
стор R настолько, чтобы сле-
дующий импульс мог от-
крыть диоды, но в то же
время напряжение на С
должно оставаться больше, чем напряжение на Со. В таких детекто-
рах наиболее целесообразно применять кремниевые диоды, обладаю-
щие большим обратным сопротивлением.
Хорошие результаты получаются с применением в детекторе ком-
пенсированных транзисторных ключей, как это показано на рис. 32.
До подачи управляющего импульса разность потенциалов между
базой и коллектором транзисторов 77, Т2 равна нулю и транзисторы
находятся в режиме отсечки. Сопротивление между эмиттером и
коллектором при этом велико. Управляющий импульс [/упр переводит
транзисторы в режим насыщения. Сопротивление их резко падает и
конденсатор С0 заряжается до максимального значения входного
импульса, отслеживая в дальнейшем его изменение.
'Параметры детектора и требуемая длительность управляющего
импульса во многом зависят от применяемых в ключах транзисто-
45
1
Рис. 33. Схема интегрального
прерывателя типа 1КТ011.
ров. Кремниевые р-п-р и tt-p-n
транзисторы имеют, как правило,
большое прямое сопротивление,
что увеличивает постоянную вре-
мени заряда емкости. В свою оче-
редь это требует увеличения вре-
мени заряда или длительности уп-
равляющего импульса. Германие-
вые транзисторы обладают малым
прямым, но значительно меньшим,
чем кремниевые, обратным сопро-
тивлением. Поэтому их применение
целесообразно в устройствах со сравнительно большой частотой сле-
дования импульсов питания.
Вместо двух отдельных транзисторов в схеме детектора может
быть использован интегральный прерыватель, например типа 1КТ011
групп А, Б, В и Г. Схема такого прерывателя показана на рис. 33.
Основные технические характеристики микросхемы 1КТ011
Напряжение эмиттер—эмиттер. В:
для групп А. Б 6,3
для групп В, Г 3,0
Ток электродов, мА Не более 10
Остаточное напряжение, мкВ:
для групп А, В Не более 50
для групп Б, Г Не более 150
Сопротивление эмиттер—эмитер Ом Не более 100
Ток утечки эмиттер—эмиттер, А Не более 10*8
В последние годы в качестве ключевых устройств электронных
схем все чаще используются полевые транзисторы. На рис. 34 по-
казана схема детектора на полевом транзисторе 77 типа КП302В
со схемой управления на транзисторах Т2, ТЗ. При отсутствии
импульса на затворе транзистора напряжение превышает уровень
отсечки, равный 10 В. С поступлением импульса потенциал затвора
повышается до нуля и транзистор отпирается. Применяемый транзи-
стор типа КП302В обеспечивает ток заряда емкости не менее 33 мА.
Прямое сопротивление такого ключа в открытом состоянии менее
Вход г/ Выход
Рис. 34. Детектор на полевом транзисторе со схемой управления.
46
166 6м. ббратный ток ключа в закрытом состоянии не -более 1 мкА,
ток затвора Ю-8 А. Остаточное напряжение ключа на полевом тран-
зисторе менее 10 мкВ. Особенностью данной схемы является отсут-
ствие трансформатора в цепи управления, что позволяет провести
микроминиатюризацию схемы.
ПО
ЗО-
Г0О-
5 о-
iF4
I
JKTW !
12о-
13о-
10О-
Зо-
So-
ВО-
Зо-
20-
-о #
-о 7
-о/
\_Jt<T682_ |
Рис. 35. Принципиальные схемы интегральных прерывателей на
МОП-транзисторах.
В многоканальных тензометрических устройствах в качестве клю-
чей детектора могут быть использованы интегральные прерыватели
на МОП-транзисторах, например микросхемы 1КТ681 и 1КТ682
групп А, Б, В. Схемы этих прерывателей приведены на рис. 35.
Основные технические характеристики интегральных
прерывателей 1КТ681 и 1КТ682
Динамическое сопротивление сток—исток, Ом . . Не менее 100
Ток утечки сток—исток, А:
для групп А, Б Менее 10"«
для группы В Менее 10
Ток утечки затвора, А Менее 10"«
Остаточное напряжение между стоком—истоком,
мкВ Менее 10
Время включения, мкс 0,3
Время выключения, мкс 0,7
Допустимые напряжения, В:
сток—подложка
для группы А 10
для группы Б 15
для группы В 25
исток-подложка
для группы А 10
для группы Б 15
для группы В 25
затвор—подложка • . • 30
47
Как уже отмечалось, срабатывание селектируемого детектора
задерживается относительно фронта импульса питания на время, не-
обходимое для окончания переходного процесса в -мостовой схеме.
В качестве каскада задержки (на время 5—20 мкс, как это требуется
в большинстве практических случаев) могут использоваться любые
релаксационные схемы с регулируемой длительностью импульса,
например ждущие мультивибраторы или одновибраторы. Срабатыва-
ние каскада задержки при этом совпадает с фронтом импульса
питания моста, а срабатывание селектируемого детектора — со сре*
зом выходного импульса каскада задержки.
Современный набор интегральных микросхем позволяет выпол-
нить схему задержки и управления детектором без применения
дискретных элементов.
14. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В качестве регистрирующего устройства в тензометрических
устройствах наибольшее распространение получили магнитоэлектри-
ческие осциллографы.
Это приводит к тому, что выходное устройство тензометрической
установки должно успешно работать на малое сопротивление вибра-
тора осциллографа, а также одинаково линейно усиливать положи-
тельные и отрицательные напряжения, так как входная информация
может менять знак (деформации сжатия, растяжения).
Наконец, частотная характеристика выходного устройства как
усилителя постоянного тока должна быть согласована с частотными
свойствами вибратора осциллографа. Предъявленным требованиям
в наибольшей степени отвечают выходные устройства, выполненные
на основе эмиттерных повторителей (рис. 36).
В простейшей схеме рис. 36,а для обеспечения линейной связи
тока вибратора с напряжением на входе эмиттерного повторителя
для обеих полярностей входного сигнала сопротивление Ri должно
выбираться из условия
Рл _j_ R ^см > I ^г.макс I»
где £г.макс — максимальное напряжение на входе эмиттерного по-
вторителя. В противном случае транзистор эмиттерного повторителя
входит в режим отсечки.
Для максимально полного использования напряжения смещения
£см, когда |£г.макс| «Ясм, сопротивление Ri должно выбираться
близким к нулевому. Понятно, что такой режим работы невозможен.
Поэтому напряжение Есм должно быть существенно большим по
сравнению с |£г.макс|. Так, если сопротивление Ri выбрать равным
сопротивлению Rm, то напряжение £См должно по крайней мере
в 2 раза превышать |£г.макс|. Подобный режим также является
неудачным из-за низкого к. п. д. схемы. Другим недостатком про-
стейшей схемы является смещение выходного сигнала относительно
входного на величину, равную падению напряжения на эмиттерном
переходе транзистора. Температурный дрейф этого напряжения при-
водит к возникновению дополнительных погрешностей.
От многих указанных недостатков избавлена схема рис. 36,6,
в основе которой лежит модернизированный эмиттерный повтори-
48
тель. Его схема собрана на транзисторах 77, Т2 разной проводимости.
Эмиттерные переходы транзисторов шунтированы диодами Д19 Д2.
В данной схеме сопротивления в эмиттерных цепях транзисторов
можно выбирать существенно большими, чем в первой схеме. Отли-
чительной особенностью схемы является то, что при закрывании
транзистора Т2 положительным входным сигналом на нагрузку ра-
ботает второй эмиттерный повторитель на транзисторе 77 через
диод Д2. Другой характерной чертой приведенной схемы является
взаимная компенсация напряжений эмиттерных переходов транзи-
в) г)
Рис. 36. Схемы усилителей постоянного тока.
сторов и как следствие этого более стабильная работа выходного
каскада. Схеме свойственна небольшая нелинейность из-за конечного
прямого сопротивления диода Д2, которое включается при закры-
том транзисторе Т2 последовательно с нагрузкой Rm и тем самым
снижает коэффициент передачи сигналов положительной полярности.
Лучшую линейность характеристики вход-выход обеспечивает
схема, .приведенная на рис. 36,в. Здесь выходной каскад выполнен
по каскодной схеме на транзисторах разной проводимости, причем
каждый из транзисторов выполняет роль эмиттерного повторителя.
Для передачи сигналов отрицательной полярности служит транзи-
стор Т2, а положительной—транзистор ТЗ. Нагрузкой обоих тран-
зисторов является Rm. С целью вывода транзисторов на линейный
участок работы использованы делители R2, R3 и R49 R5. Резисторы
R6, R7 (с сопротивлением единицы ом) предотвращают выход из
строя транзисторов при отключении входного сигнала. Такой режим
возможен, в частности, в телетензометрах, когда приемная часть
4—653
49
включается в цепь питания раньше, чем включается передающая
часть. Несмотря на высокую линейность выходной характеристики
данной схемы, коэффициент передачи ее несколько ниже, чем в пре-
дыдущих схемах.
Наилучшими характеристиками обладает схема, представленная
на рис. 36,г и являющаяся комбинацией предыдущих схем.
Схема обладает близким к единице коэффициентом преобразова-
ния, высокой линейностью выходной характеристики и значительным
к. п. д. при работе на низкоомную нагрузку.
15. РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ТАКТОВЫХ СИГНАЛОВ
ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Временное разделение работы каналов многоканальных тензо-
метрических устройств осуществляется путем формирования импуль-
сов литания моста и тактовых сигналов управления работой каналов
с помощью сдвиговых регистров, построенных с использованием
интегральных микросхем, ферриттранзисторных ячеек или с помощью
специальных схем многофазных релаксаторов.
В качестве примера на рис. 37 приведена схема шестиканального
распределителя, выполненного на интегральных микросхемах.
«и
И1
иг из иь И5
И6
Рис. 37. Схемы шестиканального распределителя на интегральных
микросхемах.
Таблица состояний триггеров с приходом каждого из шести
входных импульсов показана ниже (табл. 3). Здесь же показано,
совпадение какого из выходов Q<, Qj триггеров используется для
однозначного распределения импульсов с выхода формирователя
коротких импульсов ФКИ в элементах И1—И6.
Подобные распределители могут обеспечить питание моста с до-
полнительным формированием импульсов питания (распределители
несовмещенного типа), либо выходной сигнал распределителя исполь-
зуется непосредственно для питания моста без дополнительного фор-
мирования (распределители совмещенного типа). В частности, боль-
50
Таблица 3
№ состояния
Выходы триггеров
Фиксируемое
совпадение
Qs
Qa
Qi
Q8
Qi
1
0
0
0
1
1
1
2
1
0
0
0
1
1
со
1
1
0
0
0
1
Q*Qt
4
1
1
1
0
0
0
Q.Q4
5
0
0
1
1
1
0
6
0
0
1
1
1
0
QsQ,
1
0
0
0
1
1
1
шая нагрузочная способность интегральных схем, например 133-й и
особенно 155-й серий, позволяет использовать их непосредственно
для импульсного питания тензометрических мостов без дополнитель-
ного усиления по мощности, т. е. создавать на их основе распредели-
тели совмещенного типа.
Выход 1
Выход 2
ВыхвдЗ
Выходd,
Рис. 38. Четырехканальный распределитель на автоколебательных
блокинг-генераторах.
Однако наименьшее число элементов распределителя достигается
8 схемах, построенных на основе синхронизированных релаксаторов.
К последним относится многофазный блокинг-генератор [Л. 20],
наиболее рациональная схема которого для целей питания четырех
тензометрических мостов показана на рис. 38.
Распределитель содержит четыре автоколебательных блокинг-ге-
нератора на транзисторах Т1—Т4. Диоды Д2—Д4; Д6—Д8; Д10—
Д12; Д14—Д16 связывают дополнительные обмотки трансформаторов
блокинг-генераторов с времязадающими конденсаторами всех осталь-
ных бл'Окинг-гечераторов.
4* 51
При срабатывании одного из них, например первого на транзи-
сторе 77, его выходной импульс с дополнительной обмотки заряжает
времязадающие емкости всех остальных блокинг-генераторов*, затор-
маживая тем самым их срабатывание. Емкость следующего одно-
фазного блокинг-генератора на транзисторе Т2 связана только
с частью нагрузочной обмотки первого через диод Д2, поэтому она
заряжается до меньшего напряжения, чем все остальные. Следова-
тельно, конденсатор С2 второго блокинг-генератора разряжается до
напряжения срабатывания раньше остальных. В результате следую-
щим сработает второй блокинг-генератор. При этом он снова под-
зарядит конденсаторы остальных блокинг-генераторов, поддерживая
их в заторможенном состоянии, причем конденсатор СЗ третьего
блокинг-генератора подзаряжается до меньшего напряжения, чем все
остальные, и поэтому следующим сработает третий блокинг-генера-
тор и т. д.
Временной сдвиг между импульсами двух соседних однофазных
блокинг-генераторов определяется максимальным значением импуль-
са, снимаемого с части дополнительной обмотки предыдущего бло-
кинг-генератора, и временем разряда емкости через соответствующие
резисторы RI, R29 R3, R4.
Для получения равного временного сдвига между выходными
импульсами емкости конденсаторов CI—С4 и сопротивления рези-
сторов RI—R4 должны выбираться одинаковыми, а также напряже-
ния импульсов с части дополнительных обмоток всех трансформато-
ров должны быть равными между собой.
Диоды Д4, Д5, Д9, Д13, включенные в базовую цепь блокинг-
генераторов, предотвращают разряд емкостей через коллекторные и
эмиттерные переходы транзисторов, стабилизируя тем самым времен-
ной сдвиг между импульсами.
При этих условиях можно пренебречь тепловым током и током
утечки транзисторов блокинг-генераторов и уравнение разряда кон-
денсатора представить в виде
du^_ kEK + EK
С dt — ~ R
где С=Ci=С2=С3= С4; R=R\=R2=Rz:=Ra, k — коэффициент
трансформации, связывающий часть дополнительной обмотки с пер-
вичной обмоткой.
Тогда временной сдвиг между импульсами длительности т опре-
делится из выражения
ти = /?С 1п(1 + £) + т
с учетом того, что блокинг-генератор срабатывает при нулевом уров-
не напряжения на конденсаторе С.
Период следования выходных импульсов каждого блокинг-гене-
ратора и соответственно полное время цикла распределения в общем
случае для п каналов
T = n[RC In (1+
Ранее было установлено, что для снижения перекрестных помех
отношение т/ти должно быть существенно ниже единицы. Для обес-
печения этого условия в рассматриваемом распределителе необхо-
димо, чтобы
RC 1п(1-М0»т,
что легко выполнимо.
52
Следует также указать, что построение совмещенных распредели-
телей на автоколебательных релаксаторах возможно только при не-
большом числе каналов. Так, на блокинг-генераторах удается прлу-
чить распределитель, устойчиво работающий при числе каналов не
более восьми—десяти.
16. МОДУЛЯТОРЫ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Среди аналоговых методов передачи телеметрической информа-
ции широкой популярностью пользуются время-импульсные и частот-
но-импульсные.
Импульсные мостовые цепи легко и естественно согласуются
с указанными видами модуляции. Для этого достаточно максималь-
ное значение импульса преобразовать во временной интервал или
в частоту следования импульсов.
Структурные схемы время-импульсных модуляторов телетензо-
метров и их временные диаграммы показаны на рис. 39. В структуре
рис. 39,а конденсатор С заряжается до максимального значения
импульса через зарядное устройство ЗУ. Разряжается конденсатор
постоянным током через стабилизатор СТ практически до нулевого
напряжения. Сравнивающее устройство СУ формирует из пилообраз-
ного напряжения на близком к нулевому уровню прямоугольные
импульсы, длительность которых пропорциональна амплитуде вход-
ных сигналов.
сд
"г
СУ
г
1 '
\
1
1
1
~ih<
т
тН
A
t
t
1 n
n
h
1 *
a)
6)
Рис.* 39. Структурные схемы время-импульсных модуляторов и вре-
менные диаграммы их работы.
В схеме рис. 39,6 импульсное напряжение с помощью синхронно-
го детектора СД преобразуется в ступенчатое. Одновременно с при-
ходом входного синхронизирующего импульса СИ опрокидывается
триггер Та и запускается генератор линейно-изменяющегося напряже-
ния ГЛИН. В момент равенства линейно-изменяющегося напряжения
и напряжения «ступеньки» с выхода СД сравнивающее устройство
СУ выдает сигнал, возвращающий триггер Те в исходное состояние.
Длительность импульса с выхода Те прямо пропорциональна ампли-
туде входного сигнала.
Схема рис. 39,а как наиболее просто реализуемая предпочтитель-
нее для использования в импульсных телетензометрах время-им-
шульсного метода передачи.
53
Рис. 40. Принципиальные схемы время-импульсных модуляторов.
.Простейшие принципиальные схемы время-импульсных модулято-
ров показаны на рис. 40.
В качестве зарядного устройства в обоих схемах используется
эмиттерный повторитель на транзисторе 77, в цепь эмиттера которо-
го включен запоминающий конденсатор С2. Диод Д1 служит для
восстановления постоянной составляющей и снижения перекрестных
помех. Конденсатор С2 разряжается через стабилизатор тока, со-
бранный на транзисторе Т2У в базу которого включен диод Д2 для
температурной стабилизации разрядного тока. Отличие схем рис. 40,а
и б заключается в применении различных схем сравнения. В схеме
рис. 40,а разрядный ток конденсатора С2 одновременно открывает
транзистор ТЗ, и, пока разрядный ток существует, транзистор ТЗ
насыщен. Полный разряд конденсатора приводит к достаточно рез-
кому снижению эмиттерного тока транзистора Т2, а следовательно,
и базового тока транзистора ТЗ, который, закрываясь, формирует
срез выходного прямоугольного импульса, длительность которого
равна времени разряда конденсатора С2.
Некоторая растянутость среза выходного импульса и повышен-
ная чувствительность формирователя к параметрам транзистора ТЗ,
характерные для схемы рис. 40,а, устранены в схеме рис. 40,а, устра-
нены в схеме рис. 40,6. Здесь в качестве сравнивающего устройства
применен усилитель с обратной связью на транзисторах разной про-
водимости T3t Т4. В исходном состоянии, когда конденсатор С2 раз-
ряжен, подбором делителя R3, R6 оба транзистора закрыты. С при-
ходом импульса заряжающего конденсатор С2 потенциал на базе
транзистора ТЗ увеличивается и оба транзистора резко открываются.
Во время разряда конденсатора подобное состояние схемы сохра-
няется, и только с полным разрядом конденсатора С2 потенциал
64
базы ТЗ понижается до уровня обратного опрокидывания схемы
формирования.
За счет процессов опрокидывания выходного каскада данной
схемы фронты выходных сигналов в ней значительно лучше, чем
в ранее рассмотренной.
В частотно-импульсных модуляторах импульсных тензометров
можно осуществить две функции преобразования:
линейное преобразование деформации в частоту импульсов;
линейное преобразование деформации в период следования
импульсов Г. Такое преобразование несложно осуществляется про-
стейшими релаксационными генераторами с регулируемой частотой.
Однако для мгалогабаритных телеметрических устройств наибольший
интерес представляют модуляторы, совмещающие в себе несколько
функций. В частности, в импульсных телетензометрах генератор вы-
ходных импульсов, частота или период следования которых меняется
в зависимости от модулирующего сигнала, можно совместить с ге-
нератором питания тензомоста.
Указанный метод совмещения функций реализован в схемах,
представленных на рис. 41.
В первой схеме (рис. 41,а) времязадающая цепь блокинг-гене-
ратора 77, питающего тензомост Af, составлена из емкости конден-
сатора С/ и эмиттерного повторителя на транзисторе Т2.
Рис. 41. Частотно-импульсные модуляторы совмещенного типа.
S5
Поэтому если во время релаксационного процесса конденса-
тор С1 заряжается до Uo=nTEK, где пт—коэффициент трансформа-
ции между коллекторной н базовой обмотками, то разряжается он
током
Uik9
где къ — коэффициент передачи эмиттерного повторителя на транзи-
сторе Т2\ U\ — входное напряжение транзистора Т2.
Напряжение на конденсаторе С1 меняется по закону
t
Uc = Uo-
й в момент Uc=0 происходит новое срабатывание блокинг-генерато-
ра. Тогда частота выходных импульсов блокинг-генератора опреде-
лится как
_К_
f = RiCtnTEKUl-
Если теперь учесть, что напряжение U\ получено на выходе де-
тектора Д, на вход которого поступает усиленное в kQ раз импульс-
ным усилителем ИУ напряжение разбаланса U9 тензомоста, то окон-
чательно функция преобразования модулятора примет вид:
k9koUe
RtCinTEK'
Таким образом, в схеме рис. 41,а деформация г преобразуется
в частоту следования импульсов.
В схеме рис. 41,6 период следования импульсов блокинг-генера-
тора приближенно оценивается выражением
1 Ек иС09
где Uсо — напряжение, до которого заряжается конденсатор во
время релаксационного процесса.
Напряжение Uco в схеме определяется суммарным максималь-
ным значением импульса положительной обратной связи, осуществ-
ляемой как через трансформатор Tpl, так и с выхода усилителя ИУ.
Если коэффициент трансформации Tpl равен /гт, а максимальное
значение импульса на выходе ИУ равно Uu то напряжение
Uco=nrEK+Ui.
В свою очередь напряжение с выхода ИУ пропорционально раз-
балансу тензомоста. Поэтому функция преобразования модулятора
по схеме рис. 41,6 имеет вид:
к
т. е. реализует почти линейную зависимость между деформацией и
периодом следования импульсов питания моста.
Нередко импульсный трансформатор является основным элемен-
том, препятствующим снижению габаритов модулятора телеметриче-
ских систем. В этом случае предпочтение следует отдать схеме мо-
дулятора, представленной на рис. 41,е. Здесь в качестве источника
питания тензометрического полумоста R5t R6 применен мультивибра-
тор на транзисторах 77, Т2 разной проводимости. Подобный муль-
тивибратор даже при^ равенстве параметров времязадающих цепей
СУ, R1 и С2, R2 генерирует существенно несимметричное импульсное
напряжение. Это объясняется тем, что транзисторы в один такт ра-
боты оба открыты и емкости заряжаются через малые сопротивления
базо-эмиттерных переходов, а в другой такт оба закрыты и конден-
саторы разряжаются через относительно большое сопротивление
резисторов R1 или R2. Другой особенностью мультивибратора явля-
ется то, что одна из связей в нем осуществлена через тензомост и
J
Рис. 42. Схема самобалансирующегося моста с частотным выходом.
импульсный усилитель. Поэтому напряжение, до которого зарядится
конденсатор во время открытого состояния транзисторов, определяет-
ся максимальным значением импульса с выхода усилителя ИУ. Пе-
риод следования импульсов питания приведенной схемы мультивиб-
ратора определяется временем закрытого состояния транзисторов и
зависит не только от постоянной цепи СУ, R1 или С2, R2, но и от
напряжения, до которого заряжаются емкости. Причем период опре-
деляется цепью, в которой разряд осуществится раньше. Так как
конденсатор заряжается практически до Ек, то при равенстве #iCi =
=R^2 период определяется зарядом конденсатора С2 напряжением
с выхода ИУ, меньшим, чем напряжение Ек. Таким образом, в схеме
реализована функция преобразования разбаланса моста в период
следования импульсов мультивибратора.
Существенная нестабильность частоты следования имульсов ге-
нераторов в вышеприведенных схемах модуляторов не позволяет
получить погрешность преобразования менее 3—5%.
Большей точностью характеризуются преобразователи, в кото-
рых тензомост уравновешивается автоматически. Такие схемы могут
быть названы самобалансирующимися мостами с частотным выхо-
дом. Один из вариантов такого преобразователя показан на схе-
ме рис. 42.
Устройство включает измерительный мост У, балансируемый ча-
стотой импульсов, усилитель импульсов 2> фазрчувсштедь/ньдй детек-
тор импульсов генератор импульсов управляемой частоты следова-
ния 4, стабилизатор тока 5.
В исходном состоянии полумост :из диодов Д1, Д2 и стабили-
тронов ДЗ, Д4 отключает напряжение на конденсаторе С2 от полу-
моста на резисторах R3, R4. С приходом импульса питания малой
длительности стабилитроны пробиваются и фиксируют максимальные
значения импульсов питания полумоста, составленного из тензорези-
сторов R3, R4 на уровне, определяемом напряжением стабилизации
соответствующего стабилитрона и напряжением на конденсаторе С2--
При этом на плечо моста R3 поступает сумма импульсных напря-
жений на стабилитроне ДЗ (Ui) и конденсаторе С2 {Uc—£2):
а на плечо R4 разность напряжений на стабилитроне Д4 U2 и кон-
денсаторе С2 (UC--E2):
U* = U2"—UC+E2.
Равновесие моста наблюдается при условии
Rz R*
или
Ut + Uc—E2 U2 — Uc+E2
Если учесть, что конденсатор С2 разряжается до нуля сразу
вслед за импульсом питания, а заряжается через стабилизатор тока
по линейному закону, то напряжение Uc можно выразить следую-
щим образом:
IT
ис="сГ'
где Т — период следования импульсов питания; / — ток заряда кон-
денсатора С2.
Разряд конденсатора С2 осуществляется с помощью ключа на
транзисторе 77, который открывается срезом импульса питания
моста.
Таким образом, условие равновесия в конечном итоге при-
мет вид:
IT IT
Из этого выражения следует, что равновесие моста зависит от
частоты импульсов моста, а следовательно, мост может быть ею сба-
лансирован. Для этого период следования импульсов питания дол-
жен быть равен:
=4 № + * +Еш)т
Если Ui = U2t а /?з=#4±Д#, то для балансировки моста период
импульсов необходимо изменять в линейной зависимости от измене-
ния сопротивления тензорезисторов:
•В рассматриваемом устройстве изменение периода следования
импульсов питания моста осуществляется автоматически.
В случае, если мост оказался выведенным из равновесия, то уси-
литель 2 усиливает импульсное напряжение с выхода моста, детек-
тор 3 преобразует максимальное значение усиленных импульсов
в постоянное напряжение, а последнее изменяет частоту импульсов
генератора 4, питающего мост, до тех пор, пока мост снова не вой-
дет в равновесие. В этом случае период следования импульсов пита-
ния моста прямо пропорционален изменению сопротивлений резисто-
ров R3 или R4, чувствительных к измеряемой неэлектрической ве-
личине.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН
НА НЕПОДВИЖНЫХ ДЕТАЛЯХ
17. МНОГОКАНАЛЬНАЯ ТЕНЗОСТАНЦИЯ С ВЫХОДОМ
НА ЦИФРОВУЮ ЭВМ. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
Прочностные испытания техники обычно сопровождаются прове-
дением тензометрических измерений в довольно значительном числе
точек. Иногда, например при испытании тепловозов, число исследуе-
мых точек достигает нескольких сотен. Измерение в каждой точке
производится при различных режимах работы и при разных усло-
виях. Таким образом, к окончанию испытаний накапливается огром-
ное количество информации, обработать которую вручную весьма за-
труднительно.
В последние годы для ускорения процесса обработки результа-
тов измерения стали применять различные специализированные
устройства, например анализаторы спектра и т. д. Но такие приборы
обычно решают только одну задачу и позволяют обрабатывать
одновременно небольшое число точек, чаще всего одну. Поэтому
в случае многоточечных испытаний при разнообразных поставленных
задачах указанные приборы не дают выигрыша и целесообразно
применять для ускорения процесса обработки цифровые вычисли-
тельные машины. Так как места проведения тензометрических изме-
рений и расположение вычислительного комплекса разделены суще-
ственными расстояниями, то непосредственный ввод результатов
в цифровую ЭВМ затруднен, а при испытаниях самоходных устано-
вок— часто невозможен или очень сложен и дорог. Существующие
тензометрические устройства обычно производят регистрацию ре-
зультатов в виде осциллограмм на фотобумагу или пленку. Для
ввода такой информации в машину необходимы подготовительные
процессы, также занимающие значительное время. Чтобы избежать
59
длительного процесса подготовки данных для ввода и обеспечить
простоту связи измерительного устройства с вычислительной маши-
ной, целесообразно осуществлять регистрацию результатов испыта-
ний, используя в качестве регистратора одно из внешних запоми-
нающих устройств (ЗУ) той цифровой ЭВМ, которая предназначает-
ся для операции обработки. Форма и порядок регистрации измери-
тельной информации при этом должны соответствовать тем, кото-
рые приняты в данной цифровой ЭВМ.
Анализ основных характеристик (емкости, быстродействия
и т. д.) внешних ЗУ показывает, что для целей многоканальной ре-
гистрации динамических величин /больше всего подходят ЗУ с за-
писью на магнитной ленте.
Рассмотренные ранее принципы построения аппаратуры с им-
пульсными мостами были реализованы в многоканальной тензостан-
ций с выходом на цифровую ЭВМ [Л. 5].
Тензостанция представляет собой устройство для измерения и
регистрации величин механических напряжений или усилий, дей-
ствующих в деталях механизмов машин. Она предназначена для ра-
боты с проволочными тензодатчиками при проводной связи с ними
в стационарных условиях. Регистрация результата измерения произ-
водится в цифровой форме на магнитную ленту и в аналоговой
форме на фотобумагу с помощью магнитоэлектрического осцилло-
Параметр 1
Рис. 43. Укрупненная функциональная схема тензостанций.
60
графа. Возможны f акжё индикация результата измерения по одному
из выбранных каналов в цифровой форме или визуальное наблюде-
ние одного регистрируемого процесса на экране электронно-лучевого
осциллографа.
На рис. 43 представлена укрупненная функциональная схема
тензостанции, показывающая ее состав и взаимодействие основных
узлов.
Измерительная часть станции предназначена для измерения де-
формаций, возникающих в различных точках объекта измерения, пу-
тем преобразования их в напряжение постоянного тока унифициро-
ванной величины ±1 В. В состав измерительной части входят четыр-
надцать тензометрических усилителей ТУ1—ТУ14 с импульсными
тензомостами. Через ключевые схемы Кл1—Кл14 выходные напряже-
ния усилителей поочередно подаются на аналого-цифровой преобра-
зователь АЦП. В тензостанции предусмотрена возможность регистра-
ции дополнительного сигнала (Параметр /), задаваемого напряже-
нием ±1 В. Для этой .цели в измерительную часть входят согласую-
щее устройство СУ и ключ Кл15.
С измерительной части унифицированные напряжения выдаются
для регистрации на магнитоэлектрический осциллограф, контрольный
измерительный прибор ИП1 и электронно-лучевой осциллограф «90.
Цифровая часть тензостанции осуществляет последовательное
преобразование входных сигналов постоянного тока каждого канала
в двоичный код, представляющий собой цифровой эквивалент изме-
ряемой неэлектрической величины. Получаемый код выдается через
соответствующие схемы совпадения на усилители записи У31—У35
схемы контроля четности единиц, а также на цифровой индикатор
ЦИ для индикации результата измерения любого канала по выбору
оператора. Одновременно в тензостанции имеется возможность ввода
в ЭВМ служебной информации (Параметр 2) в виде двоичного чис-
ла. Для этого в выходной регистр АЦП импульсом, соответствующим
шестнадцатому каналу, переносится число 0—31, задаваемое двоич-
ным кодом.
В качестве цифрового регистратора в станции применяется внеш-
нее запоминающее устройство (ЗУ) цифровой вычислительной ма-
шины «Урал-4» — типовой накопитель типа НМЛУ-440 на магнитной
ленте с использованием двух его лентопротяжных механизмов ЛМ.
Основная функция ЗУ — регистрация двоичного кода на магнитной
ленте в структуре чисел, принятой в машине «Урал-4»:
Блок автоматики обеспечивает синхронизацию работы всех
импульсных узлов, порядок и частоту опроса каналов, порядок пре-
образования и вывода цифровых результатов, а также вырабатывает
сигналы управления лентопротяжным механизмом.
Синхронизация работы узлов станции в режиме Работа осу-
ществляется воспроизводимыми с помощью усилителя считывания
УСч с заранее размеченной магнитной ленты синхронизирующими
импульсами СИ. Воспроизведенные импульсы формируются в груп-
пы блоком-формирователем групп ФГ, затем формирователями Ф1
и Ф2 выделяются нечетные синхроимпульсы СИ1 и четные СИ2
по двум различным выходам. Импульсы СИ1 в дальнейшем подаются
на блок распределения БР9 где они распределяются по 16 выходам
и используются для синхронизации работы каналов.
Частота следования этих импульсов определяется частотой СИ,
принятой в ЭВМ, и структурой регистрации чисел в ЗУ, что опреде-
ляет многие характеристики тензостанции.
61
Автоматическая остановка магнитной ленты и выключение запи-
си производятся сигналом с блока автоматики по окончании ленты
или после записи информации в необходимом числе зон. С этой
целью с магнитной ленты воспроизводятся импульсы признака номе-
ра зоны с помощью усилителя признака зоны УПЗ и осуществляет-
ся счет числа зон в СчЗ для определения заданного времени записи.
Информация записывается на магнитную ленту и читается с нее
одним и тем же блоком магнитных головок, являющимся универсаль-
ным. Для увеличения надежности 'регистрации вся информация пи-
шется на магнитную ленту девятью парными дорожками, располо-
женными симметрично относительно центральной линии на магнит-
ной ленте.
Кодовый материал располагается на магнитной ленте следую-
щим образом. По первым дорожкам в обе стороны относительно
центральной линии пишется синхронизирующая серия. По двум сле-
дующим дорожкам пишутся признаки начала и конца номера зоны.
Следующие две дорожки — специальные и в данной системе не
используются. Далее десять дорожек (по пять с каждой стороны)
отведены для записи кодов чисел и команд. Две крайние дорожки
служат для записи контрольных импульсов.
Контрольные импульсы записываются усилителем записи У36
только в том случае, если число единиц в регистрируемом двоичном
коде нечетное.
id
Признак зоны
| Запрет записи
0123^0123^012, си
иси.н1 I
1к.
UCUMZ
Запуск 1-го канала
Запуск
2-гоканала
иси.из
I Запуск 3-го
канала t
Рис. 44. Диаграммы формирования синхрони-
зирующих импульсов.
62
Код номера зоны пишется по дорожкам чисел и команд. Перед
кодом номера зоны по дорожкам признака номера зоны пишется
признак начала номера зоны. После кода номера зоны по дорожкам
признака номера зоны пишется импульс признака конца номера
зоны. Запись синхронизирующей серии производится после признака
конца номера зоны. Чтобы избежать стирания кода номера зоны при
записи чисел, 1блок автоматики считывает импульсы признака начала
и конца номера зоны и формирует с их помощью сигнал запрета
записи, блокирующий головки записи информации на данный
интервал.
В применяемом накопителе НМЛУ-440 структура регистрации
чисел такова, что одно полное двадцатиразрядное «машинное слово»
записывается на ленте по пяти дорожкам в четыре строки. Каждое
слово отделяется от другого интервалом в два периода следования
синхронизирующих импульсов. Результаты измерения, представляе-
мые шестиразрядным двоичным кодом, могут фиксироваться в ЗУ
только в две строки.
Регистрация чисел в тензостанции построена так, что одно «ма-
шинное слово» представляет собой результат измерения по двум со-
седним каналам. В соответствии с этим в блоке автоматики осуще-
ствляется формирование синхронизирующих импульсов СИ1, СИ2,
СИИ. Импульсы СИ1 подаются на блок распределения и исполь-
зуются для запуска тензометрических усилителей. Импульсы СИИ
применяются для переноса старшего разряда кода в ЗУ и регистра-
ции его по первой дорожке. Для того чтобы опрос каналов с прихо-
дом синхронизирующих импульсов начинался с первого, перед нача-
лом синхронизирующей серии осуществляется установка блока рас-
пределения БР в нуль импульсом признака номера зоны.
Формирование всех синхронизирующих импульсов в режиме
Работа показано на рис. 44. При остановленном лентопротяжном
механизме ЛМ проверка функционирования всех узлов тензостанции
производится подачей СИ от внутреннего генератора Г в режиме
Контроль.
18. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ ТЕНЗОСТАНЦИИ
Измерительная часть тензостанции включает в себя тензометри-
ческие мосты активных сопротивлений, измерительные усилители
с генератором питания каждого моста, линии связи, устройства ба-
лансировки и электрической тарировки. Упрощенная схема одного
тензометрического канала показана на рис. 45. Тензорезистор R1—
рабочий преобразователь, осуществляющий преобразование измеряе-
мой деформации в изменение электрического параметра, включается
в мостовую измерительную цепь. Для термокомпенсации в соседнее
плечо моста (включается преобразователь R2t однотипный с рабочим.
Таким образом, рабочий и термокомпенсационный преобразователи
образуют полумост, наклеиваемый на объекте измерения. Вершина
полумоста, т. е. точки соединения преобразователей, электрически
связывается с корпусом тензостанции. Второй полумост, состоящий
из резисторов R3 и R4t собирается на плате усилителя тензостанции.
Связь полумостов производится при помощи трехпроводной линии,
заключенной в металлический экран. В качестве балансировочных
резисторов R3 и R4 используются тензорезисторы с сопротивлением
200 Ом, наклеенные на небольшую балочку, изгибаемую микрометри-
ческим винтом. Такое выполнение балансировочного устройства обес-
63
йёчйвает плавную балансировку -моста, но требует подбора рабочего
и компенсационного преобразователей по разбросу параметров со-
противления. С помощью кнопки к одному из плеч моста подклюй
чается образцовый резистор R7, что приводит к разбалансу моста
на известную величину и позволяет проводить тарировку тензомет-
рического усилителя электрическим методом.
Питается мост прямоугольными импульсами напряжения, сни-
маемыми с выходной обмотки импульсного трансформатора Tpl.
Импульсный трансформатор и транзистор 77 образуют схему бло-
кинг-генератора, работающего в заторможенном режиме. Параметры
трансформатора выбраны так, что использование транзисторов типов
П601—П605 позволяет получать импульсное напряжение с длитель-
ностью импульса порядка 40 мкс. Максимальное значение импульсов
питания моста определяется напряжением питания блокинг-генерато-
ра и при выбранных параметрах трансформатора составляет 24 В.
С вершины полумоста, находящегося на плате тензоусилителя,
напряжение разбаланса подается на вход импульсного усилителя У,
собранного по схеме, рассмотренной в гл. 3.
С выхода усилителя усиленное импульсное напряжение разба-
ланса подается на ключевую схему, собранную на транзисторах
Т2—Т4. В исходном состоянии ключ Т2 нормально открыт. При этом
переходный конденсатор С2 через небольшое сопротивление ключа
разряжен. Ключ на транзисторах ТЗ, Т4 в это время закрыт. Запи-
рание ключа Т2 и отпирание ТЗ, Т4 происходят под действием стро-
бирующего импульса с обмоток трансформатора, включенного в схе-
му ждущего блокинг-генератора БГ. Блокинг-генератор генерирует
короткий прямоугольный импульс длительностью около 5 мкс. За-
пуск блокинг-генератора осуществляется выходным импульсом одно-
вибратора ОВ. Длительность выходного импульса одновибратора
15—20 мкс. Для этой длительности временное положение управляю-
щего импульса соответствует примерно середине импульса питания
моста, так как запуск генератора питания и одновибратора происхо-
дит одним синхронизирующим импульсом.
В момент действия импульса происходит быстрый заряд конден-.
сатора СЗ до амплитудного значения напряжения на входе ключа.
После окончания управляющего импульса ключи ТЗ, Т4 закрывают-
ся и напряжение на конденсаторе СЗ остается неизменным до при-
хода следующего управляющего импульса.
Одновременно с зарядом конденсатора СЗ происходит заряд пе-
реходного конденсатора С2. Это приводит к тому, что схема стано-
вится нечувствительной к малым изменениям входного сигнала. Что-
бы избавиться от этого неприятного явления, в промежутке между
входными импульсами конденсатор С2 разряжается через небольшое
сопротивление открытого ключа Т2.
Для обеспечения достаточно мощного выхода на контрольный
прибор или гальванометр магнитоэлектрического осциллографа в схе-
ме предусмотрен усилитель постоянного тока УПТ на транзисторах
Т5—Т9. Все транзисторы включены по схеме эмиттерных повторите-
лей. Первый каскад на транзисторе Т5 позволяет проводить настрой-
ку нуля на выходе УПТ (Установка нуля) с помощью резистора R8.
С выхода усилителя можно получить выходной сигнал ±10 мА.
Работа с тензометрическим усилителем осуществляется следую-
щим образом. Переключатель П1 переводится в положение Выклю-
чено. При этом вход импульсного усилителя заземляется. Переклю-
чатель П2 устанавливается в положение Прибор, подключая кои-
65
трольный прибор ЙП к выходу усилителя. Йосле этого производится
установка нуля УПТ. Далее переключатель П1 вновь становится
в положение Включено. На вход усилителя подается сигнал с тензо-
метрического моста и осуществляется активная балансировка моста.
Для необходимости записи исследуемого процесса переключатель П2
переводится в положение Запись. В процессе работы при необходи-
мости регулируется чувствительность измерительного тракта.
19. ЦИФРОВАЯ ЧАСТЬ ТЕНЗОСТАНЦИИ
Цифровая часть многоканальной тензостанции состоит из ключе-
вых схем Кл1—Кл15 аналого-цифрового преобразователя, логических
схем для переноса кода в ЗУ, цифрового индикатора, блока контроля
четности единиц и схемы установки служебного параметра.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет после-
довательное преобразование выходных сигналов тензометрических
усилителей, а также одного служебного параметра в виде постоян-
\ иси.к1
о-+\Кл1\ 1
нлг
Uf
УПТ
[
Пр
"3
ГИ
сч
Сброс'
Установка
параметра 2
Рис. 46. Структурная схема аналого-цифрового преобразователя.
ного тока в эквивалентный двоичный код. Структурная схема АЦП
изображена на рис. 46. Выходные сигналы тензоусилителей напря-
жением ±1 В поступают на входы 14 ключевых схем Кл1—Кл14.
Ключевые схемы открываются поочередно импульсами запуска соот-
ветствующего канала. На вход ключа Кл15 подается напряжение
постоянного тока для регистрации служебного параметра. Все клю-
чевые схемы работают на общую активную нагрузку. Выделяющиеся
импульсы подаются на вход усилителя постоянного тока УПТ с ко-
эффициентом • усиления, равным трем, который усиливает входные
импульсы и одновременно смещает их по уровню к напряжению
—3 В. Таким образом, на выходе УПТ напряжение изменяется от О
до —6 В, при этом отсутствию входного сигнала соответствует уро-
вень —3 В. Выходное напряжение УПТ поступает затем на схему
преобразования напряжения во временной интервал Пр. В этой
схеме производится быстрый заряд конденсатора через полупровод-
никовый ключ, управляемый синхронизирующими импульсами запус-
ка всех каналов. Заряженный конденсатор затем медленно разря-
жается через постоянный резистор, подключенный к источнику вы-
сокого напряжения. Сформированное таким образом напряжение
экспоненциальной формы, близкое к линейному на начальном участ-
ке, подается на сравнивающее устройство, основной частью которого
66
II n ~
\*cut
1 1
u
1
t
1
H 'I 1
У-зв
V
v
nzhzr
u u
Рис.
47. Временные диаграммы
работы АЦП.
является туннельный диод. С его помощью линейно-изменяющееся
напряжение на уровне от максимального значения до нуля преоб-
разуется в прямоугольный импульс. Длительность этого импульса
лежит в пределах 0—36 мкс. Нулю входного сигнала соответствует
длительность импульса 18 мкс.
Прямоугольные «импульсы в дальнейшем управляют работой ге-
нератора ударного возбуждения, формирующего пачки импульсов,
поступающие на счетччк. Временные диаграммы, поясняющие рабо-
ту АЦП, показаны на рис. 47.
Перед приходом каждой пачки \ и* \
происходит перенос предыду-
щего кода из счетчика в ЗУ и
обнуление всех триггеров счет-
чика. При частоте генератора
ударного возбуждения 1,78 МГц
число импульсов в пачке лежит
в пределах 0—64, что обеспе-
чивает получение в счетчике
шестиразрядного двоичного ко-
да. Для управления счетчиком
используются также синхрони-
зирующие импульсы, соответ-
ствующие шестнадцатому ка-
налу. Они подаются на единич-
ные установочные входы триг-
геров счетчика через логиче-
ские схемы совпадения для
ввода в счетчик служебного
параметра, задаваемого дис-
кретно. Потенциальное управление логическими схемами производит-
ся с помощью тумблеров, которыми одновременно набирается тре-
буемое число.
Для осуществления индикации кода, зафиксированного в счетчи-
ке, используется дополнительное запоминающее устройство, состоя-
щее из триггеров, в которое переносится информация из счетчика
АЦП. Перенос кода при этом проводится импульсом запуска кана-
ла, выбранного для индикации, через импульшо-потенциальные логи-
ческие схемы совпадения. Индикация числа производится при помо-
щи ламп накаливания, управляемых от триггеров через эмиттерные
повторители.
Аналогичные имнульсно-иотенциальные схемы совпадения исполь-
зуются для передачи кода из счетчика к усилителям записи ЗУ.
Для увеличения надежности регистрации информации и исклю-
чения ошибок при считывании в тензостанции предусмотрен контроль
четности единиц, регистрируемых в одной строке. Контроль четности
выполняется блоком контроля, состоящим из ряда логических схем.
Если количество единиц, записываемых в строке числового мате-
риала, нечетное, на выходе логических схем появляется сигнал,
открывающий импульоно-потенциальную схему совпадения. При этом
синхронизирующий импульс поступает на вход соответствующего
усилителя записи. Если число единиц четное, то входной сигнал
с логических схем запрещает прохождение контрольных импульсов
для регистрации.
Работа цифровой части тензостанции тесно связана с работой
блока распределения и схем формирования синхронизирующих
67
импульсов ФГ, Ф1, Ф2 (рис. 43). В качестве этих схем в тензостан-
ции используются формирователи импульсов и сдвиговые регистры,
выполненные на ферриттранзистарных ячейках.
20. КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЕНЗОСТАНЦИИ
Тензометрическая станция состоит из двух аналогичных по прин-
ципиальному выполнению тензометричеоких установок. Конструктив-
но станция выполнена в шкафу накопителя НМЛУ-440 с использо-
ванием только двух лентопротяжных механизмов. Внешний вид тен-
зостанции показан на «рис. 48. В верхней части шкафа размещены
лентопротяжные механизмы,
устройство перемотки ленты
для хранения, блоки управле-
ния движением ленты. Боко-
вые стенки шкафа представля-
ют собой карманы для приема
и размещения ленты. В обыч-
ных условиях лента хранится
в кассетах. Перед работой
станции лента перематывается
в один из карманов и при за-
писи информации перемещается
в другой. С торцов шкафа рас-
полагаются блоки измеритель-
ных усилителей с органами на-
стройки и управления, цифро-
вой преобразователь и индика-
тор, контрольный измеритель-
ный прибор. Измерительный
прибор, тумблеры установки
дискретного параметра и пере-
ключатель выбора канала л л я
балансировки и индикации раз-
мещены на наклонной панели.
Под панелью располагаются
разъемы для подключения тен-
Рис. 48. * Общий вид многоканаль- зометрических мостов, гальва-
ной тензостанции. нометров магнитоэлектрическо-
го осциллографа и источников
питания.
. Внутри шкафа, в нижней части его, размещается блок преобра-
зования постоянного напряжения в переменное трехфазное для
питания двигателей лентопротяжных механизмов при общем питании
станции от аккумуляторов. Здесь же расположен основной вентиль
включения и регулирования отсоса воздуха от прижимного стола
лентопротяжных механизмов.
Основные технические характеристики
тензостанции
Число рабочих каналов 14
Диапазоны измеряемых деформаций, отн. ед. деф.
0—10-4
0—5-10-4
о—ю-»
€8
Диапазон частот исследуемых процессов, Гц 0—50
Способ питания мостов Импульсный
Параметры питающего напряжения:
максимальное значение, В 24
длительность импульса, мкс 40
Максимальное удаление тензостанции от объ-
екта измерения, м Не более 50
Сопротивление рабочих тензорезисторов, Ом . . 200+0,50
Служебные регистрируемые параметры:
дискретные числа 0^-31
напряжение постоянного тока ±1 В
Выходной ток тензометрических усилителей,
мА ±Ю
Выходной код Деоичрый шестираз-
рядный
Виды регистрации: Цифровой на магнит-
ной ленте, осцилло-
графический на фото-
бумаге
Потребляемая мощность, Вт Не более 300
Основные технические данные запоминающего
устройства
Носитель информации 35 мм неперфорированная
магнитная лента типа 2 Вт
Длина магнитной ленты, м 60—80
Время пуска ленты, мс 3#—60
Время остановки ленты, мс . . . . . . . 25
Метод записи Контактный, по двум
уровням магнитной ин-
дукции без промежутков
Количество дорожек на ленте 18
Ширина каждой дорожки, мм 1
Скорость движения ленты, м/с 2
Плотность записи, импульсов/мм 12
Число зон кодового материала 32
ГЛАВА ПЯТАЯ
АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ
НА ПОДВИЖНЫХ ДЕТАЛЯХ
21. ОДНОКАНАЛЬНАЯ РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ
ТЕНЗОУСТАНОВКА
Тензоустансшка предназначена для измерения статических я ди-
намических деформаций, возникающих в движущихся частях машин
и механизмов, в местах, недоступных для соединения (проводной
связью (первичных преобразователей с отсчетным и записывающим
устройством, а также в случае, когда контактный съем информации
с тензомостов сопротивления оказывается ненадежным из-за высоко-
го уровня шума.
69
Тензоустановка выполнена в виде двух основных частей: пере-
дающей и приемной [Л. 15]. Передающая часть преобразует деформа-
ции исследуемой детали в частоту следования радиоимпульсов. При-
емная часть принимает частотно-импульсно-модулированный (ЧИМ)
сигнал и преобразует его в напряжение постоянного тока, которое
затем подается на вибратор магнитоэлектрического осциллографа
для регистрации. Принципиальная схема передающей части приведе-
на на рис. 49.
Тензометрический полумост питается импульсным напряжением
с выходной обмотки блокинг-генератора на транзисторе Т2. Разба-
ланс моста при изменении сопротивлений тензодатчиков приводит
к изменению максимального значения напряжения на выходе моста.
Эти импульсы усиливаются с помощью импульсного усилителя на
транзисторах ТЗ, Т4 и поступают на амплитудный детектор, собран-
ный на транзисторе Г5. Постоянное напряжение на емкости С7, про-
порциональное разбалансу моста, через транзистор 77 управляет
током разряда емкости С1 времязадающей цепочки. блокинг-генера-
тора. Транзистор 77 предназначен для устранения положительного
выброса на срезе импульса разбаланса. Для этого импульс питания
дифференцируется с помощью цепочки С4, и положительный импульс,
соответствующий срезу импульса разбаланса, отпирает транзистор 77.
Тем самым вход транзисто-ра Т5 в этот момент оказывается зашуи-
тированным, и влияние выброса на детектор устраняется. Импульсы
с блокинг-генератора поступают на высокочастотный генератор на
транзисторе Т6 для модуляции высокочастотных колебаний, которые
излучаются антенной.
Диод Д2 предотвращает возможность выхода схемы из строя
при неправильном подключении источника питания.
С целью расширения диапазона возможных ударных нагрузок
передающая часть оформлена в виде одного блока, залитого эпо-
ксидной смолой.
Приемная часть, (принципиальная схема которой представлена
на рис. 50, составлена из блока приемника, частотно-импульсного
демодулятора и баланоного усилителя.
Блок приемника тензостанции построен по схеме прямого усиле-
ния. Радиосигналы, принятые антенной, поступают во входную цепь
и усиливаются тремя каскадами усилителя высокой частоты (УВЧ)
на транзисторах Т1—Т6. Все три каскада УВЧ собраны по схеме
каскодного включения ЭО-ОБ. Каскодное включение обеспечивает
устойчивый коэффициент усиления и позволяет получить значитель-
ное отношение сигнала к шуму на выходе приемника.
Усиленные радиоимпульсы после детектора на диоде Д1 посту-
пают на вход усилителя, собранного на транзисторах 77 и Т8. Пер-
вый каскад усилителя, собранный по схеме эмиттерного повторителя,
уменьшает нагрузку на детектор. С эмиттерного повторителя 77
подается сигнал обратной связи в 'базовые цепи первого и второго
каскадов УВЧ. Таким путем удается автоматически регулировать
коэффициент усиления приемника. С выхода усилителя через повто-
ритель на транзисторе 770 импульсы поступают на частотно-импульс-
ный демодулятор, который осуществляет преобразование частоты
импульсов в постоянное напряжение. Демодулятор собран по схеме
измерителя скорости счета на диодах Д4, Д5 и транзисторе 77/.
Полученное напряжение дополнительно сглаживается LC-фильтоом
и поступает на выходной балансный усилитель, собранный на тран-
зисторах Т12—Т15.
70
Так ,как тензост&нция работает с тчалшш разбалансам моста*
то необходима предварительная компенсация начального сигнала до
подачи его на регистрирующий прибор. Это достигается с помощью
двух эмиттерных повторителей Т16, Т17, входящих в балансный
каскад. Для выбора необходимой чувствительности служит переклю-
чатель П1, который подключает последовательно к вибратору
осциллографа ;резисторы R29—R32 с соответствующим выбором их
сопротивлений.
Основные технические характеристики тензостанции
Частотный диапазон регистрируемого процесса, Гц 0—100
Диапазон измеряемых д:формаций, отн. ед. деф. ±2» 10*"*
Погрешность измерения, % ±5
Мощность, потребляемая передатчиком, Вт . . . 0,1
Объем передающей части, см3 13
Допустимые ударные нагрузки, м/с2 1000
22. ШЕСТИКАНАЛЬНАЯ РАДИОТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ
ТЕНЗОСТАНЦИЯ
Тензостанция представлена двумя частями: передающей и при-
емной.
Передающая часть предназначена для преобразования величин
деформаций в пяти точках испытуемой детали во временной интер-
вал между радиоимпульсами.
Конструктивно передающая часть выполнена в малогабаритном
оформлении с автономным питанием, что позволяет крепить ее непо-
средственно на исследуемой детали, вблизи от датчиков усилий.
В качестве датчиков используются проволочные тензометры сопро-
тивления, соединенные в мостовую схему. Пять каналов тензостан-
ции используются для передачи информации об усилиях, а шестой
служит для контроля, тарировки 'и коррекции результатов измерения.
На рис. 51 приведены функциональная схема передающей части
и временные диаграммы напряжений в соответствующих точках
схемы. Передающая часть содержит пять основных блоков: измери-
тельный (блок /, блок усиления //, блок преобразования ///, блок
формирования IV, блок передатчика V.
Измерительный блок / состоит из шести генераторов импульсов
/—6, связанных между собой таким образом, что импульсы на вы-
ходных зажимах генераторов появляются в определенной последова-
тельности. Первый генератор нагружен на мост 7, называемый кон-
трольным. Мост составлен из элементов, не подвергающихся де-
формациям. Пять следующих нагружены соответственно на пять
тензометрических мостов 8—12. Вследствие временного разделения
импульсов питания мостов информация о деформациях в пяти точ-
ках также распределена во времени. Для отличия контрольного
сигнала от измерительных импульс питания контрольного моста
имеет несколько большую длительность, что позволяет выделить его
в приемной части и осуществить распределение измерительной
информации по соответствующим каналам.
Импульсы выхода всех мостов поочередно поступают на вход
усилителя 13 и затем усиленные подаются на блок преобразования.
В блоке преобразования импульсы разбаланса мостов с помощью
схемы запоминания j(4, схемы линейного разряда 15 и формирова-
6-653 73
теля 16 преобразуются в прямоугольные импульсы, длительности
которых определяются максимальным значением входных импульсов.
Срезом. полученных прямоугольных импульсов с помощью диффе-
ренцирующей схемы 17 запускается ждущий генератор коротких
импульсов 18, формирующий измерительные импульсы, положение
которых относительно импульсов питания мостов в конечном итоге
определяется величинами деформаций в местах крепления тензодат-
чиков.
Импульсы питания мостов с генераторов /—6 и измерительные
импульсы генератора 18 через модулятор 19 управляют работой
высокочастотного генератора 20, подключая его на время действия
"г
"з
из
ич
"s
"в
и7
"8
"9
"iff
"11
"12
П
п 1
п
t
п
и
ъ
п
t
п
п
п
п
11
L. п
(1 \
N
к
N
к
к
К £
П
Г~1
п
п
п
г
~~1 1
~1
1—It
к
* 1
II
в
У
и
к
и
V
и
г
и
У
П
У*
п
П
п
II
1 П *
1
1
All III 1
II1 1
II
1
II
III III II
IIII 1
II
10 III II'
и
13
Рис. 51. Структурная схема передающей части (а) и времен-
ные диаграммы работы (б).
74
импульса к источнику питания. Высокочастотные колебания с по-
мощью антенны передаются на приемную сторону. Переданные
импульсы имеют разные длительности, по которым в приемной части
их можно распределить по каналам. Опорный импульс контрольного
канала имеет наибольшую длительность (15 мкс), опорные импульсы
всех измерительных каналов 'имеют длительность 10 мкс, и самую
Г"
I б)
Рис. 52. Структурная схема приемной части (а) и временные
диаграммы работы (б).
6Ф 75
короткую длительность (5 мкс) имеют измерительные импульсы,
временное положение которых определяется величиной деформации.
Контрольный сигнал проходит тот же путь, что и измерительные
сигналы, а следовательно, подвергается тем же воздействиям при
изменении условий (работы передатчика, что и измерительные сиг-
налы. Анализируя изменение контрольного сигнала на приемной
стороне, можно путем внесения соответствующей коррекции значи-
тельно повысить точность измерения.
Приемная часть предназначена для приема импульсных радио-
сигналов с фазово-импульсной модуляцией, разделения сигналов по
каналам, дешифрации информации и преобразования временного
интервала в напряжение, что позволяет использовать в качестве
индикатора магнитоэлектрический прибор (статические деформации)
и магнитоэлектрический осциллограф (статические и динамические
деформации).
Приемная часть содержит десять основных блоков (рис. 52):
блок приемника /, блок анализатора //, блок распределения ///, блок
автокоррекции IV и шесть блоков канального преобразования V—X.
Блок приемника предназначен для усиления радиосигналов и
получения импульсного напряжения, используемого для управления
модулятором 19 передающей части.
Приемник построен по схеме прямого усиления и состоит соот-
ветственно из входного устройства /, каскадов усиления высокой
частоты 2—4, детектора 5 и усилителя 6.
Импульсы с приемника поступают на блок анализатора. Блок
анализатора служит для выделения опорных импульсов каждого ка-
нала и отдельно опорных импулысов контрольного канала, соответ-
ствующих по времени моментам питания мосгов. Выделение всех
указанных импульсов основано на их различии по длительностям.
Схема анализатора состоит из формирующего устройства 7, ге-
нератора пилообразного напряжения 8, амплитудных селекторов
9, 11 и стандартизаторов формы импульса 10, 12. Выделенные в этом
блоке опорные импульсы поступают на блок коммутации 13 для
получения коммутирующих импулысов.
Блок коммутации используется для распределения принятой
информации по каналам. Он формирует шесть последовательностей
прямоугольных импульсов м8, «9 (рис. 62), длительности которых
соответствуют интервалу между опорными импульсами двух сосед-
них каналов. Каждая из этих последовательностей служит управ-
ляющим напряжением для пропускания измерительных импульсов
только одного канала на соответствующий блок канального преоб-
разования.
Блок канального преобразования служит для преобразования
временного интервала между опорным импульсам данного канала и
его измерительным импульсом в напряжение постоянного тока
с «целью записи результатов измерения на магнитоэлектрическом
осциллографе или индикации по стрелочному магнитоэлектрическо-
му прибору. Блок состоит из ключевой схемы 14, стандартизатора 15,
схемы запоминания 16, усилителя мощности 17. Ключевая схема 14
выделяет из общего сигнала измерительные импульсы только одного
канала. Полученные импульсы управляют работой схемы запомина-
ния 16, на которую одновременно поступает пилообразное напряже-
ние с блока автокоррекции. С выхода схемы запоминания 16 по-
стоянное напряжение, пропорциональное временному интервалу меж-
ду опорным и измерительным импульсами, через усилитель мощно-
76
ста воздействует 'на вибратор магнитоэлектрического осциллографа.
Во время работы коэффициент передачи измерительных каналов
может несколько меняться за счет колебания температуры, напря-
жения источника питания и т. п. Особенно заметно изменение ко-
эффициента преобразования в передающей части, контролировать
работу которой затруднительно в процессе измерения.
Чтобы оценить и скорректировать возникшую погрешность систе-
мы, ©веден контрольный сигнал, проходящий в основном те же бло-
ки, что и измерительные сигналы. Если контрольный сигнал на входе
всей системы имеет значительную стабильность, то изменение сиг-
нала на выходе контрольного канала приемной части может произой-
ти только за счет изменения общего коэффициента передачи систе-
мы. Поэтому достаточно один из коэффициентов передачи в прием-
ной части сделать управляемым, чтобы с помощью его, следя за
контрольным сигналом на выходе системы, корректировать общий
коэффициент передачи. Необходимо так изменять управляемый ко-
эффициент передачи, чтобы сигнал на выходе контрольного канала
был всегда постоянным.
Этот процесс можно автоматизировать. Для этого в тензостан-
ции сигнал с контрольного канала сравнивается со стабильным на-
пряжением, их разность усиливается усилителем постоянного тока 19
и управляет наклоном пилообразного напряжения с выхода генера-
тора 18, что в конечном итоге приводит к изменению коэффициента
преобразования временных интервалов в напряжение во всех блоках
канального преобразования. Использование такого метода позволило
резко снизить требование к стабильности элементов и узлов всего
передающе-приемного тракта, а следовательно, значительно упрос-
тить передающую часть.
Принципиальная схема передающей части.
Принципиальная электрическая схема передающей части представле-
на на рис. 53.
Датчиками деформаций служат проволочные тензометры сопро-
тивления, из которых составлены измерительные мосты. Тензостан-
ция рассчитана на работу с сопротивлениями тензодатчиков не менее
100 Ом. При смене типа тензодатчиков проводится предварительная
градуировка системы. Контрольный мост собирается из прецизион-
ных проволочных сопротивлений. В качестве генераторов питания
мостов используются блокинг-генераторы на транзисторах 77—Т6.
Частота следования импульсов первого блокинг-генератора с по-
мощью цепочки R2, С1 подбирается равной 800 Гц. Остальные бло-
кинг-генераторы имеют частоту следования несколько выше 800 Гц
(15—20%). Каждый импульс первого блокинг-генератора через
диод Д2 в некоторый момент времени дополнительно заряжает кон-
денсатор С2 времязадающей цепочки второго блокинг-генератора;
так как второй блокинг-генератор имеет меньший период колеба-
ний, чем первый, то после кратковременного переходного процесса
при включении передающей части обязательно наступит момент вре-
мени, когда амплитуда зарядного импульса с первого блокинг-гене-
ратора превысит величину напряжения на конденсаторе С29 разря-
жающимся в это время от собственного зарядного импульса. Тогда
импульс первого блокинг-генератора откроет диод Д2 и дозарядит
конденсатор С2. Тем самым на некоторое время задержится сраба-
тывание второго блокинг-генератора. При этом период колебания
второго (блокинг-генератора станет равным периоду колебания пер-
вого. Задержка срабатывания второго блокинг-генератора относи-
77
78
тельно первого с помощью резистора R3 подбирается равной 210 мкс,
т. е. Ve части периода колебания. Аналогично задерживается сраба-
тывание генератора на транзисторе T3t который связан со вторым
генератором через диод Д4. Срабатывание третьего генератора про-
исходит после срабатывания второго через Ve периода, а следова*
тельно, через 2/б после срабатывания первого и т. д.
Температурная нестабильность частоты повторения импульсов
блокинг-генераторов влияет на максимальные частотный и ампли-
тудный диапазоны регистрирующего процесса. Для уменьшения этой
нестабильности в базы транзисторов блокинг-генераторов включены
диоды Д1, ДЗ, Д5, Д7, Д9, Д11, которые препятствуют разряду со-
ответствующего конденсатора времязадающей цепочки генераторов
через зависимые от температуры сопротивления база — эмиттер и
база — коллектор транзисторов.
Первый блокинг-генератор питает контрольный мост, второй,
третий, четвертый, пятый и шестой блокинг-генераторы питают соот-
ветствующие измерительные тензометрические мосты. Чтобы в прием-
ной части отличить контрольный сигнал от измерительных, первый
блокинг-генератор настраивается с помощью сопротивления Ш на
длительность импульса порядка 16 мсс. Длительности импульсов
остальных блокинг-генераторов порядка 10 мкс. Первоначально мосты
разбалансированы так, чтобы максимальное значение импульса отри-
цательной полярности с измерительной диагонали каждого из них
находилось в середине линейного динамического диапазона усили-
теля. Таким образом, передающая часть работает с одной полярно-
стью электрического сигнала, что намного упрощает схему. При этом
нулевой деформации соответствует некоторая средняя величина элек-
трического сигнала. Она увеличивается при растяжении и умень-
шается при сжатии исследуемого участка.
Импульсы с измерительной диагонали всех мостов, разделенные
во времени, поступают на вход усилителя через корректирующую
индуктивность LL Два каскада усилителя на транзисторах 77, Т8
собраны по схемам с общими эмиттерами. Для повышения стабиль-
ности усилителя в каждом каскаде используется отрицательная
обратная связь по напряжению.
Достаточно высокий коэффициент усиления усилителя приводит
к появлению на выходе импульсов наводок, возникающих от дей-
ствия через паразитные емкости импульсов питания мостов. Чтобы
избавиться от них, транзистор Т8 нормально поставлен в режим не-
большого насыщения, достаточного, однако, чтобы импульсы наводок
были исключены из выходного сигнала усилителя. В этом случае
мосты необходимо дополнительно разбалансировать для выхода
в динамический диапазон усиления.
Преобразование максимального значения импульса во временной
интервал осуществляется на транзисторах Т9—772. С помощью эмиг-
терного повторителя на транзисторе Т9 конденсатор С12 быстро за-
ряжается до максимального значения входного импульса. Пока кон-
денсатор заряжен, транзистор Т9 закрыт. Разряд конденсатора про-
исходит через транзистор 770. Последний находится в режиме на-
сыщения, и поэтому ток разряда практически .постоянен. Только при
полном разряде ток резко падает почти до нуля. Несимметричный
триггер с эмиттерной связью на транзисторах 777 и 772 формирует
прямоугольный импульс на нулевом уровне из пилообразного напря-
жения, полученного на конденсаторе С12. Срезом сформированного
импульса запускается ждущий блокинг-генератор на транзисторе Т13,
79
80
нормально закрытый напряжением смещения с делителя R24, R25.
Положительные импульсы блокинг-генератора Т13 оказывают-
ся сдвинутыми по времени относительно импульсов блокинг-гене-
раторов 77—Т6 пропорционально разбалансу соответствующего
моста.
Длительность импульса с блокинг-генератора Т13 выбрана рав-
ной 5 мкс, что позволяет легко отделить их от опорных импульсов
каналов в приемной части.
Импульсами блокинг-генераторов на транзисторах 77—Т6, Т13
управляется генератор высокой частоты на транзисторе 775, подклю-
чаемый на время прохождения их к источнику питания через эмиг-
терный повторитель на транзисторе Т14. Связь передающей части
с приемной осуществляется с помощью антенн в виде витков высоко-
частотного трансформатора. Первичный виток трансформатора явля-
ется нагрузкой генератора высокой частоты 775. Вторичный виток
подключается ко входу приемной части. Расстояние между витками
желательно иметь не более 10 м.
Если возможно использование согласованных антенн, то тензо-
станция может применяться при значительно больших дальностях
радиосвязи до 40 м.
Принципиальная схема приемной части. Блок
приемника (рис. 54). Приемник построен по схеме прямого усиле-
ния. Радиосигналы, принятые антенной радиоприемника, поступают
во входную цепь и усиливаются тремя каскадами усилителя высокой
частоты. Все три каскада усилителя высокой частоты 77—Т6 собра-
ны по схеме каскодного включения транзисторов.
Усиленный сигнал радиочастоты детектируется и поступает на
вход импульсного усилителя, собранного на транзисторах 77 и Т8.
Первый каскад усилителя 77, собранный по схеме эмиттерого повто-
рителя, обеспечивает передачу формы импульса без искажений. Вто-
рой каскад усилителя (770), собранный по схеме с общим эмиттером,
поставлен в режим малых токов, что обеспечило хорошую работу его
при значительном динамическом изменении максимального значения
на выходе детектора. Автоматическая регулировка усиления с по-
мощью детектора Д2, ДЗ, изменяя смещение транзисторов, обеспечи-.
вает достаточно уверенный прием при быстрых перемещениях объек-
та с передающей частью. Последовательность импульсов с коллекто-
ра транзистора 770 подается в блок анализатора.
Блок анализатора (рис. 55). Для получения импульса с крутыми
фронтами и постоянным максимальным значением напряжение с вы-
хода импульсного усилителя поступает на формирующий каскад, со-
бранный по схеме несимметричного триггера (77, Т2). Импульсы
положительной полярности с коллектора транзистора 77 управляют
работой генератора линейно-изменяющегося напряжения (ТЗ, Т4),
собранного по схеме с компенсирующей э. д. с. Максимальное значе-
ние пилообразных импульсов зависит от длительностей управляемых
сигналов.
Следовательно, наибольшее значение будет иметь опорный
импульс контрольного канала, несколько меньшее будут иметь опор-
ные импульсы измерительных каналов и наименьшее — измеритель-
ные импульсы.
Полученная серия импульсов с различным максимальным значе-
нием подается на два селектора, собранных на транзисторах Т5 и 77.
Схема селектора представляет собой усилитель, нормально закрытый
в, ирходном состоянии. Селектор на транзисторе 77 закрыт напряже-
§1
нйём, величина которого достаточна, чтобы только опорные импуль-
сы всех сигналов открывали транзистор.
Выделенные селектором Т7 опорные импульсы запускают жду-
щий блокинг-генератор, собранный на транзисторе Т8. С третьей
обмотки импульсного трансформатора импульсы поступают в блок
распределения.
Селектор на транзисторе Т5 работает аналогично. Он открывает-
ся только опорными импульсами контрольного моста. Ждущий бло-
кинг-генератор Т6 выдает на блок распределения опорный импульс
контрольного сигнала, который является синхронизирующим импуль-
сом начала распределения всех сигналов.
Блок распределения (рис. 56). Блок распределения состоит из
шести мультивибраторов на транзисторах (77—772), работающих
в ждущем режиме. Для синхронизации работы блока распределения
используются две последовательности импульсов: опорный импульс
контрольного сигнала как начало распределения и опорные импульсы
всех 'сигналов, получаемые в блоке анализатора.
Параметры времязадающих цепочек мультивибраторов позво-
ляют получать импульсы с длительностью, несколько большей, чем
ожидаемый временной интервал между опорными импульсами двух
соседних каналов.
Первый мультивибратор на транзисторах 77, Т2 запускается по
коллектору опорным импульсом контрольного канала. В исходное
состояние этот мультивибратор приводится опорным импульсом пер-
вого измерительного канала. Этот импульс положительной полярно-
сти подается на базу 77 и возвращает схему в исходное положение.
Таким образом, на коллекторе транзистора Т2 появляется отрица-
тельный импульс, по длительности равный временному интервалу
между импульсами питания мостовых схем контрольного и первого
измерительного каналов. Данный импульс поступает на ключевую
схему блока преобразования контрольного канала.
Срезом импульса с коллектора Т2 запускается второй мульти-
вибратор на транзисторах ТЗ, Т4, а в исходное состояние он приво-
дится через диод ДЗ опорным импульсом второго канала.
Аналогично происходит срабатывание остальных мультивибрато-
ров. С приходом следующего опорного импульса контрольного кана-
ла весь цикл повторяется.
В результате формируется шесть последовательностей прямо-
угольных импульсов, используемых для распределения принятой
информации по каналам.
Блок канального преобразования (рис. 57). В тензостанции
имеется шесть идентичных блоков канального преобразования. Ра-
бота всех блоков одинакова, поэтому достаточно рассмотреть один
из них. На диодах Д1, Д2 собрана схема совпадения. На вход схемы
совпадения через диод Д2 поступает сформированная последователь-
ность импульсов. На другой вход схемы совпадения через диод Д1
поступает импульс с коллектора выходного транзистора одного из
мультивибраторов блока распределения. Импульс из общей последо-
вательности пройдет через схему И только во время следования
импульса с одного из мультивибраторов блока распределения. Следо-
вательно, со схемы И следуют измерительные импульсы данного ка-
нала, положение которых относительно опорных пропорционально
измеряемым деформациям. Усилитель на транзисторе 77 позволяет
уменьшить влияние наводок на выделенный сигнал и, кроме того,
изменить его полярность. Положительным сигналом с коллектора
83
85
транзистора Т1 запускается по эмиттеру ждущий блокинг-генератор,
собранный на транзисторе Т2. Так как со схемы совпадения, кроме
измерительного импульса этого канала, может проходить опорный
импульс следующего канала, время восстановления ждущего бло-
кинг-генератора с помощью цепочки R6, С2 устанавливается значи-
тельно больше временного интервала между измерительным импуль-
сом канала и опорным импульсом, следующего канала. В результате
генератор срабатывает только от измерительных импульсов, которые
приходят первыми. Импульс с третьей обмотки трансформатора на
короткое время открывает ключ на транзисторах ТЗ, Т4. На вход
ключа поступает линейно-изменяющееся напряжение с блока авто-
коррекции. Начало линейно-изменяющегося напряжения совпадает
с опорным импульсом каждого канала, конец — с началом опорного
импульса следующего канала. В момент кратковременного замыка-
ния ключа ТЗ, Т4 конденсатор СЗ быстро заряжается мгновенным
значением напряжения с выхода генератора линейно-изменяющегося
напряжения. В результате временное положение измерительного им-
пульса определяет величину напряжения, до которого заряжается
конденсатор С4. В промежутке между измерительными импульсами
ключи ТЗ, Т4 закрыты и напряжение через эмиттерный повторитель
на транзисторе Т5 поступает на усилитель мощности, собранный на
транзисторах Т6, Т9. Усилитель мощности состоит из двух составных
эмиттерных повторителей, работающих на одну нагрузку. Оба со-
ставных повторителя работают с небольшим начальным смещением.
Один из них (Т6, 77) собран на транзисторах р-п-р, другой \(Т8, Т9)
собран на транзисторах типа п-р-п. Это позволило получить высокий
коэффициент полезного действия усилителя и высокую линейность
выходной характеристики по всему диапазону входных напряжений.
Резисторы R24—R33 образуют делитель, позволяющий дискрет-
но изменять ток регистрирующего прибора, т. е. чувствительность
тензостанции.
Блок коррекции (рис. 58). В тензостанции имеется возможность
изменения общего коэффициента передачи как вручную, так и авто-
матически. При ручной корректировке системы переключатель П на-
ходится в положении 7, и с помощью потенциометра R1 регулируется
скорость линейно-изменяющегося напряжения, которое поступает
в блоки канального преобразования. Генератор линейно-изменяюще-
гося напряжения собран на транзисторах 77, Т2, Т5 по схеме с ком-
пенсирующей э. д. с. Генератор управляется напряжением с выхода
блокинг-генератора на транзисторе Т8 (рис. 55) блока анализатора,
т. е. опорными импульсами всех каналов. С приходом любого из
опорных импульсов транзистор 77 открывается и конденсаторы С2,
СЗ быстро разряжаются почти до нулевого потенциала. В промежут-
ках между опорными импульсами конденсаторы заряжаются по-
стоянным током через резистор R4. Цепочка R8t СЗ повышает линей-
ность возрастания напряжения на конденсаторах С2, СЗ. Это
напряжение через составной эмиттерный повторитель подается в блок
канального преобразования и через диод Д2 подается в качестве
напряжения положительной обратной связи на резистор R4, поддер-
живая постоянство тока заряда конденсаторов С2, СЗ. Изменение
скорости заряда конденсаторов достигается путем изменения заряд-
ного напряжения.
Так как изменение скорости заряда приводит к изменению обще-
го коэффициента передачи тензостанции, последний можно поддержи-
вать постоянным при всех паразитных колебаниях (изменение напря-
86
жения источника питания, температуры и т. п.). Для этого с по-
мощью потенциометра R1 выходное напряжение контрольного ка-
нала поддерживается на постоянном уровне.
При автоматической коррекции переключатель П ставится в по-
ложение 2. При этом выходное напряжение преобразователя кон-
трольного капала сравнивается со стабильным напряжением. Их раз-
ность поступает на вход усилителя, собранного на транзисторах
Т4—Т8, усиливается и управляет скоростью заряда конденсаторов
C2t СЗ генератора линейно-изменяющегося напряжения таким обра-
зом, чтобы уменьшить возникшающее рассогласование. Следователь-
но, выходное напряжение контрольного канала будет поддерживать-
ся на постоянном уровне, а это приводит к стабилизации общего
коэффициента передачи тензостанции.
Диапазон измеряемых величин для шестиканальной установки
совпадает с диапазоном одноканальной, а потребление энергии пере-
датчиком увеличилось всего на 30%. Это еще раз подтверждает по-
ложительные свойства, которые несет применение импульсного пита-
ния в системы тензометрии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
'1. Бодунов В. П., Свенсон А. Н. Термостойкие телеизмеритель-
ные системы. Киев, «Техшка», .1067. 191 с.
2. Борисов Ю. П., Пении П. И. Основы многоканальной пере-
дачи информации. М., «Связь», 1967. 43-5 с.
3. 'Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М., «Наука», 1969. 576 с.
4. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.,
«Советское радио», 197)1. 6712 с.
'5. Груздев С. В., Петухов В. И. Многоканальная тензометри-
чеокая установка с цифровой регистрацией на магнитной ленте.—
В кн.: Информационно-измерительная техника. Рязань, 1970, вьгп. 28,
с. 35—45.
16. Гуткин Л. С. Детектирование импульсов постоянного тока.—
«Радиотехника», 1954, т. 6, № 3, с. 29—44.
7. Земельман М. А. К вопросу о погрешностях измерительной
аппаратуры. — «Измерительная техника», 1966, № 1*1, с. 212—'28.
8. Ильинская Л. С, Подмарьков А. Н. Полупроводниковые тен-
зодатчики. М.—Л., «Энергия», 1966. 120 с.
9. Ицхоки Я. С, Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые
устройства, М., «Советское радио», 1972. 5912 с.
40. Карамов 3. С, Фомин А. Ф. Элементы аналоговых радио-
телеметрических систем. М.—Л., «Энергия», 1966. 302 с.
'П. Карандеев К. Б. Мостовые методы измерений. Киев, Гостех-
издат, 1953. 245 с.
il2. Меерович Л. А., Зеличенко Л. Г. Импульсная техника. М.,
«Советское радио», 19513. 830 с.
13. Нечаев Г. К. Полупроводниковые термосопротивления в ав-
томатике. Киев, Гостехиздат, 1962. 254 с.
,14. Новицкий П. В. Основы информационной теории измери-
тельных устройств. «Энергия», }968. Ш С»
ш
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Общие вопросы теории импульсной тензометрии 5
Г. Основные характеристики и свойства импульсных мо-
стов 5
2. Частотный спектр выходного напряжения импульсных
мостов 11
3. Способы выделения полезного сигнала . ... 13
4. Влияние емкости линии связи 17
5. Структурные схемы одноканальных и многоканальных
импульсных тензометрических устройств .... 20
Глава вторая. Специфические погрешности импульсных тензо-
метрических устройств 24
6. Погрешность измерения от нагрева датчика измери-
тельным током 24
7. Погрешности, связанные с дискретным представлением
исследуемого процесса . 28
8. Перекрестные помехи в многоканальных устройствах 29
9. Инструментальные погрешности телеметрических уст-
ройств 31
10. Методы повышения точности радиотелеметрических
устройств .... 34
Глава третья. Основные элементы и узлы устройств импульс-
ной тензометрии 41
11. Источники питания мостовых схем 41
12. Импульсные усилители напряжения разбаланса ... 43
13. Детекторы импульсных сигналов 44
14. Усилители постоянного тока . 48
15. Распределители тактовых сигналов для многоканаль-
ных устройств 50 •
16. Модуляторы телеметрических устройств .... 53
Глава четвертая. Аппаратура для измерения механических
величин на неподвижных деталях 59
17. Многоканальная тензостанция с выходом на цифровую
ЭВМ. Структурная схема 59
18. Измерительная часть тензостанции 63
19. Цифровая часть тензостанции 66
20. Конструкция и технические характеристики тензостан-
ции 68
Глава пятая. Аппаратура для измерений на подвижных де-
талях . 69
21. Одноканальная радиотелеметрическая тензоустановка 69
22. Шестиканальная радиотелеметрическая тензостанция 73
Список литературы 88