Тензорезисторное устройство для измерения статической магнитострикции

Тензорезисторное устройство для измерения статической магнитострикции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С Н.И .Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

r)563655

Союз Советских

Социалистических

Респтблик (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 12.11.75 (21) 2187704/21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.06.77. Б1оллете гь М 24

Дата опубликования описания 11.08.77

1) М. Кл з б 01k 33/18

Государственный комитеСовета Министров СССР

3) УД1; 621.317.44 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявители

Г. И. Деордиев и T. Х. Бикташев

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики металлов

Уральского научного центра АН СССР и Проектный и научноисследовательский институт «Уральский промстройтниипроект» (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНОЕ УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СТАТИЧЕСКОЙ МАГНИТОСТРИКЦИИ

Изобретение относится к технике магнитных измерений, а именно к устройствам для прямого измерения магнитострикционных деформаций.

Известные тензорезисторные измерители статической магнитострикции имеют управляемый источник поля намагничивания исследуемого образца, тензопреобразовательный блок, преобразующий деформации в электрический сигнал и выполненный в виде последовательно соединенных измерительного моста, включающего рабочий и компенсационный тензорезисторы, балансировочный резистор и источник питания постоянного или переменного тока, и усилителя постоянного тока или фазочувствительного (в зависимости от рода тока, питающего измерительный мост), и измерительный прибор. Для нормирования коэффициента передачи измерительного тракта эти устройства содержат образцовый (градуировочный, калибровочный) резистор, выполненный постоянным и через ключ соединенный с входом тензопреобразовательного блока (например, с одним из плеч измерительного моста) и задающий изменение напряжения на его выходе. Операции управления, балансировки и градуировки на таких измерителях выполняются оператором.

Относительно низкая точность таких измерителей обусловлена погрешностями (всех вндов: коэффициента передачи, нуля и нелинейности) отдельных элементов измерительного тракта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тензорезисторное устройство для измерения статической магннтострикции, содержащее управляемый источник поля, тензопреобразовательный блок, выход которого через первые ключ и ячейку памяти связан с первым входом сумматора, а через вторые ключ и ячейку памяти — с вторым его входом, образцовый резистор, через третий ключ соединенный с одним нз входов тензопреобразовательного блока, и генератор

15 управляющих импульсов.

Это устройство также имеет низкую точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение диапазона измеряе20 мыi величин в область малых значении.

Это достигается тем, что в предлагаемое тензорезисторное устройство для нзмерегн1я статической магнитострикцпн введены четвертый ключ, третья ячейка памяти н блок п25 равления, а образцовый резисто; выполнсн реги лируемым II снабжен блокo:iI пII II ; IIIII, причем третий Вход сумматора через последовательно соединенные третью ячейку памяти

I1 четвертый ил1оч coepIIHcII c IIaI o Io I TcIIao30 нрсобразовательного блока, выход с„, мматора

563655

15

55

1«;1ез блок управления подсоединен к входу регулировки величины образцового резистора.

1-! а чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 поля намагнп-:пвания исследуемого образца 2, тензопреобразовательный блок 3, включающий последова- ельно соединенные измерительный мост 4 с тензо- и балансировочным резисторами (на схеме не показаны) и усилитель 5 постоянногG тока или фазочувствительный (в за«исимости от рода тока, питающего мост 4), кл)очи 6 — 9, ячейки 10 — 12 памяти, сумматор

13 (решающий каскад), блок 14 управления, регулируемый (переменный) образцовый резистор 15, снабженный блоком 16 индикации ре ультата измерения, и генератор 17 управляющих импульсов, задающий временную последовательность работы звеньев (источника

1, ключей 6 — 9, блока 14 управления).

В исходном состоянии, которое устанавливается при подаче питания на прибор или же по окончании цикла измерения, управляющие сигналы на выходах генератора 17 отсутствуют, и как следствие: ключи 6 — 9 разомкнуты, источник 1 поля и блок 14 управления выключены. Значение образцового резистора 15 (и соответственно выход блока 16 индикации результата измерения) соответствует результат) предыдущего измерения (или в общем случае произвольно).

Оператор после приблизительной балансировки тензопреобразовательного блока 3 (органы балансировки и измеритель выходного сигнала на схеме не показаны) запускает генератор 17 управляющих импульсов — начинается цикл измерения, состоящий из ряда повторяющихся тактов, равный длительности Т.

В конце первого тракта по команде генератора 17 замыкается первый ключ 6: производится «запись» выходного сигнала тензопреобразовательного блока 3 в первую ячейку 10 памяти. Следовательно, с окончанием первого такта — с размыканием ключа 6 (обозначим этот момент времени ti) — на первом входе сумматора 13 имеется сигнал U (), обусловленный, с одной стороны, исходным разбалансом Up> тензопреобразовательного блока 3, и, с другой неизбежным наличием синусоидальной сетевой помехи с периодом Тс и амплитудой Уп, т. е.

Ц )=У„+U з1п2 тс

На время второго такта по командам генератора 17 управляющих импульсов:

1. Запускается управляемый источник 1 поля намагничивания исследуемого образца 2, и последний намагничивается. Возникающая при этом магнитострикционная деформация Х образца 2 воспринимается, например, одним рабочим тензорезистором (с тензочувствительностью S), входящим в состав измерительного моста 4.

2. Замыкается третий ключ 8, по (соединяющий образцовый резистор 15, например, к одному из плеч моста 4 и вызывающий разбаланс последнего на величину, пропорциопальную относительному изменению cîï ðîòïâлепия этого плеча — вo(.

Через время, достаточное для установления намагниченности и соответствующей стрикционной деформации образца 2, по команде генератора 17 замыкается четвертый ключ 9.

При этом выходной сигнал тензопреобразовательного блока 3 «записывается» в третью ячейку 12 памяти, на выходе которой, т. е. на третьем входе сумматора 13, с окончанием второго такта (с размыканием ключа 9) имеют з — >в, + b,Т+Vпsin2- + с

+-К,(S),+„) = u")+b,T+ (;,(S) + =-„).

Последнее возможно, если длительность такта выполнить равной или кратной периоду сетевой — наиболее ярко выраженной — помехи, т. е. Т=пТ, (где п=1, 2, 3,...), и если учесть, что

sin2- = sin2-"

t + nT т, " т, при любом целом и.

Здесь Ь,Т вЂ” значение линейно изменяющейся со скоростью b< (на интервале второго и третьего тактов) составляющей дрейфа нуля в момент окончания второго такта; 1(i — коэффициент передачи работающей в э)ом такте части измерительного тракта, равный произведению коэффициентов передачи тензопреобразовательного блока 3, ключа 9, ячейки 12 памяти и напряжения питания измерительного моста 4.

В начале третьего такта выключается управляемый источник 1 поля намагничивания исследуемого образца 2 и размыкается третий ключ 8, снимая воздействие образцового резистора 15 на мост 4. В конце этого такта (по окончании переходных процессов, вызванных указанной коммутацией) замыкается второй ключ 7 — происходит «запоминание» выходного напряжения тензопреобразовательного блока 3 второй ячейки 11 памяти. В результате с окончанием третьего такта (с размыканием ключа 7) на втором входе и выходе сумматора 13 имеют

УР = U„+ 2b, T + U, sin 2тс с

= Vi )+2b,Т у(() + ц())

У(1) У V(I) 1 2

=%,к (+=-.,), где 1(— коэффициент передачи сумматора 13.

С началом четвертого такта (как и во втором такте) включается источник 1 поля и замыкается третий ключ 8, а также (в отли гпе

563655

T;1I(7;1;I. Во ьсp жс четных тлкгах> начиная с о г второго т 7 ктз ) пялю III L1òÿ ив пск01 Орос — 14 " ения ло орый под четверто;о, пр. цессы тоже повторяются. Цикл время элемент 14 у правления, KO I орый Ilu3, воздеиствием выходного с

Ixo ного сигнала сумматора измерения продолжают до тех пор, пока фор13 . -. об азцового резистора мируемый (-й сигнал на выходе сумматора

3 изменяет величину о разц

15 и тем самым устанавливает новую величи- и(" =К,-К= (S).+- = ) ну ео2 так, что (Я.+ap2)((SR+apl), причем и ы резистора 15 происхо- IIP vcTBHQBIITcEI равным нулю, о чем оператор с изменением всличпны резисто а судит по установившимся (неизменяющимся) дикаци„резульга,га измерения В показаниям блока 16 РезУльтата измеРениЯ, конце этого такта по окончании переходных lip)I этом результат измерения будет

1 ус ройстве обусловленных ком- > = — epl/S, т. е. полностью (как по знаку, так мутацией и изменением величины о разцовоиз енением величины образцово- и llo величине) определяется величиной образго резистора о, замыкается четвертый

1 -ачыкается четвертый ключ цового воздействия ep(, точность которого вы9, о ди .яющиГ выход блока 3 с входом тре- полнить достаточно высокой гораздо проще, тьеи ячейки памяти, на выходе кото

12 и мяти на выходе которой по чем точность многоэлементного измеРительноокончании такта (после размыкания ключа 9) го тракта. имеют 11олучив результат измерения, оператор выключает генератор 17 управляющих импульсов, и устройство устанавливается в исходное где b2 — скорость дрейфа нуля на протяже- 2О состояние. нии четвертого и пятого тактов.

В пятом такте вновь снимаются информационные воздействия (магнитострикции и об- Тензорезпсторное устройство для измерения разцового резистора) на тензопреобразова- статической магнптострикции, содержащее уптельный блок, и выходной сигнал последнего 25 pBBJIHeMIIH источи)лк поля, тензопреобразоваUl2) = U(2 ) +2b2T, обусловленный неинформа- тельный блок, выход которого через первые ключ и ячейку памяти связан с первым вхопомехи) записывается как и в перво7л такте Дом сУмматоРа, а чеРез втоРые ключ и ЯчейкУ первую ячейку 1р памяти памЯти — с втоРым его входом, обРазцовый в первую ячейку памяти.

Следовательно, на выходе сумматора 13 в РезистоР, чеРез тРетпи ключ соединенныи содним из входов тензопреобразовательного блосигнал ка, и генератор управляющих импульсов, о т(2) (1) л и ч а ю щс е с я тем, что, с целью повышения 2 (у 2) 1 (2

U -}- U точности измерения и расширения диапазона

2 l Ç5 измеряемых величин в область малых значе=КК.(S)+ÿ ) ний, в него введены четвертый ключ, третья ячейка памяти и блок управления, а образцокотоРый по абсолютной величине меньше, чем вый резистор выполнен регулируемым и снаб сигнал У2 за счет отРаботки последнего в жен блоком индикации, причем третий вход

T! (l) четвертом такте. 40 сумматора через последовательно соединенРабота устройства в седьмом, одиннадца- ные третью ячейку памяти и четвертый ключ том, пятнадцатом и т. д. тактах протекает соединен с выходом тензопреобразовательноаналогично рассмотренным процессам треть- ro блока, выход сумматора через блок управего такта, а в девятом, тринадцатом, семнад- ления подсоединен и входу регулировки велицатом и т. д. — аналогично первому и пятому 45 чины образцового резистора.

563655

Составитель О. Богомолов

Техред 3. Тараненко Корректор О. Тюрина

Редактор E. Караулова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2325/2 Изд, № 550 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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