ИМИТАТОР СИГНАЛОВ МОСТОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для проведения в автоматическом режиме метрологической поверки и калибровки каналов измерения сигналов мостовых тензорезисторных датчиков быстродействующих измерительных систем, в которых управляющие входы коммутаторов датчиков подсоединены к магистрали управления, а измерительные выходы - к измерительной магистрали.
В различных областях техники нашли применение мостовые тензорезисторные датчики силы, давления, перемещения и др., которые подключаются к коммутаторам измерительных систем (ИС). Сокращение времени выполнения метрологической поверки и повышение точности измерения сигналов датчиков может быть достигнуто при проведении автоматической калибровки измерительных каналов систем. Для достижения этих целей некоторые измерительные системы оснащаются автоматическими калибраторами. Они состоят из имитатора сигналов датчика, который формирует дискретные ступени выходных сигналов тензорезисторного моста в диапазоне выходных сигналов датчиков, устройства управления подключением ступеней сигналов имитатора к измерительным каналам системы и выделенных разрядов управления в магистрали управления. Управляющие входы имитатора сигналов подсоединены к дополнительно проложенным для управления имитатором проводам магистрали управления. Управляющие сигналы для выбора ступеней имитатора вырабатываются устройством управления в соответствии с программой, введенной в компьютер. Измерительные выходы имитатора сигналов подсоединены к запараллеленным измерительным входам в разъемах коммутатора датчиков измерительной системы. Периодичность метрологической поверки определяется межповерочным интервалом, а автоматическая калибровка измерительной системы проводится непосредственно перед проведением измерений.
Если в структуре измерительных систем не предусмотрена возможность использования известных автоматических калибраторов, то такие системы желательно оснастить устройствами, которые будут способны обеспечить проведение метрологической поверки и калибровки в автоматическом режиме работы без применения программного управления выбором ступеней калибратора. Один из возможных вариантов устройства является предметом настоящей полезной модели.
Известен автоматический калибратор каналов измерения сигналов различных типов датчиков, в том числе мостовых тензорезисторных датчиков, измерительных систем - [Патент РФ №2345377, МПК G01R 35/00, 2009 г.]. Калибратор состоит из имитаторов сигналов, устройства управления подключением ступеней сигналов имитатора к измерительным каналам системы и выделенных разрядов управления. Управление выбором ступеней калибратора осуществляется по программе, введенной в компьютер.
Недостаток известного автоматического калибратора состоит в том, что он встроен в измерительную систему, в которой имеются выделенные разряды управления подключением ступеней имитаторов по программе управления. В магистрали управления коммутаторами датчиков систем, которые не оснащены автоматическими калибраторами, не имеется дополнительных разрядов для управления подключением ступеней имитаторов по программе управления. Поэтому автоматический калибратор не может быть применен в измерительных системах, которые не имеют выделенных разрядов для программного управления выбором ступеней.
Известен имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков - [Патент РФ №2620895, МПК G01R 17/00, 2017 г., выбран в качестве прототипа]. Имитатор сигналов выполнен по схеме резисторного моста, в котором сопротивления плеч равны номинальному сопротивлению плеч тензорезисторов мостового датчика. Питание моста осуществляется током или напряжением. В состав имитатора входят два коммутатора. Между каждой парой резисторов, образующих плечи моста, к которым подведено электропитание моста, включены цепочки из последовательно соединенных резисторов. При этом одна цепочка состоит из m-1 резисторов и имеет m выводов, которые соединены с соответствующими входами первого коммутатора, вторая цепочка состоит из n-1 резисторов и имеет n выводов, которые соединены с соответствующими входами второго коммутатора. На выходах коммутаторов, представляющих измерительную диагональ моста, формируются до m×n ступеней сигналов моста.
Известный имитатор может быть использован в составе типового калибратора, в котором управление выбором ступеней осуществляется программно. Но тогда он будет иметь тот же недостаток, что и автоматический калибратор, описанный выше, и не сможет быть применен в ИС, не имеющих выделенных разрядов для программного управления выбором ступеней.
Имеется вариант подключения имитатора к коммутатору датчиков, который заключается в следующем. Коммутатор датчиков системы используется в качестве коммутаторов имитатора. Каждая ступень имитатора и питание моста подключается к разъему имитатора на те же штырьки, что тензорезисторные датчики, в последовательности от минус максимальной ступени имитатора до плюс максимальной. При опросе коммутатора датчиков, к измерительным разъемам которого подсоединен имитатор, происходит последовательный опрос и измерение напряжений ступеней имитатора. Преимущество такого подключения имитатора сигналов состоит в том, что он подключается непосредственно к измерительным входам коммутатора датчиков измерительной системы, поэтому не требуются специальные разряды для управления подключением ступеней сигналов имитатора. Это подключение при опросе коммутатора осуществляется бесконтактными ключевыми элементами коммутатора, и позволяет обеспечить необходимое быстродействие системы. Коммутатор датчиков системы совместно с имитатором сигналов в этом случае будет исполнять роль автоматического калибратора. При этом такое подключение возможно в измерительных системах, не оснащенных автоматическим калибратором.
Недостаток такого подключения имитатора сигналов состоит в том, что при опросе коммутатора датчиков каждая ступень имитатора подключается не к каждому каналу коммутатора, как это происходит в имитаторе сигналов мостовых тензорезисторных датчиков, а к одному, выделенному для этой ступени сигнала каналу коммутатора. Неконтролируемые неисправности микросхем в коммутаторе датчиков приведут к ошибке измерения соответствующей ступени имитатора. Неверно определенные при метрологической поверке или калибровке коэффициенты функции преобразования приведут к существенным погрешностям результатов измерения сигналов датчиков. Кроме того, при таком подключении имитатора сигналов требуется количество каналов коммутатора датчиков, равное количеству ступеней имитатора. Поэтому к коммутатору датчиков можно подсоединить меньшее количество датчиков, что особенно существенно для измерительных систем с малым количеством каналов коммутатора датчиков. Для сравнения при калибровке количество параллельно подсоединенных к выходу имитатора каналов коммутатора датчиков не зависит от количества ступеней имитатора и может быть даже меньше количества ступеней имитатора. При проведении метрологической поверки ИС в соответствии с известным алгоритмом обработки для вычисления функции преобразования системы при опросе коммутатора датчиков каждая ступень имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков должна быть подсоединена ко всем каналам коммутатора датчиков. Это не может быть обеспечено при подсоединении имитатора сигналов к входам коммутатора датчиков.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для выполнения автоматической калибровки измерительной системы, заключающееся в его применении в составе автоматического калибратора, управление выбором ступеней которого осуществляется сигналами управления коммутаторами датчиков, передаваемыми по магистрали управления информационно-измерительных систем.
1
+1
+
1
+1
+
Технический результат достигается тем, что имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для автоматической калибровки измерительной системы, содержащий два коммутатора с управляющими входами ключевых элементов и резисторный мост, в котором сопротивления плеч равны номинальному сопротивлению плеч тензорезисторов мостового датчика калибруемой системы, между каждой парой резисторов, образующих плечи моста, к которым подведено электропитание в диагонали питания моста, включены цепочки из последовательно соединенных резисторов, при этом одна цепочка состоит из m-1 резисторов и имеет m выводов, которые соединены с соответствующими входами ключей ключевых элементов первого коммутатора, вторая цепочка состоит из n-1 резисторов и имеет n выводов, которые соединены с соответствующими входами ключей ключевых элементов второго коммутатора, выходы ключей в первом и втором коммутаторе соединены между собой и образуют измерительную диагональ моста, на выходе которой может быть сформировано до m×n ступеней сигналов моста, при этом выходы диагонали питания и измерительной диагонали резисторного моста образуют выход имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков, при проведении калибровки системы этот выход соединен измерительными входами коммутаторов датчиков системы, имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков дополнительно содержит устройство управления, в котором выходы, представляющие выходы логических схем ИЛИ - ИЛИm и ИЛИm - ИЛИmn, соединены с управляющими входами ключевых элементов соответственно первого и второго коммутаторов, входы схем ИЛИ - ИЛИm и ИЛИm - ИЛИmn соединены с k из k+1 выходов дешифратора количества ступеней имитатора в такой последовательности, которая при переключении выходов дешифратора количества ступеней имитатора с первого по k приводит к подключению ключевых элементов первого и второго коммутаторов имитатора и формированию на выходе измерительной диагонали резисторного моста сигналов, соответствующих дискретным ступеням имитатора от максимальной отрицательной до максимальной положительной, входы дешифратора количества ступеней имитатора соединены с выходами двоичного счетчика количества ступеней имитатора, вход «установка нуля» двоичного счетчика количества ступеней имитатора соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля», а счетный вход соединен с «нулевым» выходом триггера, один вход которого соединен с выходом логической схемы ИЛИ-1, первый вход которой соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля», а второй вход соединен с первым выходом дешифратора количества р циклов измерений, выходы дешифратора со второго по р+1 через однополюсный переключатель соединены со вторым входом триггера и вторым входом логической схемы ИЛИ-2, первый вход которой соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля», выход логической схемы ИЛИ-2 соединен с входом «установка нуля» двоичного счетчика р циклов измерений, счетный вход которого соединен с выходом логической схемы И, а выходы этого счетчика соединены с входами дешифратора количества р циклов измерений, первый вход логической схемы И соединен с выходом схемы НЕ, вход которой соединен с выходом k+1 дешифратора количества ступеней имитатора, второй вход логической схемы И соединен с первым выходом дешифратора номера коммутатора, количество выходов которого равно количеству коммутаторов датчиков, подсоединенных через магистраль управления к одному нормирующему преобразователю калибруемой измерительной системы, входы дешифратора номера коммутатора являются управляющими входами имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков.
Схема имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для автоматической калибровки измерительной системы и его подключения к измерительной системе представлена на фиг. 1.
Имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для автоматической калибровки измерительной системы 1 состоит из формирователя дискретных ступеней сигналов 2 и устройства управления 3. Имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1 представляет конструктивно одно устройство, которое по управлению подсоединяется к разрядам номера коммутатора магистрали управления ИС, а по измерительному выходу подсоединяется к запараллеленным измерительным входам коммутатора датчиков, каналы которого совместно с измерительным устройством ИС необходимо поверить или прокалибровать. Поэтому предлагаемый имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков может применяться в системах, которые не оснащены специальными калибраторами, управляемыми программно.
Формирователь дискретных ступеней сигналов 2 содержит резисторный мост и первый коммутатор, в состав которого входят ключевые элементы, количество которых в общем случае равно количеству выходов резисторного моста m, второй коммутатор, состоящий из ключевых элементов, количество которых в общем случае равно количеству выходов резисторного моста n. Резисторный мост состоит из резисторов R1, R2, R3 и R4, сопротивления которых равны номинальному сопротивлению плеч тензорезисторов мостового датчика, между каждой парой резисторов R1, R4 и R2, R3, образующих плечи моста, к которым подведено электропитание моста, включены цепочки из последовательно соединенных резисторов, при этом одна цепочка состоит из m-1 резисторов и имеет m выводов, которые соединены с соответствующими входами ключей первого коммутатора, вторая цепочка состоит из n-1 резисторов и имеет n выводов, которые соединены с соответствующими входами ключей второго коммутатора. На выходах коммутаторов, представляющих измерительную диагональ моста, формируются до m×n ступеней сигналов моста, при этом выходы диагонали питания и измерительной диагонали резисторного моста образуют измерительный выход имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков. Провода выхода имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков аналогичны по назначению проводам выхода тензорезисторного мостового датчика, поэтому они могут быть подсоединены к измерительным входам коммутатора датчиков ИС так же, как и провода датчика. В этом случае питание по проводам на вход имитатора будет поступать от подключенного измерительного канала коммутатора датчиков, а выходное напряжение измерительной диагонали резисторного моста имитатора - на этот же подключенный измерительный канал коммутатора датчиков.
1
2
3
4
На фиг. 1 в качестве примера для простоты изложения представлена схема имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков для автоматической калибровки измерительной системы на 7 дискретных ступеней сигналов. При этом предложенная схема может быть рекомендована для использования в автоматических калибраторах на большое (25 и более) количество ступеней сигналов. Для представленной на фиг. 1 схемы m=3, n=3, k=m×n-2=7. В связи с этим на фиг. 1 в первой цепочке резисторного моста подключено два резистора r и r, во второй цепочке - два резистора r и r. Первый коммутатор имитатора мостовых тензорезисторных мостовых датчиков содержит три ключевых элемента Кл.1 - Кл.3, второй коммутатор содержит также три ключевых элемента Кл.4 - Кл.6. Ключевые элементы представляют собой аналоговые микросхемы, которые позволяют обеспечить высокое быстродействие имитатора мостовых тензорезисторных датчиков при его работе с ИС. Выходы ключей ключевых элементов в первом и втором коммутаторах объединены и образуют измерительную диагональ моста.
1
m
m+1
m+n
Устройство управления 3 содержит дешифратор номера коммутатора 4, логическую схему И 5, двоичный счетчик р циклов измерений 6, дешифратор количества р циклов измерений 7, триггер 8, логические схемы ИЛИ-1 9 и ИЛИ-2 10, однополюсный переключатель 11, двоичный счетчик количества ступеней имитатора 12, дешифратор количества ступеней имитатора 13, логическая схема НЕ 14, формирователь сигнала «установка нуля» 15, логические схемы ИЛИ - ИЛИ 16, 17, 18 и ИЛИ – ИЛИ 19, 20, 21. Формирователь сигнала «установка нуля» 15 включает в себя источник положительного напряжения с кнопкой, при нажатии на которую формируется перепад напряжения с нуля на плюс, обеспечивающий установку в «нуль» непосредственно счетчика 12, а через схемы ИЛИ-1 9 и ИЛИ-2 10 соответственно - триггера 8 и счетчика 6. Питание формирователя 15, как и всех узлов имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1 осуществляется от ИС или от источников напряжения, установленных в формирователе 15.
1
m
m+1
m+n
24
14
35
25
15
36
26
24
25
26
2
6
m+n
1
6
3
m
5
2
5
1
5
3
4
m+1
2
4
1
2
3
4
5
6
Дешифратор номера коммутатора 4 преобразует входные сигналы в двоичном коде в последовательность выходных сигналов в десятичном коде. Входы дешифратора 4 представляют собой входы управления имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков, количество входов зависит от максимального количества подключаемых к магистрали управления коммутаторов датчиков, на которое рассчитана ИС. Приведенная на фиг. 1 система позволяет подключить к магистрали управления до 16 коммутаторов датчиков, поэтому количество двоичных входов дешифратора 4 равно 4, а количество выходов равно 16. Первый выход дешифратора 4 соединен со схемой И 5, второй вход которой соединен с выходом схемы НЕ 14. Выход схемы И 5 соединен со счетным входом двоичного счетчика р циклов измерений 6. Включение двоичного счетчика р циклов измерений 6 в состав устройства управления 3 имитатора 1 связано с некоторыми особенностями применения в ИС методов повышения точности измерений из-за влияния шумов. Для повышения точности измерений в некоторых системах при проведении цикла опроса датчиков, подключенных к коммутатору датчиков, каждый датчик опрашивается несколько раз. В других ИС каждый датчик за время цикла опрашивается один раз, но таких циклов может быть несколько. Измерение каждого датчика несколько раз в процессе проведения одного цикла опроса датчиков не будет влиять на управление выбором ступеней имитатора 1, увеличится только общее время цикла,. Если в ИС для повышения точности измерений используется методика опроса датчиков за несколько циклов, то для обеспечения выбора номеров ступеней сигналов имитатора в заданной последовательности необходимо считать количество циклов р. После завершения цикла с номером р имитатор должен обеспечить подключение следующей ступени. На фиг. 1 для обеспечения количества циклов р=15 выбран двоичный счетчик 6 на четыре двоичных разряда. Выходы счетчика 6 соединены с входами дешифратора количества р циклов измерений 7. В связи с тем, что счетчик выбран на четыре двоичных разряда, дешифратор выбран на 16 выходов. Первый выход дешифратора 7 соединен со вторым входом схемы ИЛИ-1, которая на фиг. 1 обозначена номером 9. Первый вход схемы 9 соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля» 15, выход схемы 9 соединен с первым входом триггера 8. При подаче на этот вход положительного фронта импульса «установка нуля» на выходе триггера, указанном на фиг. 1, устанавливается нулевой потенциал. Второй вход триггера через однополюсный переключатель 11 соединен также с одним из выходов (со второго по р+1) дешифратора 7. На фиг. 1 показано подключение второго выхода дешифратора 7 через позицию 2 переключателя 11 ко второму входу триггера 8 для ИС, в которой применяется один цикл опроса датчиков (р=1). Второй вход триггера 8 соединен также со вторым входом схемы ИЛИ-2 (на фиг. 1 она обозначена номером 10), первый вход которой соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля» 15, а выход соединен с входом «установка нуля» двоичного счетчика р циклов измерений 6. Выход триггера 8 соединен со счетным входом двоичного счетчика количества ступеней имитатора 12, вход «установка нуля» двоичного счетчика 12 соединен с выходом формирователя сигнала «установка нуля» 15. Выходы счетчика 12, количество которых зависит от количества ступеней имитатора, соединены с входами дешифратора количества ступеней имитатора 13. На фиг. 1 имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков представлен на k=7 ступеней, поэтому счетчик 12 выбран на три двоичных разряда из расчета того, что дешифратор 13 должен иметь количество выходов k+1, т.е. 8. Выходы дешифратора с первого по к соединены с соответствующими входами схем ИЛИ - ИЛИ, и ИЛИ – ИЛИ таким образом, чтобы при переключении выходов дешифратора количества ступеней имитатора 13 обеспечить подключение ключевых элементов коммутаторов имитатора в последовательности, обеспечивающей формирование дискретных ступеней сигналов имитатора от максимальной отрицательной до максимальной положительной. Для имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1, представленного на фиг. 1, это означает, что при k=1 в соответствии с расчетом выходных напряжений резисторного моста, представляющих ступени имитатора от минус третьей до плюс третьей, выходные напряжения моста надо подключать ключевыми элементами Кл.1 - Кл.3 с одной стороны и ключевыми элементами Кл.4 - Кл.6 с другой стороны к потенциальным выходам имитатора в следующей последовательности: U, U, U, U, U, U, U. В напряжениях индексами обозначены номера выходов моста 2 и 4, 1 и 4, 3 и 5 и т.д., при этом напряжение U соответствует минус третьей ступени имитатора, напряжение U - нулевой ступени, а напряжение U соответствует плюс третьей ступени имитатора. Для формирования всех семи выходных напряжений в указанной последовательности от максимального отрицательного до максимального положительного на выходе диагонали моста имитатора необходимо выполнить следующие соединения. Подключение выходов дешифратора 13 к входам схем ИЛИ 16, 17, 18 и 19, 20, 21, а выходов этих схем - к входам ключевых элементов Кл.1 - Кл.3 и Кл.4 - Кл.6 необходимо осуществить в следующей последовательности. Первый выход дешифратора 13 должен быть соединен с первым входом схемы ИЛИ 17 и первым входом схемы ИЛИ 21 (ИЛИ). Второй выход дешифратора 13 соединен со вторым входом схемы ИЛИ 16 и вторым входом схемы ИЛИ 21, третий выход дешифратора 13 соединен с первым входом схемы ИЛИ 18 (ИЛИ) и первым входом схемы ИЛИ 20, четвертый выход дешифратора 13 соединен со вторым входом схемы ИЛИ 17 и вторым входом схемы ИЛИ 20, пятый выход дешифратора 13 соединен со первым входом схемы ИЛИ 16 и третьим входом схемы ИЛИ 20, шестой выход дешифратора 13 соединен со вторым входом схемы ИЛИ 18 и первым входом схемы ИЛИ 19 (ИЛИ), седьмой выход дешифратора 13 соединен со третьим входом схемы ИЛИ 17 и вторым входом схемы ИЛИ 19. Восьмой выход дешифратора 13 соединен с входом логической схемы НЕ 14. Выход схемы ИЛИ 16 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.1. Выход схемы ИЛИ 17 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.2. Выход схемы ИЛИ 18 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.3. Выход схемы ИЛИ 19 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.6. Выход схемы ИЛИ 20 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.5. Выход схемы ИЛИ 21 соединен с управляющим входом ключевого элемента Кл.4.
Информационно-измерительная система приведена на фиг. 1 в качестве примера для пояснения схемы подключения к ней имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков. Система состоит из 16 коммутаторов датчиков (на фиг. 1 представлен один коммутатор датчиков 22), измерительного модуля 23, интерфейсного блока 24 и персонального компьютера 25. В системе коммутаторы датчиков подсоединены к измерительному модулю через магистраль управления и измерительную магистраль, кроме того, по магистрали управления передается на коммутаторы датчиков напряжение питания микросхем. Коммутаторы датчиков могут быть выполнены по матричной или пирамидальной схеме соединения бесконтактных ключевых элементов. Представленный на фиг. 1 коммутатор 22 выполнен по пирамидальной схеме. Описание коммутатора с пирамидальной схемой соединения бесконтактных ключевых элементов приведено, например, в книге B.C. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л., "Энергия", 1980 г. В системе обычно применяется несколько коммутаторов датчиков, поэтому используется трехступенчатая схема соединения ключевых элементов: первая ступень - номер точки в разъеме коммутатора (№ тк), вторая ступень - номер разъема коммутатора (№ рк), третья ступень - номер коммутатора в системе (№ ком.). Для управления выбором требуемой точки в коммутаторе 22 используются шины управления измерительной системы, имеющие соответствующие названия: № тк, № рк, № ком. Передаваемый по ним двоичный код от устройства управления блока 23 в коммутаторах датчиков системы преобразуется в дешифраторах коммутаторов в управляющий сигнал, который открывает соответствующие ключи по цепочке: номер заданной точки в каждом разъеме, номер требуемого разъема из всех разъемов, номер заданного коммутатора из всех коммутаторов. Управляющие входы имитатора 1 подсоединяются к шине № ком. Измерительный выход имитатора 1 соединяется кабелем с запараллеленными измерительными входами коммутатора 22. При проведении метрологической поверки ИС запараллеливаются все измерительные входы коммутатора 22. При использовании имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1 для проведения калибровки с целью повышения точности измерений мостовых датчиков запараллеливается часть измерительных входов коммутатора 22, к другим входам коммутатора 22 подсоединяются датчики.
На схеме фиг. 1 для пояснения работы имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1 принято, что микросхемы управляются положительными фронтами импульсов, при применении микросхем с управлением от отрицательных фронтов импульсов необходимо согласовать уровни сигналов.
24
Имитатор сигналов мостовых тензорезисторных датчиков 1 работает следующим образом. После подсоединения имитатора 1 к ИИС в соответствии со схемой, представленной на фиг. 1, выполняются следующие действия. На имитаторе переключатель 11 соединяется с выходом дешифратора 7, соответствующего количеству циклов измерения. На фиг. 1 показано соединение переключателя 11 со вторым выходом дешифратора 7, что соответствует одному циклу измерения. Измерительная система устанавливается в исходное состояние, при котором по всем шинам магистрали управления выставляется потенциал, соответствующий логическому «нулю». С помощью формирователя сигнала «установка нуля» 15 осуществляется установка в «нуль» непосредственно счетчика 12, а через схемы ИЛИ 9 и 10 соответственно - триггера 8 и счетчика 6. В результате дешифратор 13 устанавливается в состояние, при котором на его первом выходе формируется положительный потенциал. Этот управляющий сигнал через схемы ИЛИ 17 и 21 поступает на управляющие входы ключевых элементов Кл.2 и Кл.4, которые открываются и выходы 2 и 4 моста подсоединяются к выходу имитатора. После выполнения этих переключений напряжение моста U24, представляющее третью отрицательную ступень имитатора, будет подключено к выходу имитатора. При выполнении команд, формируемых компьютером 25 в соответствии с введенной программой, блок управления измерительного модуля 23 по магистрали управления передает управляющие импульсы в двоичном коде на коммутаторы датчиков ИС, в том числе и на коммутатор датчиков 22. При последовательном опросе всех коммутаторов датчиков, подключенных к ИИС, в каждом из них подключение происходит в следующей последовательности. Вначале выбирается в каждом разъеме каждого коммутатора первая точка, затем вторая и т.д. до завершения подключения последней точки разъема. Номера разъемов выбираются последовательно с первого до последнего. Номера коммутаторов также опрашиваются с первого до последнего, при этом к измерительной магистрали подключается коммутатор с тем номером, адрес которого совпадает с выданным в магистраль управления кодом. При совпадении адреса коммутатора 22 с кодом управления коммутатор 22 подключится к измерительной магистрали ИС, и поступающее на измерительные входы коммутатора 22 напряжение U, будет передаваться по измерительной магистрали на вход нормализатора сигналов модуля 23. Таким образом, все измерительные каналы коммутатора 22 будут опрошены и напряжение, соответствующее минус третьей ступени имитатора 1, измерено, преобразовано в двоичный код, передано через интерфейсный блок 24 и записано в памяти компьютера 25 измерительной системы.
14
14
Опрос и измерение будет производиться столько раз, сколько циклов измерения задано посредством переключателя 11.. На фиг. 1 переключателем 11 установлен один цикл измерений. Поэтому работа имитатора будет осуществляться в следующей последовательности. После завершения первого цикла опроса и измерения минус третьей ступени имитатора 1 система установится в исходное состояние, при котором на всех входах дешифратора 4 будут нулевые потенциалы. На первом выходе дешифратора потенциал будет положительный, на остальных выходах дешифратора будет нулевой потенциал. На вход схемы И 5 поступят две логические единицы, потому что на последнем выходе дешифратора 13 будет логический нуль, который схемой НЕ 14 преобразуется в логическую единицу. На счетный вход счетчика 6 поступит положительный перепад напряжения, который переключит счетчик из состояния 0000 в состояние 0001. В результате этого на втором выходе дешифратора 7 сформируется положительный перепад напряжения, который переключит выход триггера 8 из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Это приведет к переходу счетчика 12 в состояние 0001, что переключит выход дешифратора 13 с первого на второй и приведет к подключению минус второй ступени к выходу имитатора. Одновременно положительный перепад напряжения поступит на схему ИЛИ 10 и через нее сбросит двоичный счетчик 6 в состояние 0000, что приведет к появлению на первом выходе дешифратора 7 положительного перепада напряжения. Этот перепад напряжения через схему ИЛИ 9 переключит триггер 8, и выход триггера установится в состояние логического нуля. Это не приведет к срабатыванию счетчика 12, так как перепад напряжения будет отрицательным, а счетчик срабатывает на положительный перепад. Таким образом, осуществится подключение к выходу имитатора 1 напряжения моста U, соответствующего минус второй ступени. Имитатор готов к опросу минус второй ступени. При проведении опроса коммутаторов датчиков ИС коммутатор 22 подключится к измерительной магистрали, как это было описано выше, и напряжение моста U, соответствующее минус второй ступени имитатора, будет последовательно подключено через измерительные каналы коммутатора 22 и измерительную магистраль к входу нормирующего преобразователя измерительного модуля 23. В модуле 23 это напряжение будет измерено, преобразовано в двоичный код, передано через контроллер 24 и записано в памяти компьютера 25.
В такой последовательности будут подключены к коммутатору 22 и опрошены остальные ступени имитатора, а соответствующие этим ступеням выходные напряжения моста будут измерены, преобразованы в двоичный код, переданы через интерфейсный блок 24 и записаны в памяти компьютера 25, После завершения опроса и измерения плюс третьей ступени имитатора проводится еще один цикл измерений, при выполнении которого последний выход дешифратора 13 (на фиг. 1 ему соответствует выход с номером 8) будет установлен в состояние логической единицы. Положительным фронтом потенциала схема НЕ 14 сформирует на выходе логический нуль, который закроет схему И 5 для прохождения сигналов управления на имитатор 1 при последующих опросах коммутаторов датчиков ИС. Работа имитатора может быть повторена при подаче сигнала «установка нуля» с формирователя сигнала 15.
Изготовлен макет и проведены исследования, которые подтвердили работоспособность предложенного имитатора сигналов мостовых тензорезисторных датчиков. Применение данной полезной модели позволит проводить в автоматическом режиме калибровку и метрологическую поверку каналов измерения сигналов мостовых тензорезисторных датчиков измерительных систем с магистральной структурой подсоединения коммутаторов датчиков.