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微机化台式电子万能试验机的新型数据测量系统

发布时间:2019-06-24 10:52:25 分类:行业新闻 来源: 点击:

微机化台式电子万能试验机的新型数据测量系统 CSS-169型微机化台式电子万能试验机是我所七五科技攻关项目 该试验机在测量控制系统上全面采用了微机参与控制,从基本结构上改变了过去我国大多数电子万能试验机以模拟方式进行测量,控制计算机主要作为数据采集器和后续数据处理器的状况。他是以一个基本型STD总线工业控制计算机核心构成的,与其它模拟环节有机关联的,具有初步智能的新型控制系统。

在CSS-169的测量系统中,计算机不仅完成 了最终数据采集任务,而且 对测量放大器的调零,换挡,定标及工作状态 监测等操作全部实现了自动化。从而使该放大器成为一个功能很强。操作又十分简单的单元。放大器采集的数据全部转换成直读工程量钢的数据输出显示。操作者根本感觉不到放大 器增益的改变,它自动保证了在所有档的全部量程覆盖下的精度 均满足1%示值的指标。它并不独占CPU。所以在此仅将与 该部分有关的内容介绍如下,文中所绘原理图与实际线路略有不同。

一、测量系统的主要技术改进目标

1.改变 过去放大器量程由人工切换,并且再一次不停 机的试验过程中一般不能中途切换量程的不足,实现自动量程切换。在试验过程中也可以随时切换量程,实现工程量钢数据直读显示。

2.实现放大器零点的自动调整,改变过去繁琐的零点调整操作程序,并解决各档零点不易同时调到满意的零点问题。

3.进行自动目标定值检测,在必要时进行增益系数自动修正。

二、放大器的基本结构

放大器的简化原理图如图所示,传感器分别为电阻应变片组成的平衡桥路式负荷传感器和变形传感器,拱桥电压采用对称的等幅值正负电压,这样额设计由于输入到放大器自身共模抑制比不够高的不足。由图可知。该放大器采用的是十分简单的双运放大的结构,这种路线本身性能并不十分理想。他的抗干扰性能比较差。尤其零点漂移问题比较严重。



放大器的输出通过多路开关接到A/D转换器上。A/D芯片我们采用的是双向10v输入的AD574J. J1、J2、J3分别为微型继电器的触点。均由计算机控制。J1用来切换R1.R1是放大器定标电阻。J1J2分别用来改变第二级放大器的增益。IC1的反相输入端接到计算机的某一输出接口线上。占空比为1:1的方波由计算机输出。它用来控制拱桥电压的极性。双向稳压管2DW7和IC1。IC3组成幅度调节电路,跟随器IC1 和反向放大器IC3的输出电压构成了幅度相同符号相反的两个拱桥电压,接到传感器桥路的两端。当计算机发出的控制信号电平生产转换时,输出拱桥电压的极性也随之反向。

三、几个主要技术问题的解决方法

1.零漂及抗干扰问题

放大器的零飘主要由半导体元件随温度变化而引起,在这一系统中零漂主要由IC4 .IC5的零漂引起,由于放大器的零点误差在共模电压不变的情况下不会随着输入差模信号的变化而变化,而传感器的输出信号则与拱桥电压成正比,所以采用使拱桥电压极性反向的方法,可以测出叠加在实际信号电压上的零点误差值,设放大器的输出为U=U=(KU=U)K

其中K为传感器输出信号电压与拱桥电压的比例系数。K 放大器增益系数,U为折算到输入端的零点误差电压,U为拱桥电压,当U分别为绝对值相同符号相反的电压时,则U分别为U。

计算机在两个不同的拱桥电压下采样放大器的输出值并在内部解算。

由此可知,不论传感器输出信号是什么状态。只要通过在不同供桥电压下的两次采样就可以计算出叠加在真实输出信号中的零点误差值。而采用下面的公式则可以求出该时刻的实际值。

该放大器的供桥电压式等幅值正负 对称的电压。并由于传感器臂上的阻止基本相等,在放大器的输入端其共膜 电压是十分接近于地电位的很小的一个值,并且改变供桥电压的极性对共膜电压的变化而影响到零点误差的准确性的问题,这也就是为什么采用正负对称供桥电压。并且要同时改变极性的主要原因。

由于大部分干扰信号,尤其式低频干扰信号在引入路径不变的条件下也不会随着供桥电压极性的改变而改变,因此。在上述处理过程中,也被视为零点误差电压的一部分被扣除掉了。所以。该类放大器不仅可以消除放大器本身的零点漂移误差。也在一定程度上提高了系统的抗干扰性能。

2.自动换挡与自动标定功能的实现

计算机在每次采完一个测量值之后,根据其值在该增益档位状态下A/D输出码的大小来决定是否改变高一级换到地一级放大器增益档位下,放大器的增益 级差是以×1×4×16的方式改变的。A/D输出码为12位二进制码。由于其实际转换精度大约只有10位左右,要保证测量值的精度不低与1%。则采样值的分辨率应不少于400个码。实际设计为当采样码少于400时改为高一级增益档位,即把增益提高4倍。同时改变微机内部的当前增益率因子。

由于供桥电压,传感器的灵敏度,放大器的增益都可能有微小的变化,为了保证测量值的准确性,要经常的对全部测量系统的精度进行自我检验,这就是自动标定功能。传感器在零点状态下。J闭合引入一个确定的桥路变化量,这时输出将随之改变,测量该标定值,并与原存入计算机的标定值比较。当误差超过一定限度时则修改比例修正因子,使修正后的值满足精度要求,当超过的比例很大时,则通过CRT告诉操作者重新进行硬件电路的调整。

实际值的获得在软件上式把两次采样值经过去零点运算后,在经过乘增益倍率因子乘比例修正因子乘工程量钢因子之后得到的当然这些运算与数据处理程序都是经过实时化处理的,力求作到简介实用,快速。

四、结束语

上述系统经实测 其主要技术性能指标如下

1有效测量范围100%FS~1%FS.

2精度在有效量程内为1%示值应用系统的CSS-169型微机化台式电子万能试验机1990年年初 通过部级鉴定,鉴定结论为。主要技术指标达到 国际80年代中期同类产品先进水平,该机已交付用户使用。
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