CSS-169型微機(jī)化臺式
電子萬能試驗(yàn)機(jī)是我所七五科技攻關(guān)項目 該
試驗(yàn)機(jī)在測量控制系統(tǒng)上全面采用了微機(jī)參與控制，從基本結(jié)構(gòu)上改變了過去我國大多數(shù)電子
萬能試驗(yàn)機(jī)以模擬方式進(jìn)行測量，控制計算機(jī)主要作為數(shù)據(jù)采集器和后續(xù)數(shù)據(jù)處理器的狀況。他是以一個基本型STD總線工業(yè)控制計算機(jī)核心構(gòu)成的，與其它模擬環(huán)節(jié)有機(jī)關(guān)聯(lián)的，具有初步智能的新型控制系統(tǒng)。
在CSS-169的測量系統(tǒng)中，計算機(jī)不僅完成 了最終數(shù)據(jù)采集任務(wù)，而且 對測量放大器的調(diào)零，換擋，定標(biāo)及工作狀態(tài) 監(jiān)測等操作全部實(shí)現(xiàn)了自動化。從而使該放大器成為一個功能很強(qiáng)。操作又十分簡單的單元。放大器采集的數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換成直讀工程量鋼的數(shù)據(jù)輸出顯示。操作者根本感覺不到放大 器增益的改變，它自動保證了在所有檔的全部量程覆蓋下的精度 均滿足1%示值的指標(biāo)。它并不獨(dú)占CPU。所以在此僅將與 該部分有關(guān)的內(nèi)容介紹如下，文中所繪原理圖與實(shí)際線路略有不同。
一、測量系統(tǒng)的主要技術(shù)改進(jìn)目標(biāo)
1.改變 過去放大器量程由人工切換，并且再一次不停 機(jī)的試驗(yàn)過程中一般不能中途切換量程的不足，實(shí)現(xiàn)自動量程切換。在試驗(yàn)過程中也可以隨時切換量程，實(shí)現(xiàn)工程量鋼數(shù)據(jù)直讀顯示。
2.實(shí)現(xiàn)放大器零點(diǎn)的自動調(diào)整，改變過去繁瑣的零點(diǎn)調(diào)整操作程序，并解決各檔零點(diǎn)不易同時調(diào)到滿意的零點(diǎn)問題。
3.進(jìn)行自動目標(biāo)定值檢測，在必要時進(jìn)行增益系數(shù)自動修正。
二、放大器的基本結(jié)構(gòu)
放大器的簡化原理圖如圖所示，傳感器分別為電阻應(yīng)變片組成的平衡橋路式負(fù)荷傳感器和變形傳感器，拱橋電壓采用對稱的等幅值正負(fù)電壓，這樣額設(shè)計由于輸入到放大器自身共模抑制比不夠高的不足。由圖可知。該放大器采用的是十分簡單的雙運(yùn)放大的結(jié)構(gòu)，這種路線本身性能并不十分理想。他的抗干擾性能比較差。尤其零點(diǎn)漂移問題比較嚴(yán)重。
放大器的輸出通過多路開關(guān)接到A/D轉(zhuǎn)換器上。A/D芯片我們采用的是雙向10v輸入的AD574J. J1、J2、J3分別為微型繼電器的觸點(diǎn)。均由計算機(jī)控制。J1用來切換R1.R1是放大器定標(biāo)電阻。J1J2分別用來改變第二級放大器的增益。IC1的反相輸入端接到計算機(jī)的某一輸出接口線上。占空比為1：1的方波由計算機(jī)輸出。它用來控制拱橋電壓的極性。雙向穩(wěn)壓管2DW7和IC1。IC3組成幅度調(diào)節(jié)電路，跟隨器IC1 和反向放大器IC3的輸出電壓構(gòu)成了幅度相同符號相反的兩個拱橋電壓，接到傳感器橋路的兩端。當(dāng)計算機(jī)發(fā)出的控制信號電平生產(chǎn)轉(zhuǎn)換時，輸出拱橋電壓的極性也隨之反向。
三、幾個主要技術(shù)問題的解決方法
1.零漂及抗干擾問題
放大器的零飄主要由半導(dǎo)體元件隨溫度變化而引起，在這一系統(tǒng)中零漂主要由IC4 .IC5的零漂引起，由于放大器的零點(diǎn)誤差在共模電壓不變的情況下不會隨著輸入差模信號的變化而變化，而傳感器的輸出信號則與拱橋電壓成正比，所以采用使拱橋電壓極性反向的方法，可以測出疊加在實(shí)際信號電壓上的零點(diǎn)誤差值，設(shè)放大器的輸出為U=U=(KU=U)K
其中K為傳感器輸出信號電壓與拱橋電壓的比例系數(shù)。K 放大器增益系數(shù)，U為折算到輸入端的零點(diǎn)誤差電壓，U為拱橋電壓，當(dāng)U分別為絕對值相同符號相反的電壓時，則U分別為U。
計算機(jī)在兩個不同的拱橋電壓下采樣放大器的輸出值并在內(nèi)部解算。
由此可知，不論傳感器輸出信號是什么狀態(tài)。只要通過在不同供橋電壓下的兩次采樣就可以計算出疊加在真實(shí)輸出信號中的零點(diǎn)誤差值。而采用下面的公式則可以求出該時刻的實(shí)際值。
該放大器的供橋電壓式等幅值正負(fù) 對稱的電壓。并由于傳感器臂上的阻止基本相等，在放大器的輸入端其共膜 電壓是十分接近于地電位的很小的一個值，并且改變供橋電壓的極性對共膜電壓的變化而影響到零點(diǎn)誤差的準(zhǔn)確性的問題，這也就是為什么采用正負(fù)對稱供橋電壓。并且要同時改變極性的主要原因。
由于大部分干擾信號，尤其式低頻干擾信號在引入路徑不變的條件下也不會隨著供橋電壓極性的改變而改變，因此。在上述處理過程中，也被視為零點(diǎn)誤差電壓的一部分被扣除掉了。所以。該類放大器不僅可以消除放大器本身的零點(diǎn)漂移誤差。也在一定程度上提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。
2.自動換擋與自動標(biāo)定功能的實(shí)現(xiàn)
計算機(jī)在每次采完一個測量值之后，根據(jù)其值在該增益檔位狀態(tài)下A/D輸出碼的大小來決定是否改變高一級換到地一級放大器增益檔位下，放大器的增益 級差是以×1×4×16的方式改變的。A/D輸出碼為12位二進(jìn)制碼。由于其實(shí)際轉(zhuǎn)換精度大約只有10位左右，要保證測量值的精度不低與1%。則采樣值的分辨率應(yīng)不少于400個碼。實(shí)際設(shè)計為當(dāng)采樣碼少于400時改為高一級增益檔位，即把增益提高4倍。同時改變微機(jī)內(nèi)部的當(dāng)前增益率因子。
由于供橋電壓，傳感器的靈敏度，放大器的增益都可能有微小的變化，為了保證測量值的準(zhǔn)確性，要經(jīng)常的對全部測量系統(tǒng)的精度進(jìn)行自我檢驗(yàn)，這就是自動標(biāo)定功能。傳感器在零點(diǎn)狀態(tài)下。J閉合引入一個確定的橋路變化量，這時輸出將隨之改變，測量該標(biāo)定值，并與原存入計算機(jī)的標(biāo)定值比較。當(dāng)誤差超過一定限度時則修改比例修正因子，使修正后的值滿足精度要求，當(dāng)超過的比例很大時，則通過CRT告訴操作者重新進(jìn)行硬件電路的調(diào)整。
實(shí)際值的獲得在軟件上式把兩次采樣值經(jīng)過去零點(diǎn)運(yùn)算后，在經(jīng)過乘增益倍率因子乘比例修正因子乘工程量鋼因子之后得到的當(dāng)然這些運(yùn)算與數(shù)據(jù)處理程序都是經(jīng)過實(shí)時化處理的，力求作到簡介實(shí)用，快速。
四、結(jié)束語
上述系統(tǒng)經(jīng)實(shí)測 其主要技術(shù)性能指標(biāo)如下
1有效測量范圍100%FS～1%FS.
2精度在有效量程內(nèi)為1%示值應(yīng)用系統(tǒng)的CSS-169型微機(jī)化臺式電子萬能試驗(yàn)機(jī)1990年年初 通過部級鑒定，鑒定結(jié)論為。主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到 國際80年代中期同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，該機(jī)已交付用戶使用。
