Стендовый измеритель тяги

   Узел измерения тяги предназначен для испытания различных двигателей с максимальной тягой не более 1500 Н. Узел состоит из мостового тензодатчика (преобразователя усилия в напряжение), и блока электроники.
   Мостовой тензодатчик состоит из четырёх одинаковых блоков, заимствованных из бытовых электронных весов, с небольшими переделками. Напряжение питания моста обеспечивается блоком электроники и составляет 3,00±0,01 В. Двигатель проекта «1000Н» устанавливается на датчик напрямую, а РДТТ — через переходник.
   Блок электроники состоит из двух плат — основной и преобразователя «USB-COM». Вторая плата была введена в состав прибора для обеспечения работы с ноутбуками, не имеющими последовательных портов.
   На основной плате находятся микроконтроллер AT90S2313 (производства «ATMEL»), АЦП AD7710 и источник опорного напряжения AD780 (оба — производства «Analog Devices»), а также преобразователь уровней TTL <–> RS-232 на дискретных элементах. Связь с компьютером осуществляется через асинхронный последовательный порт, или по шине USB через преобразователь. Питание возможно как от шины USB, так и от любого источника постоянного тока напряжением 4,5…5,5 В, например, батареи из 4 аккумуляторов NiCd или NiMH. Потребляемый ток не превышает 50 мА.
   Применение дельта-сигма АЦП совместно с тензомостами весьма удобно, так как такой АЦП не требует внешнего усилителя и аналогового фильтра помех. Но конкретно AD7710 был использован просто потому, что оказался под рукой, сейчас есть и более дешёвые, и более быстрые АЦП, да и точность его (свыше 20 эффективных разрядов) для наших применений избыточна. Внешний источник опорного напряжения AD780 был использован из-за того, что ток, потребляемый тензомостом, составляет 1,25 мА, а максимальный ток, отдаваемый встроенным ИОН, составляет 1 мА. В реальности на коротких проводах устройство работало и с внутренним ИОН, но при попытке подключить кабель длиной хотя бы 4 метра, внутренний ИОН самовозбуждался. Напряжение 3 В позволило уменьшить помехи на 20%.
   Частота дискретизации выбрана равной 50 Гц, что соответствует частоте полей видеосъёмки, это удобно для привязки отсчётов. Второй канал АЦП не используется, т.к. при этом велики потери времени на переключение, к тому же, для выдерживания точной частоты синхронизации нужно «дёргать» ножку Sync.
   Для температурной коррекции тензомоста в схему введена микросхема ТМР03 (также производства «Analog Devices»). Правда, текущая версия прошивки не позволяет определять температуру при частоте обновления АЦП 50 Гц, т.к. выход ТМР03 — ШИМ-сигнал с частотой около 35 Гц. При более низкой частоте обновления АЦП для определения скважности используется 16-битный счётчик МК AT90S2313.
   Код для МК написан «по мотивам» фирменной прошивки модуля E24 производства фирмы «L-Card», поэтому открыто публиковать его нельзя, но можно получить консультацию по электронной почте. Впрочем, он довольно очевиден, поэтому его можно написать самостоятельно.
   Частота кварца 9 830 400 Гц позволяет производить обмен с ПК на скоростях до 38 400 бит/с. На этой же частоте работает и АЦП, при этом коэффициенты деления выходят «двоично-круглыми», например, для 50 Гц это 384 (или 180H). Отказ от использования MAX232 для согласования уровней обусловлен относительной дефицитностью этой микросхемы, к тому же, весьма элегантное решение (опубликованное, например, в «Application Note AN910» фирмой «ATMEL») требует всего двух транзисторов, шести резисторов, диода и конденсатора.
   Тензопреобразователи получены из весов, купленных на распродаже примерно за 600 рублей. Весы со стеклянной плитой имеют в своей конструкции 4 одинаковых тензодатчика. Дискретность измерений составляет примерно 0,1 Н, но шумы и гистерезис ограничивают реальную точность на уровне 0,3…0,5 Н, что для установки с верхним пределом измерений 1500 Н, безусловно, является достаточной точностью.
   Обработка информации пока ведётся не в реальном времени, а после испытания. С помощью этого тягоизмерителя был снят профиль тяги двигателя на сорбитовой карамели с импульсом около 100 Н*с.

обновлено 16.11.2006