Mostek tensometryczny CMT-831
Wstęp
Zajmując się ostatnio krajową retrotechniką warto wspomnieć również o sprzęcie laboratoryjnym i pomiarowym. Tym razem poświęcimy trochę uwagi mostkowi pomiarowemu serii CMT-831 (rys.1).
Urządzenie to zostało opracowane na Politechnice Gdańskiej. Produkcję w latach 80-tych XX wieku prowadziła spółdzielnia pracy Techno-Mechanik Gdańsk. Producent co prawda istnieje do tej pory, ale po serii przekształceń i przeprowadzek niestety nie dysponuje już żadnymi danymi dotyczącymi tych produktów. Szczęśliwie instrukcję do tego urządzenia można pobrać (2014) ze strony jednego z laboratoriów Politechniki Gdańskiej. CMT-831 jest przykładem dobrego, trwałego i zaawansowanego technologicznie urządzenia, które jednak nie doczekało się kontynuacji, a jego produkcja została zarzucona.
Mostek tensometryczny CMT-831
Urządzenie to zasadniczo jest precyzyjnym wzmacniaczem. Jest dedykowane do obsługi tensometrów (pomiary odkształceń i naprężeń) oraz czujników indukcyjnych (głównie położenia). Tensometry mogą być połączone zarówno jako pełny mostek, jak i pół mostek. Stosując dodatkowe rezystory można też prowadzić pomiary w trybie ćwierć mostka (czyli pojedynczy tensometr), ale z uwagi na teorię oraz praktykę tego typu pomiarów nie jest to konfiguracja zalecana. Urządzenie posiada dwa w pełni niezależne kanały pomiarowe. Pasmo przenoszenia mostka wynosi ok. 500Hz, więc w wielu wypadkach można go używać do badania drgań. Dokładność jest spora, dochodząca do 0,05% zakresu pomiarowego. Wadą są względnie wąskie zakresy pomiarowe, w wielu wypadkach jednak wystarczające. W największym zakresie pomiarowym niestety trochę się traci na dokładności pomiaru. Pełne dane techniczne znajdują się we wspomnianej instrukcji obsługi.
Urządzenie posiada wbudowany woltomierz umożliwiający bezpośredni odczyt mierzonych wartości (rys.2). Jest to uniwersalny panelowy moduł woltomierza, w pełni niezależny od reszty urządzenia, mający nawet własne zasilanie i bezpiecznik. Wybór aktualnie odczytywanego kanału odbywa się za pomocą przełączników umieszczonych pod wyświetlaczem.
Dla każdego kanału można ustawić indywidualnie (rys.3):
- Tryb pracy (pełny mostek, pół mostek, czujnik indukcyjny).
- Zakres pomiarowy.
- Wzmocnienie.
- Punkt zero/balans (zgrubnie i dokładnie).
W wielu wypadkach udaje się tak dobrać parametry, aby na wyświetlaczu woltomierza móc odczytywać bezpośrednio mierzoną wartość bez konieczności dalszych przeliczeń.
Po lewej stronie tylnej ścianki (rys.4) są umieszczone podstawowe wyprowadzenia. Należą do nich:
- Złącza do podłączenia czujników.
- Wyjście oscyloskopowe, umożliwiające obserwowanie zmian mierzonej wartości w czasie. Sygnał do tego złącza jest doprowadzany z modułu woltomierza i jest to sygnał z aktualnie wybranego kanału.
- Wyjście kontrolne i opcjonalne wejście zewnętrznego zasilania tensometrów. Domyślnie jest używany prąd zmienny z wewnętrznego generatora o częstotliwości 20kHz. Zastosowanie prądu zmiennego świadczy o nowoczesności tego urządzenia. Pamiętajmy, że projekt pochodzi z początku lat 80-tych, a może nawet jest jeszcze starszy.
Po prawej stronie tylnej ścianki (rys.5) znajdują się złącza i elementy sterujące które umozliwiają rozszerzenie możliwości użytkowych urządzenia. Złącze „PA-831” służy sterowania multiplekserem. Pokrętło „Step interval” ustawia zarówno częstotliwość odświeżania wyświetlacza wbudowanego woltomierza, jak i częstotliwość przełączania kanałów w opcjonalnym multiplekserze. Przycisk „Reset” kasuje aktualny rejestr (numer) kanału odczytywanego przez multiplekser.
Najciekawsze jest jednak złącze oznaczone jako „Interface”. Są na nim wyprowadzone m.in.:
- Wyjścia analogowe napięciowe i prądowe obu kanałów (bez konieczności ręcznego przełączania).
- Mierzona wartość z wbudowanego woltomierza w formie cyfrowej (TTL), niestety w kodzie BCD. Tzn. każdej cyfrze odpowiadają 4bity (czyli 4 piny złącza), wyprowadzone są równolegle 4 cyfry i oddzielny pin dla oznaczenia znaku wyniku.
- Numer aktualnego kanału multipleksera, też w kodzie BCD (2 cyfry).
- Impuls zakończenia konwersji /gotowości pomiaru, używany w charakterze sygnału „Strobe” dla drukarek wyposażonych w interfejs akceptujący dane w postaci „równoległego” kodu BCD (były takie...).
Szczęśliwie wszystkie złącza rozszerzeń są dobrze opisane w instrukcji obsługi.
Wnętrze urządzenia (rys.6) ukazuje pewien kunszt inżynieryjny. Urządzenie jest starannie zaprojektowane. Obsługa każdego kanału pomiarowego jest realizowana na 3 funkcjonalnych płytkach czy też kartach. Są one zamontowane w płycie głównej podobnie jak to się miało z montowaniem kart rozszerzeń w komputerach typu PC. Ułatwia to diagnostykę, naprawy oraz zapewne ułatwiało prace konstrukcyjne nad innymi modułowymi urządzeniami tego typu. Każdy typ karty ma złącze krawędziowe umieszczone w innych miejscach, dzięki czemu z jednej strony można w celach diagnostycznych przekładać karty np. między dwoma kanałami, a z drugiej jest się zabezpieczonym przed omyłkowym montażem karty w miejscu dla niej nie przeznaczonym.
Multiplekser PA-831
Multiplekser PA-831 (rys.7) jest oddzielnym urządzeniem zwiększającym możliwości miernika. Służy do sekwencyjnego przełączania wielu czujników na wybranym w mierniku kanale. Multiplekser jest wyposażony w 10 przełączanych kanałów. Istniała możliwość szeregowego podłączenia nawet do 10(!) multiplekserów do pojedynczego miernika, co potencjalnie dawało mozliwość obsługi 100 czujników. Do multipleksera mogą być podłączone tylko czujniki tensometryczne. Multiplekser nie umożliwia regulacji wzmocnienia. Można to zrobić tylko w mierniku. Będzie to wartość wspólna dla wszystkich multipleksowanych kanałów. Punkt zerowy zakresu pomiarowego można wyregulować na panelu przednim multipleksera indywidualnie dla każdego kanału. Natomiast tryb pracy czujników (pełny mostek / pół mostek) jest wybierany przełącznikiem na tylnej ściance urządzenia (rys.8).
Samoczynne sterowanie multiplekserem PA-831 odbywa się przy pomocy miernika CMT-831. Można nim również sterować manualnie. Samoczynne przełączanie kanałów nie jest zbyt szybkie (maksymalnie około 5Hz), więc multiplekser nadaje się raczej do pomiarów wartości statycznych.
Widok wnętrza multipleksera (rys.9) ujawnia jego zasadę pracy. Poszczególne kanały są przełączanie przy pomocy kontaktronów czy też mikro styczników. Biorąc pod uwagę zakłócenia w trakcie mechanicznego załączania i wyłączania styków oraz czas potrzebny do stabilizacji odczytywanej wartości pomiarowej maksymalną częstotliwość przełączania kanałów należy dobierać doświadczalnie, ale realnie nie należy się spodziewać większej wartości niż 1...3Hz.
Użytkowanie
Piszemy te słowa w roku 2014, więc przedstawione urządzenia mają w tej chwili mniej więcej 25 lat. To sporo. Mamy kontakt z 3 sztukami takich zestawów (miernik+multiplekser). Zadziwia fakt, że są one nadal sprawne.
Urządzenia nie mają typowych dla współczesnej elektroniki problemów takich jak np. rozlewające się kondensatory elektrolityczne. Nie znaczy to, że nie nabyły przez lata wad. Największą z nich jest chyba problem z przełącznikami obrotowymi. Nie są one brudne ani zaśniedziałe, ale z nieznanych przyczyn ruchomy element kontaktowy czasem potrafi się wyślizgnąć z przeznaczonego dla siebie miejsca i zwierać nieprawidłowe styki lub w ogóle wypaść. Szczęśliwie da się to naprawić, ale może przy tym zajść konieczność wymontowania i rozebrania takiego przełącznika. Jadnak zwykle udaje się to zrobić „na miejscu” bez odłączania od niego przewodów i elementów elektronicznych. Inną przypadłością długo nieużywanych egzemplarzy jest korozja styków zasilających i gniazda bezpiecznika modułu woltomierza cyfrowego. Żeby ponownie uruchomić woltomierz wystarczy usunąć korozję.
Nadal używamy w laboratorium dydaktycznym dwóch takich mierników.
Dr inż. Szymon Dowkontt
