Устройство для градуировки датчиков силы

)5 6 01 1 25/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛ Ь СТВУ С.Антиев ССР 2, СР во С О, 19 тво С О, 19 ГРА 8.ДУИРОВК для одноих датчиачен скол ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯДАТЧИКОВ СИЛЫ(57) Изобретение предназвременной градуировки н ков силы, входящих в схему измерения усилия, и определения их рабочих характеристик, записываемых, как правило, полиномом первой степени, по двум и более образцовым динамометрам, нагружаемым одинаковыми градуировочными усилиями. Цель изобретения - сокращение времени градуировки датчиков силы и повышение достоверности получаемых при этом результатов. Блок 25 управления градуировкой с помощью формирователя 26 команд нагружения выходами подключенного к входам блока управления силовозбудителем, обеспечивает ступенчатое нагружение си1682845 г.7 р С.Пекарь Корректор Э,Лончак ри ГКНТ СССР 1 роизводственнс-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор агарина 101 аз 3405 ВНИИП Составитель Н,ВовчукТехред М.Моргентал Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4151682845 ловой цепи градуировочными усилиями до некоторого максимального значения и последующую ее разгрузку до нуля. Информация о величине градуировочных усилий, снимаемая с выходов образцового динамо- метра 1 и датчика 2 силы, посредством усилителей-преобразователей 13-16 напряжения, АЦП 17 - 20 и блоков 21 - 24 умножения кодов преобразуется в последовательности цифровых кодов и после их усреднения блоком 31 фиксируется в блоках 33 - 36 памяти. По око:нчании градуировки она считывается в блок 41, который поочередно вычисляет коэффициенты аппроксимации Изобретение относится к силоизмерительной технике и предназначено для одновременной градуировки преобразователей силы, йапример, тензометрического типа с последующей автоматизированной обработкой результатов измерений в части определения их рабочих характеристик по двум и более образцовым динамометрам и оценки качества градуировки.Цель изобретения - сокращение времени градуировки датчиков силы и повышение достоверности получаемых при этом резул ьтатов.На фиг,1 показана силозадающая машина, общий вид; на фиг.2 - график нагружения датчиков с илы; на фиг.З функциональная электрическая схема устройства; на фиг,4 - схемы блоков управления градуировкой и обработкой измерительной информации, на фиг.5 - схема блока обработки измерительной информации; на фиг.6-8 - схемы блоков усреднения измерительной информации, вычисления нагрузки и усреднения градуировочных коэффициентов соотьетственно,Устройство содержит (фиг.1) образцовый динамометр 1, градуируемый датчик 2 силы, имеющие по два выхода 1 и 11 и силовозбудитель 3, установленные соосно.в силозадающей машине, включающей основание 4 и верхнюю траверсу 5, закрепленные между собой штангами 6, блок 7 управления силовозбудителем в составе двух электропневмоклапанов (ЗП 1,) 8 и 9 и расходных шайб 10-1, 10-2, источник 11 рабочей жидкости, сливную емкость 12, усилители-преобразователи 13-16 напряжения (фиг,З), АЦП 17 - 20, блоки 21 24 умножения кодов, блок 25 управления градуировкой, формирователь 26 команд нагружения, включающийнапример, коммутирующие элементы градуировочных характеристик 1-го и 11-го выходов датчика 2.по методу наименьших квадратов. Повышение достоверности градуировки достигнуто за счет того, что каждая из характеристик датчика 2 определяется по данным 1-го, а затем 11-го выходов образцового динамометра 1 и усреднения полученных при этом результатов блочном 42. Время градуировки сокращено за счет сведения всего объема выполняемых операций в один цикл и полной автоматизации процесса обработки измерительной информации, управляемого блоком 38. 1 з.п. ф-лы, 8 ил,27 и 28 и ключи 29 и 30, блок 31 усредненияизмерительной информации, первый шифратор 32, блоки 33 - 36 памяти, элемент 37задержки, блок 38 управления обработкой5 измерительной информации, коммутаторы39 и 40, блок 41 обработки измерительнойинформации, блок 42 усреднения градуировочных коэффициентов и блок 43 индикации,10Для упрощения описания устройствасхема блока 25 составлена с учетом полуавтоматического управления градуировкой. Вэтом варианте блок содержит(фиг.4) коммутирующие элементы 44 и 45, генератор 4615 тактовых импульсов, два триггера 47 и 48,элементы И 49 и 50, цифровой милливольтметр 51 и счетчик 52 импульсов.Блок 38 содержит счетчик 53 импульсов,ключ 54, элемент ИЛИ 55, элементы И пер 20 вой 56-59 и второй 60-63 групп и шифраторы 64 и 65.Функциональная электрическая схемаблока 41 составлена с учетом аппроксимации градуировочных характеристик датчика25 2 по соотношениям, известным из методанаименьших квадратов, и содержит (фиг.5)субблоки 66 и 67 усреднения измерительных сигналов при нулевой нагрузке, включающие каждый сумматор 68 и умножитель 6930 кодов, вычислитель 70 величины нагрузки,блоки 71-74 вычитания кодов, блоки 75-78вычисления суммы в составе сумматоров 79и накапливающих регистров 80, блоки 81 - 86умножения и деления 87 кодов, счетчики 8835 и 89 импульсов, генератор 90 тактовых импульсов, элемент 91 задержки, триггеры 92и 93, элементы И 94, ИЛИ 95 и 96 и коммутатор 97.Блок 31 усреднения измерительной ин 40 формации включает (фиг,6) сумматоры 98 -101 кодов, регистры 102 - 105, делители40 106-109 кодов, два счетчика 110 и 111 импульсов, элементы 112 совпадения, делител,ь 113 частоты, элементы И 114, 115 и элемент 116 задержки. 45Вычислитель 70 (фиг.7) включает элементы вычитания 117, умножения 118 и суммирования 119 кодов, а также коммутатор 120 и элементы 121 памяти.Блок 42 (фиг,8) содержит регистры 122- 50 129, сумматоры 130 - 133 и умножители 134- 137 кодов.Для задания нагрузок на динамометр 1 и датчик 2, работающих на "растяжение", использован силовозбудитель 3 гидравли ческого типа.Устройство работает следующим образомПредварительно осуществляют настройку его схемных элементов на режимработы, обеспечивающий задание необходимых градуировочных нагрузок в силовой цепи и автоматическое вычисление коэффи-. цИЕНтОВ (В 1)1, (Во)1, (В)И, (Во)И аППрОКСИМации рабочих характеристик 1-го и 11-го 5 выходов датчика 2, записываемых уравнениями второй степени:(Рг)и = (В 1)и Ь 04+ (Во)и; (2) где Ь 02 и Л 04 - разности электрических 10 сигналов, снимаемых соответственно с 1-го и 11-го выходов датчика 2 при изменении на нем нагрузки от 0 до значения РгьДля этого в уставки блоков 21-24 записывают значения коэффициентов ц 1.ц 4 15 усиления преобразователей 13 - 16, характеризующие изменение сигналов О - 04, приходящиеся на один дискрет АЦП 17 - 20.В элементы 121 памяти вычислителя 70 вводят значения коэффициентов (А 1)1, (Ао)1, 20 (А 1)и и Ро)и градуировочных характеристик образцового динамометра 1, записываемых полиномами вида(Р 1)и - (А 1)и Л Оэ + (Ао)и- (А 1)и (Оэ - Оэ"о") + (А )и; (4) где Ь О и Ь Оэ - разности электрических сигналов, снимаемые с 1-го и И-го выходов динамометра 1 при изменении на нем на грузки от 0 до значения Р 11:01 "о", Оэ"о" - сигналы, снимаемые с этих же входов динамометра при нулевой нагрузке.Иэ уравнения (3) следует, что текущие 35 значения измерительного сигнала О 1, формируемые на 1-м выходе динамометрэ 1, равны Зная последовательность градуировоч- НЮХ усилий Ргр,1, Ргр,2 Ргр,п и Ргр,(п+1)-Уф О, на которые динамометр 1 и датчик 2 должны быть нагружены в процессе выполнения данной работы и измерив с помощью вольтметра 51 величину нулевого сигнала О "о", определяют по соотношению (5) значения НаПРЯжЕНИй Огр,1, Огр,2, Огр,Э, Огр.п, СООтВЕтствующие вышеуказанным нагрузкам Ргр.11,п).В исходном состоянии все счетчики 52, 53, 88, 89, 110, 111, триггеры 47, 48, 92, 93, блоки 33 - 36 памяти и регистры 80, 102-105, 122 - 129 обнулены, элементы И 49, 50, 56- 63, 94, 114, 115 закрыты, ключи 29, 30 и 54 и коммутирующие элементы 27, 28, 44, 45 разомкнуты. ЭПК 8 и 9 обесточены. Коммутаторы 39 и 40 установлены в положение, в котором к соответствующим входам блока 41 подключены первые и вторые выходы блока 31, коммутатор 97 соединяет выход элемента И 94 с суммирующим входом счетчика 8, а коммутатор 120 устанавливает на входах элементов 118 и 119 коэффициенты (А)1, (Ао)1. ИНфсрМацИя На ВЫХОдаХ фуНКцИ- ональных блоков 31. 41, 42 и т.д, отсутствует. Силовозбудитель 3 разгружен. Емкость 11 наполнена рабочей жидкостью и в ней создано необходимое избыточное давление.Для включения устройства в работу кратковременно замы кают коммутирующий элемент 44, При этом триггер 47 переключается в.единичное состояние, открывается элемент И 49 и импульсы напряжения с выхода генератора 46 начинают поступать на вход тактовых импульсов блока 31 и управляющие входы блоков 21 - 24. Последние умножают выделяемые преобразователями 17 - 20 коды КОООи, КОО 021, КОООэ 1 и КОО 04 на коэффициенты усиления ц 1, ог, оэ, ц 4, формируя последовательности текущих значений измерительных сигналов О 1, 021, Оэ 1, 041, пропорциональное по величине градуИрОВОЧНОМу УСИЛИЮ Ргр 1:01(г,э,4) = КОО (г,э,4) Фр.э,4). (6) Блок 31 предназначен для усреднения измерительной информации на градуировочных площадках с тем, чтобы учесть возможную флуктуацию кодов КОООг,э,4)1, например, от нестабильности источников питания, незначительного колебания давления в силовозбудитель 3 и других факторов, влияющих на точность измерения, Он включается в работу замыканием коммутирующего элемента 54 и функционирует следующим образом.Триггер 48 переводится в единичное состояние и открывает элемент И 114, разрешая прохождение тактовых импульсов навход счетчика 110, последний в каждом цикле усреднения информации формирует три управляющие команды, причем частота их следования несколько меньше частоты 1тактовых импульсов и устанавливается делителем 113. По первой команде сумматоры 98-101 увеличивак)т содержимое каждого иэ накапливающих регистров 102-105 на величину выделенных в данный момент измерительных сигналов О 1(г,з,4)ь т,е.О 9 в(99-101) = О 1(2,3,4)1 + О 1(2,3,4)2 + +Е+ О 1(г,з,а)г =О 1(г,з 4)ь (7)1 = 1где Е - число точек усреднения на каждой из градуировочных площадок,Второй командный импульс поступает в счетчик 111 и увеличивает его содержимое на единицу.По третьей команде блоки 106-109 делят накопленные суммы (7) на содержимое счетчика 111, определяя средние значения измерительных сигналов:О 1(2,3,4)срА =- О 1(2,3,4)1, 0) где с) - порядковый номер градуировочной площадки (д = 1,2,3 п).После считывания в счетчик 111 Х-го импульса на выходе элемента 112 совпадения формируется сигнал, соответствующий логической "1", который открывает элемент И 115 для прохождения командного импульса, означающего окончание цикла усреднения информации, на входы обнуления элементов 102 - 105 и на синхронизирующий выход блока 3.1,Импульс напряжения с этого выхода блока 31 поступает в два адреса - на вход обнуления триггера 48, возвращая его в исходное состояние, и через шифратор 32 - на входы управления всех блоков 33 - 36 памяти для заг 1 иси в них выделенных сигналовО (2,3,4)ср.дПервый цикл усреднения измерительной информации производится после первого замыкания коммутирующего элемента 45 и приходится на нулевую градуировочную площадку, Сигналы О 1(г,з 4)ь снимаемые в это время с выходов динамометра 1 и датчика 2, пропорциональны величинам собственных сил тяжести соответственно силы тяжести подвижной части силовозбудителя 3. После их усреднения они переписываются в регистры блоков 33-36 памяти по адресу, условно названному базовым (электрические сигналы на выходах счетчика 52 отсутствуют), и используются в дальнейших расчетах в качестве условных нулей (обозначены индексами 01 ср.о, Огср.о и т,д,),Затем замыкают коммутирующий элемент 27 формирователя 26, вследствие чего включается ЭПК, и давление рабочей жидкости в силовой полости силовозбудителя 3 начинает увеличиваться, постепенно нагружая динамометр 1 и датчик 2 от 0 до значе- ниЯ Ргр 1. КогДа сигнал Он выДелЯемый 10 блоком 21 и фиксируемый прибором 52, приблизитсЯ к Расчетной величине Огр.1 либо несколько превысит ее, коммутирующий элемент 27 размыкают и обмотка ЭПК 8 обесточивается, ЭПК 8 закрывается, давление в 15 силовозбудителе 3 стабилизируется и нагружение силовой цепи прекращается. Замыкая другой коммутирующий элемент 45, устанавливается в единичное состояние триггер 48 и переключается элемент 52 в 20 положение, в котором на его выходах формируется 1-й адресный код. Триггер 48 вновь задействует в работу блок 31 для определения усредненных значений измерительных сигналов О 1(2,3,4)рр,1 на пеРвой 25 градуировочной площадке. По окончаниивычислений на его синхронизирующем выходе формируется импульс напряжения, по которому полученные результаты считываются в блоки 33 - 36 по 1-му адресу.30 Аналогичным образом производят нагружение силовой цепи на градуировочные УСилиЯ Ргр,г, Ргр,з, и т.д, до Ргр," + 1 (фиг.1 б),2а затем с помощью ЭПК 9 разгружают ее в обратной последовательности и на каждой площадке задействуют в работу блок 31. По завершении последнего цикла усреднения измерительной информации и выделения сигналов О 1(2,3,4)ср(п+1), возбуждаемый на его синхронизирующем выходе импульс напряжения проходит в схему через открытый элемент И 50 и переводит устройство в режим обработки измерительной информации, Он состоит из четырех циклов. В первом цикле производится вычисление коэффициентов ( 81 ( Во ) рабочей характеристики 1-го выхода датчика 2 по градуировочному усилию, фиксиоуемому 1 выходом динамометра 1, Во втором цикле вычисляются коэффициенты ( 81) и ( В, ), этого же выхода датчика 2 по градуирвочному усилию, измеряемому элементами 2 выхода динамометра 1, в третьем и четвертом циклах - коэффициенты ( 81 ), ( Во )ц и ( 81 ), ( Во ),1 11-го выхода датчика 2. отнесенныле соответственно к-му, а затем к 1-му выходам динамометра 1.Первый цикл обработки информацииначинается по команде, формируемой на01(2 ) ср О + 01(2) ср.01(2 . (9) Одновременно по команде элемента 91 счетчик 89 устанавливается в 1 положение (через элемент ИЛИ 95) и на его выходах 1 п формируется единичный код, который транслируется на адресные входы блоков 33-36 памяти, подготавливая их к считыванию информации, зафиксированной на первой градуировочной площадке.Кроме того, по этой же команде переводится в единичное состояние триггер 92, открывая элемент И 94 и подключая тем самым выход генератора 90 к суммирующему входу счетчика 88 (через коммутатор 97).Счетчик 88 предназначен для управления блоками 70, 71, 75-78, 81, 82 и функционирует в циклическом режиме, причем каждый цикл относится к обработке информации на одной из градуировочных площа 40 45 50 55 выходе элемента И 50 и производится в следующей последовательности.В счетчик 53 записывается первая единица и на его первом выходе появляется потенциальныйсигнал, под действием кото рого открываются элементы И 56; 60, и через элемент ИЛИ 55 замыкается ключ 54, и блоки ЗЗ - 36 переводятся в режим чтения накопленной информации.Через интервал времени, равный устав ке элемента 37 задержки и достаточный для выполнения описанных операций, запускающий импульс напряжения поступает в блок 41, где он адресуется на вход элемента 91 задержки и через элемент ИЛИ 96 - на 15 выход управления чтением этого блока.С выхода управления чтением запускающий импульс напряжения через открытый элемент И 60 и шифратор 64 блока 38 транслируется на управляющие входы блоков ЗЗ, 20 34 и считывает на их выходы информацию о ВЕЛИЧИНЕ УСЛОВНЫХ НуЛЕй 01 ср.о, 02 ср.а ИЗ базового раздела памяти.Кодовые значения сигналов 01 ср.о и 02 ср.о поступают на первые входы суббло ков 66, 67, а на их вторые входы через коммутаторы 39, 40 с первых и вторых выходов блока 31 поступает аналогичная информация, полученная на последней (и+1) градуировочной площадке, 30Элементы 68 суммируют кодовые значения сигналов 01 ср,о и 01 ср.п +и соотаетст 2ВЕННО 02 ср.ОС 02 ср,", а ЗатЕМ ПО КОМаНДЕ,г35 формируемой элементом 91 задержки, умножители 69 делят полученные суммы пополам, определяя средние значения условных нулей:(16) ПГЬВ =ЛО ср. О (17) Шестой импульс возвращает в исходное состояние счетчик 88 и увеличивает на единицу содержимое счетчика 89, вследствие чего в блоках 33 - 36 памяти подготавливается к выводу информация, относящаяся к очередной градуировочной площадке и т.дВто рая группа выходов (и+2) ,(и+7) счетчика 89 соединена с управляющими входами блоков 83, 84, 72, 73, 87, 85, 74 и 86, завершающих вычисление коэффициентов1( В 1 )р ( Во ),. Импульсы напряжения на них начинают возбуждаться пЬсле того, как триггер 93 с помощью коммутатора 97 подключит выход элемента И 94 к суммирующему входу счетчика 89. Последовательность этих вычислений следующая.Блок 83:"взПт%6= - Е(Р 1 ср.ь)1 . "2 Р. (18) й "дь док. При последовательном возбуждении кЬмандных импульсов напряжения на его первых трех выходах блок 70 вычисляет градуировочное усилие (Р 1 ср.д) по уравнению (3). используя усредненные значения сигнала 01 ср,д и условного нуля ОФ причем информация о величине сигнала 01 ср, выводится каждый раз из памяти блока 33 по первому командному импульсу, поступающему в схему через элемент ИЛИ 96:(Р 1 .) =(А 1)(01 . - 01 у)+(А )ь (10) Одновременно по первому командному импульсу блок 71 вычисляет разность сигналов 02 ср.д и 02:Л 02 ср.д = 02 ср.д 02 у . (11) При возбуждении командного импульса на 4-м выходе счетчика 88 блок 81 определяет произведение чисел (Р 1 ср.) и Л Огср.д, а второй блок 82 умножения возводит кодовое значение сигнала в квадрат:ПВ 1 д = (Р 1 ср.д) Л 02 ср.б, (12) П 92 д = Л 02 ср, д. (13) Пятый командный импульс запускает блоки 75 - 78, которые накапливают результаты предыдущих вычислений:иП 75 =(Р 1 ср.д) (14)10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 рых подключены к выходам первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно, а их вторые входы соединен. с уставками коэффициентов усиления первого и второго усилителей-преобразователей напряжения, деа блока памяти, блок обработки измерительной информации, блок индикации и элемент задержки, при этом выходы первого блока умножения кодов соединены с информационными входами блока управления градуировкой и с первыми информационными входами блока усреднения измерительной информации, вторые информационные входы которого подключены к выходам второго блока умножения кодов, а его первые и вторые выходы через блоки памяти соединены с первыми и вторыми информационными входами блока обработки измерительной информации соответственно. первый выход блока управления градуировкой соединен с входами управления блоков умножения кодов и с входом тактовых импульсов блока усреднения измерительной информации, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока управления градуировкой, а адресные входы блоков памяти соединены с третьими выходами блока управления градуировкой и с адресными выходами блока обработки измерительной информации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени градуировки и повышения достоверности получаемых при этом результатов, в него введены третий и четвертый блоки умножения кодов, два коммутатора, первый шифратор, блок усреднения градуировочных коэффициентов, третий и четвертый блоки памяти, третий и четвертый усилители-преобразователи напряжения, третий и четвертыйаналого-цифровые преобразователи и блок управления обработкой измерительной информации, включающий счетчик импульсов, второй и третий шифраторы, две группы элементов И, элемент ИЛИ и ключ, а датчики силы снабжены вторыми выходами, которые соединены с входами третьего и четвертого усилителей-преобразователей напряжения, причем входы управления третьего и четвертого блоков умножения кодов подключены к первому выходу блока управления градуировкой, синхронизирующий выход блока усреднения измерительной информации соединен с входом первого шифратора и с синхронизирующим входом блока управления градуировкой, адресные входы третьего и четвертого блоков памяти объединены с аналогичными входами первых двух блоков памяти, первые информационные входы коммутаторов подключены к первым и вторым выходам блока усреднения измерительной информации, а их вторые информационные входы - к третьим и четвертым выходам этого блока и к информационным входам третьего и четвертою блоков памяти соответственно, выходы этих коммутаторовсоединены с третьими и четвертыми информационными входами блока обработки измерительной информации, первые и вторые выходы которого подключены к соответствующим информационным входам блока усреднения градуировочных коэффициентов, а выходы третьего и четвертого блоков памяти соединены с первыми и вторыми информационными входами блока обработки измерительной информации соответственно, при этом первые входы одноименных элементов И первой и второй групп объединены между собой и подключены соответственно к выходам счетчика импульсов и входам элемента ИЛИ, а второй, третий и четвертый выходы этого счетчика соединены с входами третьего шифратора, выход элемента ИЛИ соединен с входом управления ключа и с входами чтения-записи блоков памяти, выход переполнения счетчика импульсов соединен со своим входом обнуления и с входом запуска блока усреднения градуировочных коэффициентов, входы записи которого подключены к выходам элементов И первой группы соответственно, одноименные выходы первого и второго шифраторов объединены между собой и подключены к входам управления соответствующих блоков памяти, вход запуска блока обработки измерительной информации подключен к выходу элемента задержки, а синхронизирующий выход этого блока соединен с вторыми входами элементов И первой группы и через ключ - с суммирующим входом счетчика импульсов, с четвертым выходом блока управления градуироекой и с входом элемента задержки, выход управления чтением блока обработки измерительной информации соединен с вторыми входами элементов И второй группы, выходами подключенные к входам ворого шифратора, а выходы третьего шифратора соединены соотвегственно с управляющими входами коммутаторов и блока обработки измерительной информации, при этом выходы третьего и четвертого блоков умножения кодов подключены соответственно к третьим и четвертым информационным входам блока ускорения измерительной информации, а выходы третьего и четвертого усилителей-преобразователей напряжения через третий и четвертый аналого-цифровые преобразователи подключены к первым входам третьего и четвертого блоков умножения кодов, вторые информационные входы которых соединены с уставками коэффициентов усиления третьего и четвертого усилителей-преобразователей соответственно, а блок усреднения градуировочных коэффициентов соединен с блоком индикации,2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок усреднения градуировочных коэффициентов содержит две группы регистров, четыре сумматора кодов и четыре умножителя на коэффициент 0,5, при этом входы регистров первой группы обьединены на первых информационных входах блока, а их выходы подключены к входам первого и второго сумматоров кодов соответственно, входы регистров второй группы 5 обьединены на вторых информационныхвходах блока, а их выходы подключены к входам третьего и четвертого сумматоров кодов, входы перезаписи регистроь соединены с адресными входами блока, выходы 10 сумматоров кодов через умножители на коэффициент 0,5 подключены к соответствующим выходам блока, а управляющие входы этих умножителей обьединены на входе запуска блока,15