Преобразователь механических сил в широтно-модулированный сигнал

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК16242 19) .йД. Н 5 0011 1/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ К АВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТВУ СКИХ НЫЙ 7 11 Ь)О СУДА РСТ В Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(;1) Ярославский политехнический институт (72) Е, В, Гордеев и М. П, Цы ган ко в(56) Авторское свидетельство СССР М 93593, кл. 6 01 Е 1/08, 1950.Авторское свидетельство СССР М 1377628, кл, 6 01 Е 1/08, 1986,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕ СИЛ В ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАН СИГНАЛ(57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерений обобщенных механических сил или давлений. Измеряемое усилие Г прикладывается к рычажному элементу 1 сравнения. Сигнал отклонения элемента сравнения с датчика 4 суммируется сумматором, содержащим два постоянных сопротивления 5 и 6, усилитель 7 постоянного тока и переменное сопротивление 8, с сигналом скорости, снимаемым с катушки 10. Напряж:ние на выходе сумматора в зависимости от знака этой суммы принимает два фиксированных уровня, Переключение уровня происходит с коррекцией во времени, определяемой шириной зоны гистерезиса сумматора. В зависимости от уровня выходного напряжения сумматора силовой элемент на катушке 11 или включает встречное по отношению к Р усилие Рос. большее, чем Е по абсолютному значению, или выключает его, В моменты отсчета механический элемент 1 сравнения находится в состоянии автоколебаний, отношение времени действия усилия Рос к периоду автоколебаний пропорционально измеряемой силе Е. 2 ил.Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в системах измерений обобщенных механических сил или давлений с применением вычислительной техники,Цель изобретения - повышение точности измерений за счет возможности изменения амплитуды и периода автоколебаний.На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 - фаэовые диаграммы работы преобразователя.Преобразователь (фиг 1) содержит механический элемент 1 сравнения, постоянный магнит 2, внутри которого движется сердечник 3, датчик 4 положения элемента сравнения, суммирующий релейный элемент, включающий два постоянных сопротивления 5 и б, усилитель 7 постоянного тока, переменное сопротивление 8, опору 9, вокруг которой вращается элемент сравнения, катушку 10 скоростной коррекции и исполнительную катушку 11, намотанные на сердечнике 3. Катушки 10 и 11 соединены с соответствующими выходами суммирующего элемента, Выход суммирующею элемента является выходом всего преобразователя.Преобразователь работает следующим образом.Измеряемое усилие Е прикладывается к рычажному элементу 1 сравнений, Сигнал отклонения элемента сравнения с датчика 4 суммируется сумматором 5-8 с сигналом скорости, снимаемой с катушки 10, так что напряжение на выходе сумматора в зависимости от знака этой суммы принимает два фиксированных уровня, Переключение уровня происходит с коррекцией во времени, определяемой шириной зоны гистерезиса сумматора, Зона гистерезиса регулируется потенциометром 8,В зависимости от уровня выходного напряжения сумматора силовой элемент на катушке 11 или включает встречное по отношению к Г усилие Гос, большее, чем Г по абсолютному значению, или выключает его, В соответствии с работой взвешигающего сумматора 5-8 значение усилия Г,с обратной связи определяется следующим выражениемГос = з 9 п (Ч-аХ-Ь э 9 пЧ),где условно принято Гос =- 1, причем Гос = =1 соответствует включенному силовому элементу; Г с = -1 - выключенному, диапазон измеряемых усилий в этих условиях Г (-1,1); Ч - скорость элемента сравнения; Х - его отклонение от положения равновесия; а. Ь - коэффициенты определяемые сопротивления",и 5, б 8 сумматора а = Кай 5/Вб, Ь = КьВ 5/Я 8,где В 5, Рб, Я 8 - сопротивления резисторов5, б, 8 соответственно;Ка, Кь - коэффициенты пропорциональ 5 ности;Ь - ширина зоны гистерезиса,а - скорость сходимости переходных режимов.При таком законе переключения Гос ус 10 тановившемуся режиму преобразования соответствуют автоколебания, в которыхпереключение силового элемента следуетсразу за отклонением элемента 1 сравненияГос = з 9 пХ,15 Предельный цикл установившихся автоколебаний образован участками парабол,соответствующих Го, = 1 и Г,с = -1, сопрягающихся в точках (о, Ь) и (о, -Ь) фазовой плоскости (фиг. 2). Это следует из анализа20 уравнений движения рычажного механизма, Уравнения имеют видгде - момент инерции;25 т - время.Из этих уравнений следуют выражения дляфазовых траекторийАХ ЧГ Гос30 или, интегрируяХ=Х. Г (Ч 2 - Чо), (2)Г - Госгде Хо, Чо - координаты точек, соответствующих начальным условиям,35 Нетрудно видеть, что уравнение (2) соответствует параболе в координатах (Х, Ч),параметры которой определяются значениями Г, Хо, Чо(при постоянных, Гос) Периодическому режиму соответствуют40 следующие значения начальных условийХ, = О, Чо = +Ь, поэтому при некотором Гпериод и амплитуда автоколебаний зависяттолько от Ь. Требуемую величину Ь выбирают изменением сопротивления потенцио 45 метра 8,Выходной сигнал катушки 10, пропорциональный скорости движения элемента сравнения, вводят для коррекции переход ных режимов преобразования. Он приводитк наклону полупрямых фазовой плоскости, на которых происходит переключение уровня Гос против часовой стрелки на угол а, тда= а, вокруг точек (о, Ь) и (о, -Ь), Параметры 55 установившихся колебаний от угла а независят, а зависит только скорость затухания переходных процессов.Статическую характеристику преобразования определяют, интегрируя уравнение1624282также гистерезис силового элемента обратной связи, практически не вносят вклада в средний небаланс сравниваемых усилий, что повышает точность измерений. Фиг г Составитель В, Родин Редактор И. Касарда Техред М,Моргентал Корректор Л.БескидЗаказ 182 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101(1) на двух последовательных участках постоянства Гс1 = + (Г - 1)Ч. = Ч;+ (Г+ 1)где 1 т - интервал времени, на котором Г = 5=-1, В силу периодичности значение Ч вначале одного участка равняется значениюЧ в конце предыдущего. 10Из этих уравнений имеют1 21 т(1),где ср + ь = Т - период автоколебаний.Очевидно, что отношение 1/Т - величина, пропорциональная Г, и статическая характеристика 1 тlТ линейна,Режим преобразования является динамическим. В моменты отсчета механическиймомент сравнения находится в состоянии 20автоколебаний. Поэтому сухое трение в опорах рычажного механизма и элементах, передающих на него измеряемое усилие, а Формула изобретения Преобразователь механических сил в широтно-модулированный сигнал, содержащий механический элемент сравнения, датчик положения элемента сравнения, силовой элемент обратной связи с постоянным магнитом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет воэможности изменения амплитуды и периода автоколебаний, в него введены катушка скоростной коррекции, расположенная в поле магнита силового элемента обратной связи, и суммирующий релейный элемент с настраиваемой зоной гистерезиса, причем катушка подключена к одному из входов суммирующего релейного элемента, а к другому его входу подключен датчик положения элемента сравнения.