Устройство для измерения усилий

Союз СоветскнкСоцналнстнческннРеслублнк О П И С.-й-И"-Е. ИЗОБРЕТЕН ИЯ 11690334 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-ву -22) Заявлено 02, 08,77(21) 25127 43/18-10 1 1 1/12 присоединением заявк сударственнье нюмнтет СССР ав делам нзвбрвтвннй н вткрытнй(23) Приоритет -Опубликовано 05,10,79, бюллетень лй д Дата опубликования описания 15 1 0 , 9 УДК 531,781(088.8 72) Автор изобретения. Столбун Тюменский индустриальный институ(71) Заявит 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть ис поаьзовано в конструкциях, предназначенных для автоматического взвешивания железнодорожных вагонов, автомобилей, ттля автоматизации работы доза- торов и т.п.Известны силоизмерительные устройства, содержащие магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа с сердечником из стальных пластин, в четырех отверстиях которого расположены взаимно перпендикулярные намагничивающая и сигнальная обмотка, выпрямитель в цепи выходного сигнала ма 1 нитоупругого преобразователя и изме рительный прибор 1.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройсгво, содержащее магнитоупругий преобразователь с сердечником из сталь" ных пластин, в четырех отверстиях ко торого расположены взаимно перпендикулярные обмотки, амплитудный выпряЮмятель с полупроводниковым диодом, нагрузочный резистор в цепи выходногосигнала и измерительный прибор, подключенный к этому резистору 2Погрешность силоизмерительногоустройства в значительной мере обусловлена зависимостью сопротивленииполунодникового диода от температурыокружающей среды и от протекающегочерез диод тока. Этот известный недос .10таток применения полупроводниковогодиода в качестве измерительного вьтпрямителя, ограничивающий точность электроизмерительных приборов, ограничиыет также и точность и силоизмернтельного устройства, Погрешность измерения, вносимая выпрямителем, может бытьуменьшена путем применения измерительных выпрямителей, построенных наоснове операционных усилителей. Однакоиспользование этих выпрямителей необеспечивает полного устранения погревностей, возникавших при выпрямлениивыходного напряжения магнитоупругого0334тока, транзистор 11, резисторы 12, 13,14 и измерительный прибор 15. Сигнальные обмотки 2 и 3 имеют одинаковое 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 69 . преобразователя. Применение операционных усилителей является лишь необходимым, но не.достаточным, условием полного уртранения погрешностей, так как операционные усилители сами имеют погрешности.Целью изобретения является повышение точности силоизмерительного устройства.Это достигается тем, что в известное устройство для измерения усилий введен дополнительный выпрямитель амплитуднбго значения, выполненный на основе операционного усилителя постоянного тока, причем концы двух одинаковых сигнальных обмоток соединены в общей точке, между которой и началом одной ;,из указанных обмоток включен основ,ной выпрямитель, вход диода которогс ,соединен с началом обмотки, а один вход операционного усилителя дополнительного выпрямителя подключен к началу другой сигнальной обмотки, причем другой вход операционного усилителя соединен с выходом диода основного выпрямителя, положительный выход которого соединен с отрицательным Выходом дополнительного выпрямителя, между положительным выходом которого и отрицательным выходом основного выпрямителя включен измерительный прибор.На входную цепь дополнительного выпрямителя подается разность между амплитудным значением ЭДС выходной обмотки и выходным напряжением основного Выпрямителя, Соответствующее этой раености выходное напряжение дополнительного выпрямителя суммируется с выходным напряжением основного выпрямителя. Таким образом, с помощью дополнительного выпрямителя, выполненного на основе операционного усилителя, измеэяют падение напряжения в прямом направлении на диоде основного выпрямителя и прибавляют это падение напряжения к выходному напряжению основного выпрямителя.На чертеже показан пример выполнения электрической схемы устройства для измерения усилий.Устройство содержит магнитоупругий преобразователь трансформаторного типа с намагничивающей 1 и одинаковыми сигнальными 2 и 3 обмотками, расположенными, например, в отверстиях сердечника б, диоды 5, 6, 7, конденсаторы 8, 9,операционный усилитель 10 постоянного число витков и расположены в одних и тех же отверстиях сердечника, Концы сигнальных обмоток и зажим конденсатора 8 образуют общий узел, являющийся отрицательным зажимом основного выпрямителя амплитудного значения, цепь которого состоит из конденсатора 8 и диода 5, подключенного анодом к началу обмотки 2. Начало обмотки 3 через резистор 14 подключено к входному зажиму усилителя 10, второй входной зажим которого через диод 6 соединен с выходом этого же усилителя, а через резистор 13 соединен с эмиттером транзистора 11, включенного совместно с резистором 12 по схеме эмиттерного повторителя. Коллектор транзистора 11 соединен с положительным зажимом источника питания (+), а между эмиттером этого транзистора и нулевым зажимом источника питания включен резистор 12. Конденсатор 9 включен между нулевым зажимом источника питания и базой транзистора 11, соединенной с катодом диода 7, анод которого подключен к выходу усилителя 10 Операционный усилитель 10 постоянного тока, диоды 6, 7, конденсатор 9, транзистор 11, резисторы 12, 13 образуют добавочцый выпрямитель амплитудного значения, выходными зажимами которого являются зажимы резистора 12. Катод диода 5 (положительный зажим основного выпрямителя) так же, как и один из зажимов резистора 12, подключен к нулевому зажиму источника питания, а параллельно цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора 8 и резистора 12, включен измерительный прибор 15.Устройство работает следующим образом. Под действием измеряемой силы, приложенной к сердечнику 4 магнитоупругого преобразователя, на зажимах сигнальных обмоток 2 и 3 появляется напряжение переменного тока. При этом из-эа падения напряжения на диоде 5 конденсатор 8 заряжается до напряжения несколько меньшего, чем амплитуда ЭДС обмотки 2. В полупериоды изменения ЭДС обмотки 2, когда диод 5 открыт, ЭДС бомотки 3, численно равная ЭДС обмотки 2, и напряжение на конденсаторе 8 направлены встречно. Если мгновенное значение ЭДС сигнальной об " мотки больше напряжения конденсатора,8, то по цепи, содержащей вход усилителя 10, резистор 13 и измерительныйприбор 15 с параллельно подключенной кнему ветвью, состоящей из конденсатора8 и резистора 12, протекает ток. В результате выходное напряжение усилителястановится больше нуля, что приводит кзаряду конденсатора 9 через диод 7.Транзистор 11 открывается, и иь-эа зависимости напряжения на входе усилителя 10 от напряжения на резисторе 12,т,е, благодаря наличию отрицательнойобратной связи, напряжение на резисторе 12 становится близким к разностимежду амплитудой ЭДС сигнальной обмот 15ки и напряжением на конденсаторе 8.,Напряжение на измерительном приборе15 становится больше напряжения на конденсаторе 8 на величину напряжения на20резисторе 12. Таким образом, уменьшается разница между амплитудным значением ЭДС сигнальной обмотки и напряжением на зажимах измерительногоприбора 15. При мгновенном значенииЭДС сигнальной обмотки, меньшем напряжения на конденсаторе 8, или в полупериод, когда эта ЭДС и напряжение наконденсаторе 9 действуют согласно, вы-ходная цепь усилителя запирается,диддом7. При этом выходной зажим усилителя10 имеет отрицательный потенциал, диод 7 закрыт, а напряжение на резисторе12 поддерживается на практически прежнем уровне благодаря протеканию через35базу транзистора 11 тока разряда конденсатора 9, Фильтр на входе измерительного прибора 15 и элементы, служащие для изменения масштаба преобразования на чертеже не показаны. Считается, что они входят в схему измерительного прибора 15,Использование нового элементадополнительного выпрямителя, выполненного на базе операционного усилителя, 45а также новой схемы включения этоговыпрямителя совместно с основным выпрямителем с помощью дополнительной сигнальной обмотки, выгодно отличает .силоизмерительное устройство от прототипа, так как уменьшается погрешность, связанная с, преобразованием переменного напряжения сигнальной обмотки в постоянное, Расширяется область применения силоизмерительного устройства.1Формула изобретенияУстройство для измерения усилий, содержащее магнитоупругий преобразователь с намагничиваюшей и сигнальными обмотками, расположенными на общем магнитопроводе, выпрямитель амплитудного значения выходного сигнала и измерительный приобр, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен дополнительный выпрямитель амплитудного значения, выполненный на основе операционного усилителя постоянного тока, причем концы двух одинаковых сигнальных обмоток соединены в обшей точке, между которой и началом одной из указанных обмоток включен основной выпрямитель, вход диода которого соединен с началом обмотки, а один вход операционного усилителя дополнительного выпрямителя подключен к началу другой сигнальной обмотки, причем другой вход операционного усилителя соединен с выходом диода основного выпрямителя, положительный выход которого соединен с отрицательным вы- ходоМ дополнительного выпрямителя, между положительным выходом которого и отрицательным выходом основного выпрямителя включен измерительный прибор.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Гуманюк М. Н, Магнитоупругие датчики в автоматике. Киев, 1972.с. 172, рис, 99.2. Авторское свидетельство СССР М 474710, кл, Й 01 Ь 1/12, 1973,690 ЗЗ 4 Составитель екред С. М ксигин Би ректор Н. Гор 8982/38ЦНИИПИ ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная 4 Тираж 1090Государственного комелам изобретений и оМосква, Ж, Рауш Подписноета СССРытийя набд. 4/8