Преобразователь силы

) 6 01 1. 1/10 ННЫЙ НОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУДАРСПО ДЕЛА Ясссф 7;"ътт с ". ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ктор. боров ибра агВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(21) 3681227/24-10 (22) 28.12.83 (46) 07.05.85. Бюл. М 0 17 (72) И. ф. Авдонин, П. Л. Иванов. и А. Г. Стадников (71) Научно. исследовательский и конст ский институт испытательных машин, п и средств измерения масс (53) 531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР 1)10 637962, кл. Н 04 В 11/00, 1979.2. Рамм Д, В., Синельников Г. А., кин Л. Г, Автоколебательная система онно-частотных датчиков при статическ рузках. - Сборник "Регистрирующая ап ра для вибрационно-частотных датчиков ОНТИПприбор, 1977, с. 3.(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ, содер.жащий стержневой резонатор, электромагнитные возбудитель и приемник его колебаний,магнитопроводы которых расположены по разные стороны от резойатора, при этом общаяось симметрии магнитопроводов равноудаленаотконцов резонатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения помехоус.тойчнвостн, магнитопроводы возбудителя иприемника колебаний выполнены каждый ввиде Ш-образного тела, размер которого .;вдоль продольной оси резонатора равен 0,530,61 длины резонатора, размер центральногосердечника этого тела вдоль той же оси ра.вен 0,19 - 0,23, а размер каждого из двуходинаковых крайних его,сердечников вдольоси равен 0,09 - 0,12 длины резонатора.560 3 1154Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности может быть использовано в весах, в которых сила преобразуется в пропорциональную ей частоту электромеханических колебаний. 5Известно устройство частотного преобразователя силы, состоящее иэ стержневого резонатора, электромагнитного возбудителя колебаний, магнитопровод которого с центральным сердечником расположен по одну сторону отИ 1 резонатора,на одинаковом расстоянии от его концов, и электромагнитного приемнйка коле. баний, состоящего из двух магнитопроводов. с центральными сердечниками ипоследователь. но соединенными обмотками, при этом прием 15 ник электромагнитных колебаний располо. жен по другую сторону резонатора, а рас. стояние между осями его катушек равно 1/3 - 1/2 длины резонатора и они расположены симметрично оси возбудителя 111.20 Недостатками указанного устройства явля.ются невозможность ослабления амплитуды по.мехи третьей формы более чем в 3 - 3,5 разаи чувствительность к помехам пятой формыколебаний,Наиболее близким по технической сущностик изобретению является преобразователь силы,содержащий стержневой резонатор, электромагнитные возбудители и приемник колебаний,магнитопроводы которого расположены поразные стороны от резонатора, при этом общая ось симметрии магнитопроводов равноуда.лена от концов резонатора 21.Недостатком известного устройства являетсячувствительность к помехам с частотами 35колебаний третьей и пятой форм.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости преобразователя,Указанная цель достигается тем, что впреобразователе силы, содержащем стержневой 40резонаторэлектромагнитные возбудитель иприемник его колебаний, магнитопроводы которых расположены по разные стороны от ре-зонатора, при этом общая ось симметриимагнитопроводов равноудзлена от концов 45резонатора, магнитопроводы возбудителя нприемника колебаний выполнены каждый ввиде Ш-образного тела, размер которого вдольпродольной .оси резонатора равен 0,53-0,61длины резонатора, размер центрального сер- Ядечника этого тела вдоль той же оси равен0,19-0,23, а размер каждого из двух одинако.вых крайних его сердечников вдоль оси равен 0,09 - 0,12 длины резонатора.На фиг. 1 представлена принципиальная 55схема предлагаемого преобразователя силы;на фиг. 2 а - поперечное сечение конструкции, содержащей резонатор и мзгнитолроводы возбудителя и приемника, плоскостью симметрии ВВ этой конструкции; на фиг,2 б - понеречное сечение вспомогательного элемента компенсирующего трансформатора его плос. костью симметрии; на фиг. За - собственная функция У(Х), соответствующая третьей форме колебаний резонатора, и поперечное сечение магнитопровода возбудителя его плоскостью симметрии СС; на фиг. Зб - собственная функция. У .(Х), соответствующая пя. той форме колебаний резонатора, и поперечное сечение того же магнитопровода той же плоскостью (поперечное сечение магнитопровода на фиг. 3 а,б) не заштриховано, но заштрихованы области У в 0 н Уэ, С О, лежащие против торцов этого магнитопровода,Преобразователь силы содержит ферромагнитный стержневой резонатор 1, являющий-ся перемычкой двух массивных оснований 2. упругого элемента, электромагнитные возбудитель и приемник колебаний. Электромагнит., нитный возбудитель колебаний состоит из маг. нитопровода 3, выполненного в виде Ш-образ. ного тела, которое имеет центральныйсердеч. ник 4 с обмоткой 5 идва одинаковых крайних сердечника 6. Магннтопровод 3 располо. жен по одну сторону ог резонатора на одина., ковом расстоянии от его концов и имеет размер Ь = (4/7) 8 вдоль оси Х (фиг,З), парзллельной продольной оси 00 резонатора 1. Здесь 2 - длина резонатора 1, равная рассто янию между массивными основзниями 2 (фиг.1), Центральный сердечник 4 имеет размер д .(16/77) 2 вдоль оси Х, а два одина. ковых крайних сердечника 6 имеют размер Р - (8/77) К вдоль той же оси (фиг.З);Все три сердечника - центральный 5 и два крайних 6 имеют форму четырехгранных.прямоутольных призм, основаниями которых яв. ляются прямоугольники, причем в направле. нин нормали к плоскости СС размер: сер.дечников 4 и 6 одинаков и равен величйне ц, которая не превышает ширину е резонатора 1 (фиг. 2 а). Электромагнитный приемник колебаний состоит из магнитопровода 7, который имеет форму и размеры магнитопровода 4, расположен зеркзльно-симметрично мзгйито. проводу 3 относительно плоскости АА и имеет центрзльный сердечник 8 с обмоткой9 и два одинаковых крайних сердечника 10. Конструкция, содержащая резонатор 1 и маг. нитопроводы 3 и 7, обладает свойством зеркальной симметрии относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей АА, ВВ и СС, причем продольная ось 00 резонатора 1 является прямой пересечения плоскостей АА и СС. В состав преобразователя силы входит так.же компенсирующий трзнсформатор, который10 где Е - сила, растягиваюшая резонатор, 1 ч =Г Д/Р - величина, имеющая размерность2силы, Е - модуль упругости резонатора, .3 - момент инерции его поперечного сечения. 45 в частности 3 - еи /12 при ширине этогоэсечения, равной 8 и высоте Ь (фиг.2 а). ВС точностью до малых поправок, порядка 23 э Р, й 21 з Р, узлы колебаний третьей формы лежат на оси Х в окрестностях середин зазоров между центральным сердеч. ником 4 и крайними сердечниками 6 (расстояние между этими серединами в схеме равно (2/7) Р), а кучности колебаний пятой формы, расстояние между которыми2 г "- 55д (4/11 ) г., лежат ка оси Х в окресгкостях точек пересечения внутренних граней сердеч. ников 6 с осью Х. С той же точностью 50 3 11545 содержит магнитопровод 11, такой же, как и магнитопровод возбудителя, магнитопровод 12, такой же, как и магнитопровод приемника, ферро. магнитный стержень 13, имеющий форму и размеры резонатора 1, и две диэлектрические пластины 14 и 15, расположенные по разные сторо. ны от стержня 13, причем пластины 14 и 15 и стержень 13 неподвижно закреплены относительно элементов магнитопроводов 11 и 12. Магнитопровод 11 имеет центральный сердечник 16 с обмоткой 1/, которая соеди. .иена с обмоткой 5 последовательно-встречно в цепь возбудителя, а магнитопровод 12 име. ет центральный сердечник 18 с обмоткой 19, которая соединена с,обмоткой 9 последовательно-согласно в цепь приемника.Цепь возбудителя, содержащая обмотки 5 и 17, подключена к выходу усилителя 20, а цепь приемника, содержащая обмотки 9 и 19 - к входу усилителя 20. Вывод усили теля 20, несущий информацию о величине частоты электомеханических автоколебаний первой формы, подключен к частотомеру 21. Нагрузка Е (фиг. 1) - это сила, величина которой должна быть преобразована в частоту колебаний резонатора первой формы.Теоретическое обоснование работы предла. гаемого преобразователя силы заключается, в следующем, Собственные функции Уэ и У. соответствующие колебаниям третьей и пятой30 форм (фиг. За, б), являются решением уравнения поперечных колебаний упругого, продольно нагруженного стержня с защемленными концами.Расстояние между корнями функции У (Х). ближайшими к середине резонатора, по расчетам равно гэ = (2/7 - 2 оэ) г, где еэр э )- 1,3 - 10 - 7,4-10 у, а расстояние между корнями функции У (Х), ближайшими к середине резонатора, равног 5= (2/11 - 265) Я при /65 //Бэ/,расстоякие между двумя пучкостями колебаний третьей формы, ближайшими к краямрезонатора, равно 2 гЭ(4/7) Р. Эти пучности лежат ка оси Х в окрестностях точекпересечения внешних граней сердечников 6с этой осью, так как расстояние междуэтими гранями равно Ь-размеру Ш.образного тела магкитопровода 3, а ок выбранв этой схеме равным (4/7) т (фиг. 3 а).Обозначим символом 1 разность между3заштрихованной плошадью, лежащей вобласти УЭ т 0 (фиг. За), и суммой зашгрихованных плошадей, лежащих в областилУ (О (фиг. За) а символом 1, величинуинтеграла 1 = 1 У д х, где х, их,корни функции У 5 (Х), расгтояние междукоторыми равно г . Отношение К /)Э/1 /.Эназывается коэффишектом ослабления ампли.туды колебакий третьей формы. Аналогично,заменяя в предыдущих рассуждениях индекс3 индексом 5, составим выражение для величины К - /1 . / 1 / - коэффициента ослабления амплитуды колебаний пятой формы.Величины 1 и 1, как и величины грассчитаны аналитически.Принцип раооты преобразователя силы основак на зависимости чзстоты колебаний пер.вой формы от величины продольных растягиваюших сил Е, приложенных к концамрезонатора 1. При включении усилителя 20резонатор 1 входит в автоколебательныйрежим, совершая поперечные колебаний первой формы, по отношению к которой колебания с частотой всех прочих форм являютсяпомехами. Эти помехи могут быть вызваны, вчастности, механическими сотрясениями. фунда.мента или станины, на которой смонтированпреобразователь. Причиной помех могут бытьи электрические шумы усилителя. Вследствиетого, что конструкция, содержащая реэонатор 1и магнитопроводы 3 и 7, симметрична отно-сительно плоскости ВВ, преобразователь силыустойчив к воздейстншо помех с частотамиколебаний всех четных форм. Относительноеизменение частоты 1 колебаний первойформы Ь 1, / 1,/, причем в томдиапазоне изменения нагрузки Е, в которомЫ,/ 3, изменяется не более чем на 20%,величины / / отличаются от нуля ке болеечем на 0,05 /1 /. Поэтому коэффициентыослабления К, - амплитуд колебаний третьейи пятой форм в этом диапазоне изменениянагрузки Е будут не менее двадцати, В процессе работы преобразователя в обмотке 9происходит возбуждение элсктродвижушейсилы, во-первых, от колебаний резонатора 1,и,но-вторых, вследствие взаимной индуктив.ности обмоток 5 и 9, т.е. вследствие транс 1154560форматорной связи этих обмоток, не завися. щей от колебаний резонатора 1, Полезной частью сигнала в цепи приемника является только та, которая обусловлена колебаниями резонатора 1. Трансформаторная составляющая этого сигнала, не зависящая от колебанийлрезонатора 1, снижает точность преобразования силы вчастоту, но в схеме (фиг, 1) она скомпенсирована. Эта составляющая сигнала в цепи приемника, определяемая суммой на. водок вследствие индуктивной связи обмоток 5 и 9 индуктивной связи обмоток 17 и19 компенсирующего трансформатора близка кнулю, Измерение частоты колебаний первой5 формы происходит в частотомере 21,Использование предлагаемого преобразователя силы в весах и силоизмерительных устройствах обеспечит повышение их устойчивостик воздействию помех и повышает достовер.10 ность результатов измерений,1154560 ехред С.Легез Заказ 2704/3 Подписное И 113035 филиал едактор А. Козориз Составитель М. Пахом Тираж 897И Государственного комитета ССелам изобретений и открытийЖ.35, Раушская наб., д. 4/5 тент", г. Ужгород, ул. Проектн Корректор Л. Пилипенк