Преобразователь усилия

(72) Г,(5 19 ения,ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПСИЗОБРЕТЕНИЯМ ИОТНРЦТИРМПРИ ГННТ СССР Э,М,Бромберг, П,А,Хуборигорян и К.Г,Казиев531.781,1 (088,8)Приборы и системы упр9, с, 19-20,м же, с,28,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляизмерения усилий в устройствах динамометрирования, Цель изобретенияповышение точности измерения усилий,В процессе измерения усилий ток источника 3 через перекидной ключ 4,управляемый генератором 25 тактовыхимпульсов поступает на тензометрическии полумост 6, одно из плеч каторого является компенсационным, Навыходе ключа 7 образуется напряжение-, которое поступает.на один издвух входов сумматора 11, на другойвход которого поступает напряжение,пропорциональное изменению температуры тензодатчика, Регулировкой коэффициента передачи масштабного преобразователя 23 канала 18 коррекции температурной погрешности можно скомпенсировать аддитивную составляющуютемпературной погрешности, а регули"ровкой коэффициента масштабного пре- щобразователя 22 можно скомпенсировать),мультипликативную составляющую темпер атурной по грешно сти, 2 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий в устройствах динамометрирования,5Цель изобретения - повышение точности,На фиг,1 представлена блок-схемапреобразователя усилия; на фиг,2 диаграммы, поясняню 1 ие механизм коррек-Оции температурной погрешности,Выход источника 1 опорного напряжения соединен с первым входом сумматора 2, выход которого связан с входом источника 3 тока, выход источника 3 тока соединен со средним контактом перекидного ключа 4, плечо К 5тензометрического полумоста 6, чувствительное к силовой нагрузке, соединено с нормально замкнутым контактом 2 Оключа 4 и перекидного ключа 7, а второе плечо К 8 тензометрического полумоста связано с нормально разомкнутыми контактами ключа 4 и ключа 7,точка соединения плеч К 5 В. 8 25соединена с общей шиной всего устройства, средний контакт ключа 7 соединен с входом усилителя 9 переменного напряжения, выход которого соединен с входом демодулятора 10, выходэтого демодулятора подключен к одному иэ двух входов сумматора 11, выходкоторого соединен с одним из двухвходов сумматора 12, второй входкоторого через резистивный делительК 13 связан с выходом источника опорного напряжения, выход сумматора 12соединен с одним из двух входов преобразователя 14 напряжения в частоту, второй вход которого связанс выходом сумматора 15, одиниз двух входов этого сумматорачерез делитель К 1 б соединен с выходом сумматора 11, а второй вход систочником опорного напряжения, компенсационное плечо К 8 тензометрического полумоста соединено с одним входом сумматора 17 канала 18температурной коррекции, а еговторой вход через ключ 19 и резистивный делитель К 20 связан с источником питающего напряжения всегоэлектронного устройства преобразователя усилия, полярность которого противоположна полярности источника тока, выход сумматора 17 соединен свходом усилителя 21 переменногонапряжения канала температурнойкоррекции, выход этого усилителясоединен с входом демодулятора 22, аего выход с входами масштабных преобразователей 23 и 24, выход масштабного преобразователя 23 соединен свторым входом сумматора 2, а выходмаадтабного преобразователя 24 с вторым входом сумматора 11, выход генератора 25 тактовых импульсов соединенс управляющими входами демодуляторов 10 и 22 и ключей 4,7 и 9,Преобразователь работает следующим образом,Выходной ток источника 3 токачерез перекидной ключ 4, управляе"мый генератором 25 тактовых импульсовпоступает на тензометрический полумост 6, одно из плеч В. 5 которогоявляется чувствительным к силовойнагрузке Р а второе плечо К 8компенсационное, чувствительно к изменению температуры, На выходе ключа 7 образуется напряжение 11, равное разности падений напряженияна плечах полумоста:(2) где Ко начальное сопротивление плеч полумоста;тк,с, сопротивлений; коэФФициент чувствительности к силовой нагрузке; изменение температуры окружающей среды;силовое воздействие, (1) можно представить в с - а уравнениевиде(3) Это напряжение усиливается усилителем 9 переменного напряжения с коэФФициентом усиления К,:1597617 Напряжение с выхода усилителя 9 через демодулятор 10 поступает на один из двух входов сумматора 11, на второй вход которого через сумматор 17, усилитель 21, демодулятор 22 и5 масштабный преобразователь 23 канала 18 коррекции температурной погрешности поступает напряжение У про 3 фпорциональное изменению температуры 10 тензодатчика, Начальный уровень напряжения этого плеча, соответствующий .нормальным условиям, скомпенсирован с помощью ключа 19 и делителя К 20, соедйненного с источником питания Б 15 всего устройства и имеющего коэффициент деления Кф о оп 5 Ф" К(1 оп Кс 1 Коо 2") где К - коэффициент передачи источ ника тока,Решая уравнение (12) относитель 40 но тока 1 находят: 1 22(14) 55 Из выражения (14) видно, что регулировкой коэффициента передачи масштабного преобразователя 23 канала18 коррекции температурной погрешности можно добиться равенства где К 2 - результирующий коэффициентпередачи усилителя 21, демодулятора 22 и масштабного преобразователя 23,Регулировкой коэффициента К добиваются равенства тогда11 Коф 2." (6) Таким образом, на выходе сумматора 11 образуется разность напряжен 02 и 1 З. 114 112 11 з 1 а 1 (о 1 о 1) К 2 23 де+К,К,1 аР(1+,С,о с) . (7) Это напряжение поступает на один из входов сумматора 12, второй вход которого через резистивный делитель К 13 соединен с источником 1 опорного напряжения,На выходе сумматора 12 получают сумму напряжений где К - коэффициент деления делителя К 133Поп- напряжение источника опорного напряжения,Это напряжение поступает на входпреобразователя 14 напряжения в частоту, На второй вход этого .преобразователя через сумматор 15 поступает сумма напряжений сумматора 11,связанного с одним из входов сумматора 15 через резистивный делительК 16; и напряжение питания источникаопорного напряжения: где К - коэффициент деления делителя К 16,На выходе преобразователя 14 напряжения в частоту с коэффициентом передачи К ппцполучают выходную частоту, пропорциональную отношению напряжений Б и 1 с. У 5 04+К 4 П о и ( 10)Г = КВстык пмч ц пп с П +К Пс оп Выходное напряжение демодулятора 22 через масштабный преобразователь 24 с коэффициентом передачи К посо тупает на один из входов сумматора 2, н а второй вход которо го подает ся н апряжение источника опорного напряжения, Таким образом, на выходе сул" матора 2 образуется напряжение Это напряжение поступает на вход источника тока, выходкой ток которогоопределяется выр ажением К 1 Коа Р 1+ь, дч1+К К К, с Ропф ь о 21597617и тем самым скомпенсировать аддитивую составляющую температурной погрешности а регулировкой коэффициента К масштабного преобразователя 22 можно добиться равенства(здесь Ки Ко - постоянные величины), и тем самым скомпенсировать мультипликативную составляющую температурной погрешности, 5Подставив выражение (14) в формулу (1 О), не трудно убедиться, что частота выходного сигнала не зависит от стабильности и представляет собой дробную Функцию измеряемого парамет рагТакая зависимость (формула 10) позволяет осуществлять автоматическуюкоррекцию погрешности нелинейностипервичного тензопреобразователя,При этом, если чувствительность преобразователя с ростом усилия увеличивается, зггаменатель также долженвозрастать, чтобы компенсировать этоувеличение, и, наоборот, с уменьшением чувствительности знаменатель дол- .жен уменьшаться, что достигается выбо ром величины и знака коэффициента К,Выбором коэффициента К осуществляется установка начального значениячастоты, а выбором коэффициента. Квыбирается необходимая крутизна пре,образователя,Такггм образом, в результате всехвыше перечисленных мер эа счет компенсации аддитивной и мультипликативной,составляющих температурной погрешности и погрешности нелинейности удается повысить точность преобразователя,Независимость всех регулировокпреобразователя не вызывает трудностей при его настройке, что такжеявляется преимуществом преобразователя.Диаграммы, поясняющие механизмкоррекции температурной погрешнос"ти, представлены на Фиг,2, Эпюрынапряжений 26 показывают выходноенапряжение генератора 25 тактовыхимпульсов, Напряжение на выходе ключа 7 показано на диаграмме 27, Это напряжение усилив ает ся усилителем 9 переменного напряжения, На эпюрах 28 и 29 показаны напряжения на входе и выходе этого усилителя соответственно, Моменту времени 11 соответствует изменение температуры тензодатчика, На диаграмме 30 пред ставлено выходное напряжение демодулятора 10, Диаграммы 31 показывают напряжение на сопротивлении 8 тензометрического полумоста 6, Это напряжение компенсируется выходным напряжением ключа 19 (диаграмма 32)При нормальной температуре Т выходное напряжегггге сумматора 17 равно нулю, а при изменении температуры от То до Т, на его выходе появляется переменное напряжение (момент времени , на диаграмме 33), Это напряжение усиливается усилителем 21 (диаграмма 34), На эпюре 35 показ ано демодулированное напряжение на выходе масштабного преобразователя 23, Это напряжение через масштабный преобразователь подается на вход сумматора 11 и склады" вается с напряжением эпюры 29, На выходе сумматора 11 имеется скорректированное по температуре напряжение (диаграмма 36).Формула из обретенияПреобразователь усилия, содержащий источник литания, источник опорного напряжения., источник постоянного тока, первичный тензопреобразователь, генератор тактовых импульсов и преобразователь напряжения в частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два перекидных ключа, нормально разомкнутый ключ, три резистивных делителя, пять сумматоров, два усилителя переменного напряжения, два демодулятора и два мас" штабных преобразователя, а первичный тензопреобразователь выполнен в виде тензометрического полумоста, одно из плеч которого является компенсационным, при этом выход источника опорного напряжения через первый сумматор и источник постоянного тока соединен со средним контактом перво, го перекидного ключа, нормально разомкнутые контакты первого и второго перекидных ключей сое10 15976 7 Жал г) 17 динены с компенсационным плечом тенэометрического полумоста, второе плечо которого соединено с нормально замкнутыми контактами ключей со 1 со 5 держит контакт второго ключа через первый усилитель переменного напряжения, первый демодулятор соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через второй вход треть его сумматора соединен с преобразователем напряжения в частоту, первый вход третьего сумматора через первый резистивный делитель соединен с выходом источника опорного напряжения 15У причем выход второго сумматора через второй резистивный делитель соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к преобразователю напряжения в частоту,а первый выход четвертого сумматорасоединен с источником опорного напряжения, компенсационное плечо тензометрического полумоста через пятыйсумматор и второй усилитель переменного напряжения связан с вторым демодулятором, выход которого связанчерез первый масштабный преобразователь с вторым входом второго сумматора и через второй масштабный преобра.эователь - с вторым входом первогосумматора, второй вход пятого сумматора через нормыьно разомкнутый ключи третий реэистивный делитель связанс источником питания преобразователяусилия, а генератор тактовых импуль",сов соединен с управлякщими входамивсех ключей и демодуляторов,.