Устройство для определения жесткости и гистерезиса упругой опоры

союз соВетск СОЦИАЛИСТИЧЕ ЕСПУБЛИК 19)(51)5 6 01 6 7 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР В 1154542, кл. 6 01 6 7(04, 1983.Весы лабораторные 4-го класса модели ВЛЭкг, Информационный листок М ПО, Л, - М.:Внешторгиздат, 1967, с. 21-22, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ И ГИСТЕРЕЗИСА УПРУГОЙ ОПОРЫ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность и быстродеиствие измерения. В коромысле 1 выполнены выемка и окно, в которых устанавливают сменные корпуса с базовыми поверхностями под измеряемую упругую опору. При измерении к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается задатчик 27 перемещения коромысла 1. Регистры 32 и 33 памяти запоминают сигналы аналого-цифрового преобразователя 24 при отклонении на одну величину коромысла 1 без измеряемой опоры и с измеряемой опорой. Блок 35 вычитания определяет разность сигналов, запомненных в регистрах 32 и 33, которая характеризует жесткость измеряемой опоры. 3 ил.Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для определения жесткости и гистереэиса упругихэлементов, используемых, например, вэлектронных весах, 5Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.На фиг. 1 схематично показан общийвид устройства и блок-схема его электрической части, на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на 10фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, 2.Устройство содержит коромысло 1, основание 2, горизонтальные упругие опоры 3и 4, вертикальные упругие опоры 5 и б, датчик 7 положения, подвижная часть 8 которого закреплена на коромысле 1, анеподвижная часть 9 - на основании 2, катушку 10 электромагнитного компенсатора11, которая с помощью планки 12 жесткозакреплена на коромысле 1, 20Сменный корпус 13 закреплен в выемке14, которая выполнена в одной части середины коромысла 1. В другой части коромыс ла 1 выполнено окно 15, в пространстве, которого расположена плита 16, закрепленная на основании 2. На плите 16 установленсменный корпус 17, Сменные корпуса 13 и17 снабжены базовыми поверхностями 18 и19, относительно которых базируется и накоторые устанавливаешься измеряемая упру- ЗОгая опора 20.Базовые поверхности 18 и 19 сменныхкорпусов 13 и 17 расположены в одной плоскости с горизонтальными упругими опорами 3 и 4 коромысла 1 и симметрично 35относительно оси 1-1, проходящей черезточки пересечения крестообразных упругихопар 3 и 5,4 и 6, благодаря чему измеряемая,упругая опора 20 располагается симметрично относительно горизонтальных исходных 40опор 3 и 4 и симметрично относительно центра крестообразных упругих опор 3 и 5,4 и 6,Геометрический центр измеряемой упругой опоры 20 расположен на оси Н, а 45сама опора 20 расположена в одной плоскости с горизонтальными исходными упругиМи опорами 3 и 4. Такое расположениеИзмеряемой упругой опоры 20 необходимодля того, чтобы приращение жесткости ис.кодной упругой системы было только за счетЖесткости измеряемой упругой опоры 20 ичтобы ее работа на коромысле 1 была идентична работе ее в чувствительном элементе;электронных весов. Сменные корпуса 13 и 5517 позволяют измерять жесткость различных упругих опор 20, имеющих другие размеры по сравнению с исходными упругимипорами 3- 6. Базовые поверхности 18 и 19Сменных корпусов 13 и 17 выполняются пол конкретную измеряемую упругую опору 20 и располагаются относительно коромысла 1 соответствующим образом,Для получения высокой чувствительности коромысла 1 эа счет распределения масс применяются регулятор 21 центра тяжести и регулятор 22 равновесия.Устройство содержит систему автоматического уравновешивания, состоящую из датчика 7 положения регулирующего усилителя 23 с электромагнитным компенсатором 11, с цепью катушки 10 которого соединены аналого-цифровой преобразователь 24 (АЦП) и опорный резистор 25, подключенный к общей шине питания, Для определения жесткости и гистереэиса упругой опоры в устройство введены аналоговый сумматор 26, задатчик 27 перемещения, ключ 28, блок 29 управления, логтический ключ ЗО, схема 31 установки нуля, два регистра 32 и 33 памяти, цифровой индикатор 34, вычитающий блок 35 и отсчетный блок 36. Ддя исключения деформации исходных опор 3 - 6 при установке на коромысло 1 измеряемой упругой опоры 20 устройство содержит изолирующий механизм, содержащий электро- привод 37, кулачок 38, штанги 39, упоры 40.Блок 29 управления имеет несколько режимов работы. В режиме "Настройка" включается схема 31 установки нуля, и ключ 28 от ключает от аналогового сумматора 26 задатчик 27 перемещения, логический ключ 30 отключен, В режиме "Калибровка" схема 31 установки нуля отключена, логический ключ 30 подключает выход АЦП 24 на регистр 32 памяти, ключ 28 подключает эадатчик 27 перемещения к аналоговому сумматору 26,Если при установке измеряемой упругой опоры 20 необходима фиксация коромысла для повышения надежности, то включается режим "Иэолир", при этом электропривод 37 поворачивает кулачок 38, перемещая штанги 39, которые конусной поверхностью поднимают упоры 40 вверх до соприкосновения с коромыслом 1, котооое фиксируется упорами 40. В режиме "Измерение жесткости" схема 31 отключена, логический ключ 30 подключает выход АЦП 24 к регистру 33 памяти, эадатчик 27 перемещения через ключ 28 подключен к аналоговому сумматору 26,В режиме "Измерение гистерезиса" схема 31 отключена, логический ключ 30 отключен, ключ 28 выключен и задатчик 27 перемещения отключен от аналогового сумматора 26. Аналоговый сумматор 26 предназначен ддя алгебраического суммирования сигналов с датчика 7 положения и с задатчика 27 перемещения, 1615564Задатчик 27 перемещения предназначен для выработки выходного сигнала Оэ.п, поступающего на аналоговый сумматор 26. Выходное напряжение Оэ,п задатчика 27 перемещения устанавливается иэ соотношенияОэ.п - Зд.пЛ Ь,где Ь Ь - требуемая контролируемая величина перемещения подвижной части в относительно неподвижной части 9 датчика 7 положения, мм;Яд.п - крутизна датчика 7 положения, В/мм.Задатчик 27 перемещения предназначен для создания калиброванного по величине напряжения.Схема 31 установки нуля служит для приведения показаний АЦП 24 к нулю, показаний, передаваемых на цифровой индикатор 34. Регистры 32 и 33 памяти предназначены для хранения выходных кодов АЦП 24, Вычитающий блок 35 предназначен для вычитания кодов регистров 32 и 33 памяти. Блок 29 управления предназначен для задания оператором с помощью коммутационных элементов электрических сигналов включения соответствующих элементов схемы устройства в соответствии с включаемым режимом работы.Исходные упругие опоры 3 - 6 коромысла 1 имеют плоскую форму и изготавливаются из материалов, не имеющих гистерезиса или с минимальным гистерезисом. Название "крестообразные упругие опоры" относится не к форме упругих опор (они плоские), а к взаимному их расположению, т. е, две смежные плоские опоры 3 и 5, 4 и 6 расположены друг относительно друга крестообразна.Устройство работает следующим образом.Коромысло 1 без измеряемой упругой опоры 20 находится в равновесии, при котором с датчика 7 положения на один из входов аналогового сумматора 26 поступает напряжение Од,п, близкое к нулю, О д,п.О; входное напряжение Овх, поступающее на регулирующий усилитель 23 с выхода аналогового сумматора 26, также близко к нулю Овх 0; компенсационный ток к, вырабатываемый регулирующим усилителем, также близок кнулю; падениенапряжения Оо=к йо на опорном резисторе 25 также близко к нулю и выходной код с АЦП 24 близок к нулю, на цифровом индикаторе 34 - "нули". В режиме "Настройка" оператор с помощью схемы 31 установки нуля обнуляет выходную информацию с АЦП 24, контролируя ее по показаниям цифрового индикатора 34. В 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 режиме "Калибровка" к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается эадатчик 27 перемещения, на выходе которого задается выходное напряжение Оэ,п., соответствующее требуемой заданной величине перемещения Л 1 подвижной части 8 датчика 7 положения. Появление напряжения на втором входе аналогового сумматора 26 вызывает изменение его выходного сумматора сигнала. Входное напряжение Овх регулирующего усилителя 23 будет равно Овх - Од.п- Оэ.п а поскольку Од,п,- О, то Овх =Оэ,п. Под действием сигнала Оэх изменится выходное напряжение регулирующего усилителя 23, а протекание компенсационного тока к через обмотку катушки 10 компенсатора 11 вызовет приращение напряжения на опорном резисторе Оисх = к Яо. Это напряжение пропорционально величине перемещения и исходной жесткости исходной упругой системы коромысла, содержащей упругие опоры 3 - 6,Усилие Рисх нэ катушке 10 компенсатора 11 заклоняет коромысло 1 на угол, при котором величина перемещения Л Ь датчика 7 положения соответствует величине, за-. данной задатчиком 27 перемещения, При этом с выхода АЦП 24 поступает сигнал, пропорциональный напряжению Оисх на опорном резисторе 25, усилию Еис и исходРисхной жесткости Еисх = исходной упругой системы коромысла, поэтому выхоДной код АЦП 24 может быть проградуирован в единицах жесткости Н/м) и значение исходной жесткости Еисх исходной упругой системы коромысла 1 через логический ключ 30 поступает в регистр 32 памяти и там хранится.Включают нэ блоке управления режим "Изолир", устанавливают измеряемую упругую опору 20 на сменные корпуса 13 и 17, один из которых находится на коромысле 1, другой - на плите 16 основания 2, Включают режим "Настройка", при котором с помощью схемы 31 установки нуля устанавливают "Нули" нэ цифровом индикаторе 34, поскольку при установке измеряемой упругой опоры 20 возможно нарушение равновесия коромысла 1., Включается режим "Измерение жесткости", к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается задатчик 27 перемещения, на выходе которого напряжение Оэ.п имеет ту же величину, что и в режиме "Калибровка", следовательно, так же, как и в режиме "Калибровка", величина перемещения датчика 7 положения ЬЬ = сопи, но при этом новая суммарная жесткость системы стала больше по сравнению с исходной20 40 жесткостью исходной упругой системы навеличину жесткости измеряемой упругой ; опоры.Чтобы заслонить коромысло на тот же , угол, соответствующий смещению датчика 7перемещения Ь и - сопз 1 при новой жесткости упругой системы, компенсационный ток к 1 увеличивается и напряжение на опорном резисторе Онов -к 1йо будет больше Оисх. = к Во, следовательно, усилие Еов на катушке 10 компенсатора 11 будет пропорционально новой жесткости новой упругой системы коромысла 1, а сигнал с выходаАЦП 24, пропорциональный усилию Гнов иновой жесткости Янов =новой упругой системы коромысла 1, содержащей упругиеопоры 3 - 6 и 20 (измеряемую упругую опо-ру),поступает через логический ключ 30 на регистр 33 памяти.В режиме "Измерение жесткости" на вход вычитающего блока 35 с регистров 32и 33 памяти поступают коды значений ис ходной жесткости Ъсх исходной упругой си, стемы коромысла 1 и новой жесткости Ъсвновой упругой системы коромысла 1, отличающейся от исходной только наличием из меряемой упругой опоры 20, следовательно значение жесткости измеряемой упругойопоры равно разности Янов . Яиц, которая , определяется в вычитающем блоке 35,Включают режим "Измерение гистерезиса", при котором задатчик 27 перемещения отключается от аналогового сумматора , 26, на регулирующий усилитель поступаетсигнал только с датчика 7 положения, рав ный нулю. Если измеряемая упругая опора 20 не имеет гистерезиса (остаточных упругих напряжений от деформаций при заклонении коромысла на угол, соответствующий смещению датчика 7 положения на Ьи = =сопвт), то на цифровом индикаторе 34 будут нули.Ф.Если измеряемая упругая опора имеет гистерезис, чтобы вернуть коромысло 1 в исходное положение, потребуется увеличение компенсационного тока 1 К на величину Жк, пропорциональную гистерезису измеряемой упругой опоры 20, приращение компенсационного тока к создаст падение напряжения Огист - Ьк . Во на опорном . резисторе и с выхода АЦП 24 поступит код, пропорциональный величине гистерезиса измеряемой упругой опоры 20, цифровое значение которого считывается с цифрового индикатора 34 в режиме "Измерение гистерезиса", поскольку после установки измеряемой упругой опоры 20 в режиме "Настройка" на цифровом индикаторе 34 с помощью схемы 31 установки нуля были выставлены "нули",При измерении гистерезиса измеряемой опоры 20 исходные упругие опоры 3 - 6 подбирают из гакого материала, чтобы гистерезис их был равен нулю или близок к этой величине, если это не удается, то гистереэис измеряемой упругой опоры 20 может быть определен оператором как разность гистерезиса новой упругой системы (с измеряемой упругой опоры) и исходной упругой системы, гистерезис которой легко может быть определен тем же методом по цифровому индикатору 34,Формула изобретения Устройство для определения жесткостии гистерезиса упругой опоры, содержащее чувствительный элемент, закрепленный на упругих опорах, датчик положения, подвижная часть которого соединена с чувствительным элементом, и электромагнитный компенсатор системы уравновешивания, катушка которого жестко закреплена на чувствительном элементе и подключена одним концом к выходу регулирующего усилителя, а другим концом - к входу аналогоцифрового преобразователя и к опорному резистору, соединенному с общей шиной питания, цифровой индикатор, подключенный к выходу аналого-цифрового преобразователя, и Отсчетный блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия. в нега введены опорная плита, два сменных корпуса с базовыми поверхностями под измеряемую упругую опору, аналоговый сумматор, эадатчик положения чувствительного элемента, ключ, блок управления, два регистра памяти, схема установки нуля, логический ключ и вычитающий блок, причем чувствительный элемент выполнен в виде коромысла, закрепленного на крестообразно расположенных вертикальных и горизонтальных упругих опорах, в одной части середины которого выполнена выемка, в которой закреплен один сменный корпус, а в другой части середины коромысла выполнено окно, в котором на опорной плите расположен второй сменный корпус, базовая поверхность которого и базовая поверхность первого сменного корпуса расположены в одной плоскости с горизонтальными упругими опорами коромысла и симметрично относительно Оси, проходящей через точки пересечения крестообразно расположенных упугих опор, при этом выход датчика положения чувствительного элемента подключен к одному входу аналогового сумматора, к другому входу которОго через ключФ10 Составитель В. ШиршовТехред М,Моргентал Кор О. Кравцова актор Е. П аказ 3980 Тираж 419 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Пат ород, ул. Гагарина,подключен выход задатчика положения чувствительного элемента, а выход аналогового сумматора соединен с входом регулирующего усилителя, первый выход блока управления подключен к входу схемы установки нуля, выход которой соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к одному входу логического ключа, к другому входу которого подключен второй выход блока управления, соединенный с управляющим входом ключа, а выходы логического ключа соответ ственно через первый и второй регистрыпамяти подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к входу отсчетного блока.