Способ определения собственных частот приборов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1795305 А 1 1 Н 1300 5)5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(54 СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕННЪХ ЧАСТОТ ПРИБОРОВ(57) Изобретение относитсной технике и может быть и Изобретение относится к контрольно измерительной технике и может быть ис пользовано для определения параметров колебаний приборов, сводящихся к одной или нескольким автономным системам с од ной степенью свободы. б определения собстора, заключающийся в ическое перемещение змеряют его и испольачение для определетоты (1). Статическое ют с помощью прилоементу силы веса (2) с его на упругую систености,. центростремилибо с помощью оздействия сосредотоостремительного ускоий способ является редлагаемому по техдостигаемому резульИзвестен спо"о венной частоты приб том, что создают стат упругого элемента, и зуют измеренное зн ния Собственной час переМещение созда женной к упругому эл помоЩью действующ му ускорения (в част тельНого, (3, 4) последовательного в ченнбй силы и центр ре.ний (5). Последн наиболее близким к и ничесКой сущности и определения параметров колебаний мембранных датчиков и реле давления, Цель изобретения - упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления, При реализации способа с помощью пневматического или гидравлического давления создают статическое перемещение упругого элемента прибора, измеряют величину этого перемещения и приложенное давление и по ним определяют резонансную частоту, 1 ил. Недостатком существующих способов является невысокая точность определения собственных частот в технически важных случаях, когда механическая система прибора приводится к нескольким (чаще к двум) автономным системам с одной степенью свободы, Между тем в последние годы такие системы (особенно в мембранных датчиках и сигнализаторах давления (6) широко используются для повышения чувствительности и стойкости приборов к воздействию линейного, ударйого и вибрационного ускорений (7, 8). Тийичным примером прибора, сводящегося кдвум упругим системам с одной степенью свободы, является реле давления, содержащее корпус, в котором для повышения чувствительности и стойкости к механическим воздействиям размещены два мембранных чувствительных элемента с контактами, работающими при изменении давления встречно, У такого реле контакты могут быть выполнены на замыкание или на размыкание, Соответственно при разомкнутых контактах упругих систем.Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения собственных частот приборов, па которому создают статическое перемещение упругого элемента, изменяют его и используют измеренное значение для вычисления собственной частоты, статическое перемещение создают с помощью пневматического или гидравлицеского давления, измеряют соответствующую заданному перемещению велицину давления, а собственную частоту вычисляют па формулегде д, - заданнперемещения;Рз - соответсмещению велици ая величина статического твующая заданному перена давления; прибора работают автономно и прибор имеет две собственных частоты, при замкнутых контактах две упругие системы прибора соединяются и образуют общую систему с одной степенью свободы и одной собственной частотой.При создании по способу-прототипу статического перемещения с помощью центростремительного ускорения деформироваться будут обе упругие системы, в частности, при идентичных параметрах упругих систем замыкание (размыкание) контактов (в зависимости от варианта выполнения) реализовать невозможно. Последовательное же выключение одной из систем с помощью жесткого упора будет вносить в измерения погрешность за счет изменения заданной величины статического перемещения (особенно при малых зазорах между контактами).Другим недостатком прототипа является сложнасть (и поэтому невысокая точность) измерения заданного статического перемещения в собранном приборе, и то что, при высокой жесткости упругих элементов и малых массах упругих систем для замыкания (размыкания) контактов требуется создание знацительных центростремительных ускорений, которые могут превысить допустимые для прибора и привести к деформации, например, корпуса (и соответственна изменению величины заданного перемещения),Целью изобретения является упрощение и повь 1 шение точности определения собственных частот мембранных приборов давления.Я, Яэф - соответственно, полное и эффективное значения площади чувствительного элемента, например, мембраны;щ, ау - соответственно сосредоточен ная масса и масса упругого элемента;Как известно (5). значение собственнойчастоты определяется формулой:(4) 45При этом действие (по предлагаемомуспособу) пневматического или гидравлического давления нэ чувствительный элемент мембранного типа или сильфон (выполненный в виде последовательно соединенных мембран) практически эквивалентно действию распределенной инерционной нагрузки (по способу-прототипу (5 т.к. в этих чувствительных элементах используются 5 мембраны постоянной толщины (9). Поэтомудля таких чувствительных элементов замена распределенной инерционной силы давлением не изменяет кривой прогиба.После подстановки (2) и (4) в (1) окончательно имеем где Г - сосредоточенная сила,д - измеренное значение статическогоперемещения;в, ву - соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента;К - статический коэффициент приведения, показывающий, какую долю распреде-.ленной силы надо приложить в видеО 0 сосредоточенной силы к упругому элементу,чтобы получить то же статическое перемещение,Найдем входящие в (1) параметры.Г= РЯэф, (2)О 5 где Р - давление;Яэф - эффективная площадь мембранного чувствительного элемента, равная отношению обеспечивающих одинаковоестатическое перемещение д силы Р и давления РЗначение К найдем из следующих соображений, Как показано в (5) велицина Ксдля мембраны находится из условия одинакового перемещения дз при действии сосредоточенной силы Р= Кс Р 3 ираспределенной по площади Я нагрузки Р,т. е, 1795305(6)2 л + ( Я )з/г,ЯэфСоответствие технического решениякритерию "существенные ьтлмчия" подтверждается следующим,Известны технические решения, содержание признаки, сходные с признаками, отличающими заявляембе решейие отпрототипа, Например, в справочнике описаны технические решения, содержащие признаки создания статического перемещенияс помощью действующего на мембранудавлния и измерения соответствующей заданному перемещению величины давления,Однако сравнение свойств предлагаемого иизвестного решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показывает, что решение, описанное выше, необеспечивает возможности бПределениясобственных частот прибора, Таким образом, у предлагаемого решЕния Появляетсясвойство, не совпадающее со свойствамиизвестного решения, Поэтому можно сделать вывод, что заявляемое решение обладает существенными отличиями,Возможность достижения положительного эффекта (упрощение и повышение точности определения собственных частотмембранных приборов давления) подтверждается следующим,Такие параметры прибора, как 5,3 зф, т,ту определяются при разработке и записываются в КД, В КД также записываются ичувствительность упругого элемента по давлению - Мр (перемещение на единицу давления). Поэтому после измерения давленияРз легко находится величина дз = Рз Мр иее измерение в собранном приборе не требуется, Это существенно упрощает способ.Не требуется также создавать центростремительного ускорения большой величины,которое может сдеформирсвать элементыприбора, в нем создается давление(разрежение), не превышающее допустимой величины (величины давления замыкания илиразмыкания контактов), что повышает точность способа. При наличии двух встречноработающих мембран одна из них легко отключается перекрытием канала созданиядавления (разрежения),Способ осуществляют следующим образом.Прибор соединяют с системой создания избыточного давления ипи разрежения(в зЭвисимости от типа прибора давления).Плавна изменяя давление в приборе, измеряют давление Рз, своз ветствующее заданному перемещению дз, Фактическую величину давления Рз определяют для приборов с аналоговым выходом косвенным измерением (например, по тарировочной зависи мости "напряжение - давление" дляприборов с репей н ым выходом (реле давления) - прямым измерением с помощью соединенного с системой создания избы точного давления или разрежения иэмери тельного прибора в момент замыкания илиразмыкание контактов реле давления, Вели- чину заданного перемещения дз выбирают иэ усдавия непревышения напряжений в материалеупругого элемента величины пре дела пропорциональности. Фактическуювеличину дз определяют прямым измерением (например, измерением зазора между контактами реле давления) или косвенным измерением - например, как произведение 20 РзМр. После определения значений Рз идз проводят вычисление собственной частоты 1 по фор 1 уле(1).П р и м е р. Определяют собственныечастоты реле давления, показанного на фиг, 1. Реле давления содержит герметичный корпус 1, изолированные от него две одинаковых мембраны 2 и 3 с контактами 4 и 5, соединенные с системы подвода давления (разрежения) штуцера 6 и 7, токовыводы 8, 30 индикатор наличия электрической цепи (например, лампочку) 9, включенный в цепь с источником питания 10, мембранами 2 и 3, контактами 4 и 5 и токовыводами 8, Конструктивные параметры реле давления приведены в таблице, величина Ь= 10 см.Штуцеры 6 и 7 подсоединяют к системеподачи давления, плавно повышают давление и в момент загорания лампочки 9 (при замыкании контактов 4, 5) фиксируют (например, по образцовому манометру о предкгелом 2,5, класс точности 0,25) давлениесмРз =1 кг/см, После замыкания контактов поДачу давления в штуцер 6 прекращают, Давление, проводимое в штуцер 7, плавно повышают до 1,55 кг/см и затем плавно снижают, при погасании лампочки 9 (размыкания контактов 4, 5) фиксируют давление, .Рз =0,95 кг/см .По полученным данным определяютзначения Рз и д,:для разомкнутых контактов 3,4-Рз=1,0кг/см, д = - = 0,5 10 см;г Л55для замкнутых контактов 3,4 - Рз 1,55 -0,95=0,6 кг/см;дз = Рз0,6 2,510 = 1,5 10см.,25) 2 2 Оз Гц о реле тот собрана 3 с для второй упрконтактом 3) -1Ьг= Х2 й систе пособа ние точтот приючения ытаний х значе 2+ Зэ )З/2 тического ещ ое и эффек- сосредотого элемененна. Вычисляют по формуле (1) собственныечастоты прибора:для первой упругой системы (мембрана2 с контактом 4) -101 = ормула изобретенияСпособ определения собственных частот приборов, заключающийся в том, что создают статическое перемещение упругого элемента, измеряют его и используют измеренное значение для вычисления собственнойчастоты, отл ича ющийсятем,что, с целью упрощения и повышения точности определения собственных частот мембранных приборов давления, статическое перемещение создают с помощью гидравлического или пневматического давления, измеряют соответствующую заданному перемещению величину давления, а собственную частоту 1 о вычисляют по формуле=2,45 10 Гцдля третьей упругой системы (мембраны 2,3 с замкнутыми контактами 4,5)10 З 5(0,6+0,3)10 +0 0 -ф 2 10 З Таким образом, для исследуемо давления диапазон резонансных ча ставляет (2,453,0)10 Гц. Применение предлагаемого с обеспечивает упрощение и повыше ности определения собственных час боров давления за счет искл О операций измерения величины и исп прибора на центрифуге при больши ниях центростремительного ускоренде д, - заданная величина сереме щения;Рз - соответствующая перз величина давления;3, Яэф-соответственно полнивное значения площади мембп 1, п 1 у - соответственноая масса и масса упруго1795305 орректор Я.Ливринц кт КНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго Гагарина, 101 аказ 423 ВНИИПИ Составитель Э,КузьмиТехред М.Моргентал Подписноетета по изобретениям и открытиямва, Ж, Раушская наб., 4/5 Тиражственного ком 113035, Мос