Устройство для измерения усилий

) УСТРОЙСТВО ОПЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИ тся к силоизмериет быть испольусилий между отстаткам известного устройст сть измерения ая т гносится чизкий.Цель изобр вано для измерения льными частями ме низмов,сти измерения, гается за счет того, устройство введены к нитоупругий преобраэ ный с блоком питани измерительная схем своим входом к выхо ого преобразователя,ышении точи Это дост Изв усилий, о в измерения ругий преия преобраему, облания, что ное устройство для одержашее магнитоуппеня, н увствитель" азователя менени ено и дополнительна ема соединены с бл тлый м мерительная ния,На чертеже представлен сываемого устройства, сод ннтоупругий преобраэоват рительную схему 2, масш 3, блок питания 4 магнито образователя, компенсацио упругий преобразователь 5 ную измерительную ,схему устрой- ащее суши схема опитв ржашего магль 1, измеабное звено под- ной сх упругогонный ма пре- итоной угог свои схе пре ополиительЙэобретение о;гнос,тельной технике и мо образователь, источник питан эователя и измерительную сх дает малой точностью измере обусловлено зависимостью ч ности магнитоупругого преоб и измерительной схемы от иэ ература окружаюшей среды и чины приложенной к датчику си аиболее близким по техническо ости к изобретению является для измерения усилий, содерж нитоупругий преобразователь с енной к его выходу измернтел ой, масштабное звено, подключ м входом к выходу измеритель ы, и блок питания магнитоупробраэователя 2 . предлагаемоесационный магтель, соединендополнительнаяподключеннаякомпенсационнмасштабное эв ния заключается в по 69 О 333Ьлок питания 4 состоит из последовательно включенных усилителя рассогласования 7 и ицвертора 8, предназначенного для преобразования постоянного вы ходного напряжения усилителя 7 в пере;- , менное напряжение питания магнитоупругих преобразователей 1 и 5.Измерительные схемы 2 и 6 предназначены для преобразования выходного переменного напряжения магнитоупругих преобразователей 1 и 5 в постоянное напряжение, подаваемое в канал параметрической обратной связи, В состав измерительной схемы 2 входит устройство отсчета измеряемой силы, например стрело:ный показывающий прибор 9.Масштабное звено 3 выполнено в виде ризистивного делителя с регулируемым коэффициентом передачи, величина которого устанавливается иэ условияобеспечения минимальной погрешности нелинейности выходного сигнала устройства.К магцитоупругому преобразователю 1 приложена измеряемая сила Ц , к компенсационному магнитоупругому преобразователю 5 - постоянная сила Д например вес гири, На входе усилителя рассогласования 7 действует сигнал рассогласованияЦ между алгебраической суммой опорного напряжения 0 о с выходным напряжением масштабного звена 3 О и выходным напряжением ьа дополнительной измерительной схемы 6, Подключенной к выходу компенсационного преобразователя 5.Из функциональной схемы следует:- ( о л 202530 40Усилитель рассогласования 7 усиливает величинуОК 1 раз, гдеК - коэффициент усиления усилителя 7, и через ицвертор 8 управляет напряжением питания обоих магнитоупругих пре 45 образователей 1 и 5. Это приводит к изменению выходного напряжения изме. рительных схем 2 и 6. Знак коэффициента усиления усилителя 7 выбран таким, чтобы величина рассогласования50 40 ца его входе стремилась к нулю, Тогда алгебраическая сумма выходных напряжений масштабного звена 3 и дополнительн,ой измерительной схемы 6 О стабилизируется, т,е, поддерживается на постоянном уровне 0 , что следует из уравнения ( 1), в котором Л О - О, т е.Зависимость цьходцого напряжения измерительной схемы 2, подаваемого на показываюший прибор 9, можно найти из выражецця (1) и следуюших соотношений:-выходные напряжения соответгде О,Ои,и,ственно инвертора 8, измерительной схемы 6, масштабного звена 3,измерительноисхемы 2;- коэффициенты передачи соответственно усилителя7, инвертора 8,масштабного,звена 3, измерительной схемы 2;- чувствительностимагнитоупругихпреобразователей5 и 1 соответстК о н м 1 венно;( (о венно.Чувствительность магнитоупругого преобразователя зависит от величины питающего его напряжения, приложенной к нему силы (что определяет нелинейность его статистической характеристики преобразования) и температуры окружающей среды, Эта зависимость может быть аппроксимирована следующей дробно-рациональной функцией сиды О приложенной к преобразователюС(Т) ц(7) где О (Т) -,коэффициент, характеризуюший начальную чувствителенность преобразователя, зависит от его конструкциии температуры окружающейсреды;Ь - коэффициент, характеризующий нелинейность статической характеристики магнито1:=+Э,Из последнего выражения видно, чтоесли коэффициент передачи масштабногозвена Км выбрать из условияК - , (16)ЪЦто выражение в скобках уравнения (15)станет равным нулю, а зависимость выходного напряжения Ов от измеряемойсил ы О при мет видО С(1 У)Яод Из уравнения (17) видно, что показания прибора 9 измерительной схемы2 не зависят от конструкции магнитоупругих преобразователей 1 и 5, температуры оуружаюшей среды Т и линейно связаны с величиной измеряемойсилы Д при ложен ной к ма гнитоупругому преобразователю 1, Стабильностьпсказаний очределяется стабильностьюопорного напряжения О в блока питания4, которую легко обеспечить с заданнойточностью, и силы Д, приложенной ккомпенсационному преобразователю 5,постоянство которой технически легкообеспечивается путем нагружения ком 40 пенсационного магнитоупругого преобразователя, например, весом гири.Нестабильность коэффициента С:ФЪДзависит от нестабильности коэфициента Ъ, определяющего нелинейность45 статической характеристики магнитоупругого преобразователя. При погрешностинелинейности, не превышаюшеГ нескольких процентов, что характерно для магнитоупругих преобразователей, величина 50 т(С 1 и влияние ее изменения оттемпературы, если оно существует, накоэффициент : мало, т.е. можно считать что 1+ЪО, = СОп 81.В процессе нагрухсения магнитоупру 55гого преобразователя 1 измеряемой силой возрастает напряжение на выходеизмерительной схемы 2. В силу нелинейности статической характеристики аст) Оъа. для магнитоупругого преобразователя 1 о(Т) О (9)Въои, соответственно, напряжения будутиметь следующий вид:"(11)аРешая совместно уравнения (1), (Э), 5), (10) относительно выходного напряжения инвертора 8, получимК К(и,+КО,)н .(ФК КО(Т)К Ц фЪЯРПри достаточно большом коэффициене усиления К усилителя 7 и при усиии Я, , приложенном к компенсационому преобразователю 5, не равном ную, величина; ккатК,е 1 (1 и, следовательно, напряжение магии тоупругих преобразова равно:"н- а(т) К,а питаниятелей 1 и 5 Подставив полученное зна 1 выражение (11) для выхо жения устройства Ци реш ение Ондиого напряив его от 5 690333 6упругого преобразователя, носительно Ов, учитывая при этом,определяется его к.го конструк- что при одинаковом конструктивном вы-.Пг Ъ О тическ яцией. полнении измерительных схем 6 и 1При = О статическ яО тическая харктеристика их коэффициенты передачи К в и К равмагнитоупругого п еоб азовру р разователя линей- ны, получим следующее выражение дляна. При Ъ; О - вып ла вве х пр - ук а вверх, приЪ (О выходного напряжения устройства О 8-выпукла вниз,В силу идентичности используемых аИд)магнитоупругих преобразователей в кав й+(Ъй-К Г"о о и)нале компенсации и измерения можно 10считать, что О (1) и Ь у обоих магнитоупругих преобразователей 1 и 5 равны.Тогда для компенсационного магнитоупругого преобразсеателя чувствительность равна:лц 1 дмагнитоупругого преобразователя 1,ростом приложенной к нему силы, чуьствительность его возрастает (илц умепьшается), что приводит к появлению псгрешности нелинейности измерения. Сд =НЯКО ЧЯСТЬ ВЫХОДНОГО НЯПРЯж 8 НИЯ 113112=рительной схемь 1, снимается с ВыходаМЯСШТЯбНОГО ЗВЕНЯ Зт В ВИД 8 НЯПРЯжЕ=ния линеаризЯции 1)А подается в блокПИТЯНИЯ 4, ГД 8 ВЫЧИТЯЕТСЯ (ИЛИ СКЛЯДЬ 1- 10вается) с опорным напряжением ООВ результате с увеличением измеряемойсилы на входе усилителя 7 появпчетсясигнал рассогласования. Этот сигналусиливается и подается на инвертор 8. БНапряжение питания компенсационногопреобразователя 5 и, соответственно,магнитоупругого преобразователя 1 умень.шаются (или увеличиваются) до техПОР, ПОКЯ РЯССОГЧЯСОВЯНИЕ Не УМЕНЬ 11 ИТ,.20ся дО преж 118 ГО значения с ХОчнОстью до1 тт 1 Я 11 ой ошибкп, Оцределяе 1 т 1 О 11 Вел т 1 чи 11 ойКОЗффИтцти 8111 я уоит 181 птя уст 1 ЛИ 1 у 1 я 7,УМЕНЬШЕ 1 ИЕ (УВЕЛИЧЕНИЕ) тЬЯПРЯжЕЦИЧ ПИмания преобразователя 1 приводит кУМ 811 Ь 11 т 81 ти 1 О (УВЕти 1 ЧЕтпио) ЕГО т 1 УВСТВ 1 т,. -тЕЛЬНОСТИ И, СООтВЕтСтВЕННО ЛттНЕЯРИЗации СТЯТИЧЕСКОЙ ХЯПЯКТ 8 РИСТИКП туСТВОт 1.Ства,ЗОФ.;т.:СЛ 11 В ПрОПЕССЕ ИЗМерзпия именя-.ется температура окружя 1 ОД 1 ей среди и чувствительность мяг 11 итоупругого преОбрязовятет 1:1, нягтример, увеличивяе.;= сято одновременно увеличивается и чувствительность компенсационного мягнитоуцру гого поеооря зовятела 5. Напряжение На ВЫХОДЕ Тт ОПОлт 11 ИтЕЛЬНОй И ВМЕрнтЕЛЬНОй схемы 6 при этом воврастает, что приводито 8К ПОЯВЛЕПИ 1 О СИГНт 1 ЛЯ 1 таССОГЛЯСОВЯНИя НаВходе усилителя 7; усиленный сигналпяссо 1-лясовяния начнет умсньщать напряжение питания компенсационного магпитоупругого преобразователя 5 до техпор, пока не восстановится ряенствонапряжений на Входах усилителя 7. Приэтом одновременно уменьцтается напрях;епие мягнитоупругого преобразователяЧТО ПРИВОДИТ К КОМПЕНСЯЦИИ ПОГР 8 Бцости, обусловленной увеличением его .чувствительности, вызванным изменением температуры Окру 1 ка 1 ощей среды. Ф О О м у л а и з О 6 р е т е н и яУСТРОт 1 СТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ,содержац 1 ее ма гнитоупругий преобразователь с подкл 1 оченной к его выходу из 1 иерительной схемойт масштабное звенотПОД 1 Б 11 зт 181 НО 8 СВОИМ ВХОДОМ К ВЫХОДУ11 змер 11 ел ной схе 1.1 ь 1. ц блок питаниямягпитоутпругого преобразователя, о тЛ И Ч Я ЮЦ 1 Е О С и Т=М 1 ТО С 1 тЕЛЬЮПОВЫШЕНИЯ тО П 1 ОСТИ ИЗМЕРЕтитЯ В НЕГОвведены компепсациоцньгй магнитоупругийпреобразователь, соед 11 ненный с блокомпитания, и дополнительная измерительная схема, подключенная своим входомк выходу компенсационного преобразователя я мясштябн 08 зв 8 но и допол1111 тельняя 11 зт 1 ерительняя с=ема соедиаеН.,1 т. бЛОКОМ Шттяинт 1,ЯСТОЧ 1 ЩКИ Ит 1 фОРМЯЦИИ,пртпн 1 тые Во внимание при экспертизе1. Гинзбург В. В. 1 т"тагнитоупругиедатч 1 тки. М"Энергия", 197 О с,13.2, .Авторское свидетельство СССР457981, кл. 6 С 11 1 т Хтт,12, 1973690333 Составитель А. Новиков,Техред С. Мигай Корректор Н. Горват Редактор Л. Бибер филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектнаи 4 Заказ 5952/38 Тираж 1090 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5