Способ градуировки динамометров

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (11) 1) 401 Ь 25/О Ет н и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛ(54)(57) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ДИНРЛфО-,ИЕТРОВ, заключающийся в том чтоинерционную меру массы закрепляютна градуируемом динамометре, воздействуют на нее однородным силовымполем, измеряют значение выходногосигнала и строят градуировочную характеристику, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиградуировки эа счет устранения остаточной деформации переходного колебательного процесса, меру массы сградуируемым динамометром непрерывно.вращают относительно оси, перпендикулярной градиенту силового поля,обеспечивая условие ее прохождения через центр момента инерции меры массы с постоянной скоростью вращения, выбираемой из соотношенияс еа И сВ 1,а гдето - скорость вращения; с - жесткость градуируемого д намометра; .Ю - масса меры; а - заданная приведенная динамическая погрешность воспроизведения статической силы, при этом уравновешивают перпендикулярно силовойоси градуируемого динамо- р метра составляющую силу взаимодействия меры массы с силовым полем, а и эмерение выходного сигнала и построение градуировочной характеристики выполняют во время вращения одновременно . ,с измерением координаты, определякщей угол поворота силовой оси динамометра относительно градиента силового поля.Изобретение относфтся к измеритель;ной технике и может быть использовано для градуировки динамометров намалые силы.Известен способ дииамической градуировки динамометров, который заключается в том, что на градуируемом динамометре закрепляют меру массы, причем градуируемым динамометром и мерой массы располагают силовую йружину, которая создает потенциальное 10силовое поле, воздействующее на мерумассы Ц .Меру массы в потенциальном силовомполе пружины вводят в режим свободныхзатухакщих колебаний, в котором на 15инамометр воздействует переменнаяинамическая сила. Значение выходногосигнала динамометра, соответстующеедействукщей на него в каждый моментвремени динамической силы, записывают. Производя ряд расчетов можноопределить значение статической силы,действующей на динамометр и соответ-ствующей определенному значению записанного выходного сигнала. 25Однако данный способ характеризуется низкой точностью, так как вовремя свободных затухакщих колебаний на меру массы в каждый моментвремени действует несколько разныхсил сопротивления, значение которыхневозможно точно определить, такжекак и значение статической силы,,прикладываемой к дкнамометру.Наиболее близким к предд,агаемому уявляется способ, заключающийся втом, что градуируемый динамометр уста"навливают в гравитационном однородном силовом поле, при этом силовуюось динамометра совмещают с направлением градиента силового поля, На 40динамометре закрепляют инерционнуюмеру массы, не подверженную действиювнешних сил сопротивления 2 .На меру массы воздействуют гравитационным однородным силовым полем, 45при этом мера массы создает силу,приложенную к динамометру. Послеуспокоения показаний динамометра,когда масса находится в состояниипокоя, измеряют значение его выходного сигнала, созданного статической силой, и этому значению выходно"го сигнала ставят в соответствиезначение статической силы, равноесиле взаимодействия инерционной мере 55массы, находящейся в состоянии покоя,с однородным гравитационным силовымполем. Значение статической силыопределяют по предварительно определенной массе меры массы. При воспроизведении разных статических сил"массу меры массы изменяютНедостатками известного способаявляются низкая точность и суженные.Функциональные возможности. 65 Точность снижается из-за того,что при градуировке появляется дополнительная деформация динамометра в состоянии покоя относительно положения статического равновесия. Дополни" тельная деформация возникает вследствие колебательного процесса относи" тельно положения статического равно" весия при воздействии силового поля на меру массы, установленную на упругом элементе цинамометра. Потеря точности из-за усталостных напряжений сказывается при градуировке динамо- метров на малых силах с верхним пре" делом измерения силы менее 10 Н.Кроме того, известным способом нельзя получать непрерывную градуировочную кривую на графике зависимости выходного сигнала градуируемого динамометра от приложенной силы.Цель изобретения - повышение точности градуировки за счет устранения остаточной деформации переходногоколебательного процесса.Цель достигается тем, что согласно способу градуировки динамо- метров, заключакщемуся в том, что инерционную меру масси закрепляют на градуируемом динамометре, воздействуют на нее однородным силовым полем, измеряют. значение выходного сигнала градуируемого динамометра и строят градуировочную характеристику, меру массы с градуируемым динамометром непрерывно вращают относительно оси, перпендикулярнойгради енту силового поля, обеспечивая условие ее прохождения через центр момента инерции меры массы с постоянной скоростью вращения, выбираемойиз соотношения:аЯ -( ее1"-агде (д - скорость вращения:с - жестокость градуируемогодинамометра;а - масса меры;а - заданная приведенная динами"ческая погрешность воспроиз"ведения статической силы, при этом уравновешивают перпендикулярную силовой оси градуируемого динамометра составлякщую силу взаимодействия мерц массы с виловым полем, а измерение выходного сигнала и построение градуировочной характеристики выполняют во время вращения одновременно с измерением координаты, определяющей угол поворота силовой оси динамометра относительно градиента силового поля.Точность градуировки повышается за счет, того, что в данаом способе отсутствует дополнительная деформация упругого элемента динамометра, созданная за счет усталостных напряч1 с -2 с деК= - о /, Сд.Ы ) (з)65 жений, возникающих иэ-за наличия колебательного процесса по петле" гистерезиса Относительно положения статического равновесия, заданного силой взаимодействия меры массы с силовым полем, так как с одной сто роны положение статического равнове ", сия постоянно меняется и относительНо одного и того же положения не успевает осуществиться хотя бы один полный колебательный цикл. С другой Ю стороны, при уменьшении скорости ы ,амплитуда колебаний уменьшается на несколько порядков до такой величины, которая не может являтьсяиеточникаа, создания усталостных напряжений15 Разница выходных сигналов динамомет,ра, сдеформированного до положения статического равновесия под действием одной и той же силы, но с присутстви:ем колебательного процесса и без него 20 равна нулю, т.е. будет равна нулю и потеря точности, обусловленная уста-. лостными напряжениями.При вращении в однородном силовом поле меры массы с градуируемым дина-,25 геометром относительно оси, перпендипсулярной градиейту силового поля и проходящей через центр момента инерции меры массы, на динамометр вдоль его силовой оси начинает действовать возмущающая статическая сила(1)где ы, - угол между силовой осью динамометр 1.и перпендикуляром к . 35градиенту сиволого поля;статическая сила, воздаваемаямерой массы при совпадениисиловой оси динамометра сградиентом силового поля, т.е.40при Ыр .12При вращении меры массы с градуи- руемым динамометром со скоростью(о в течение времени 1 уголос равенес сА. Совместим ось х с силовой осью дина мометра, соответствующей оси упруго-. го элемента динамометра с жесткостью с. За начало отсчета на оси х примем положение меры массы, соприкасающейся с упругим элементом динамомет ра прий=О. Прн воздействии возмущающей силы Р, созданной мерой массы с массой а, упругий элемент динамо- метра начинает колебаться. ДиФфереициальное уравнение колебаний будет 55 следующее: ,уб ха - д Га 6 щсдЪ-схИМея начальные услОвиярО; х аО; ахи 60= О, решая уравнение (2) полуВ данном процессе, как видно иэ Формулы (3), присутствуют два вида колебаний: свободные колебания с частотой к и вынужденные колебания с частотойй .На упругий элемент динамометра действует динамическая.сила, вызванная колебательным процессомд= сх. Иэ уравнения (3) после небольших преобразований получим1, сдлс . , (4)дяк"- ояпи д, ЫаИ,11 с-с Р К-чДействующую на динамометр динамическую силу можно представить как сумму статической силы"ст и дополнительной силы ЬР , обусловленную динамикой процесса нагружения градуируемого динамометра. Разница между динамической силой и статической силой, действующих на динамометрдВ, определяется путем вычитания (1) из (4). Максимальнее значение ьРбудет при ВюсдианЪЬ, тогда.шах= о)сПри измерении значения выходного сигнала градуируемого динамометра, вызванного действием динамической рилыдци приписыванию ему значения статической силыФмаксимальная, приведенная к максимальной, воспроизводимой установленной на .градуируемом динамометре мерой мас,сы, силе, погрешность, обусловленная заменой динамической силы статической или как ее в дальнейшем назовем динамическая погрешность воспроизведения статической силы, определяется путем приведения Гахайвах сд й 3 с (6) а=8 гст(щак чо , р 1 с 2 аИз (6) г решая квадратное уравне-ние относительною находим7),2 О сСделав преобразования в,(7 подставляй к=- получимГГ(8)Из (8) видно, что имея заранее, заданную для данной градуировки допустимую, приведенную к максимальной силе, воспроизводимой при граду" ировке, динамическую погрешность воспроизведения статической силыможно определить при которой значение динамической силы можно заменить значением статической силы, Поскольку а и 1, то при выборе я по формуле (9) не наступит явление резонанса, для которо: го должно бытьЖНа фиг, 1 показан график измене" ния динамической силы в зависимости от угла поворота меры массыу на Фиг. 2 - схема одного из вариантов устройства, осуществляющего способ градуировки динамометров.Устройство, реализующее способ, состоит иэ горизонтальной платформы 1, закрепленнойна вертикальном валу вращения 2 Вал 2 соединен с двигателем 3 и редуктором 4. На валу 2 установлен датчик 5 угла поворота, статор которого закреплен на основании 6. На платформе 1 установлена подвижная каретка 7, имеющая возможность перемещения в горизонтальных 2 О направляющих 8. На каретке 7 установлен выполненный из магнитного материала горизонтальный стержень 9 параллельно направляющим 8 и расположенный в электромагнитной катушке 10. 25 Стержень 9 расположен так, что его ось симметрии, пересекается с осью симметрии вала 2 в горизонтальной плоскости. На стороне каретки 7 противоположной той, на которой уста" 3 О новлен стержень 9, установлен градуируемый динамометр 11. Силовая ось динамометра 11 совпадает с осью симметрии стержня 9. На силовоспринимающей опоре градуируемого динамометра жестко закреплена мера массы 12, выполненная из магнитного материала так, что в ней не возникают электрические токи при движении в магнитном поле. Мера массы 12 имеет Форму дис О ка, расположенного параллельно платформе 1. На платформе 1 под мерой массы 12 установлен регулируемый источник постоянного магнитного поля 13, равнодействующая силового поля оторого совпадает с осью симметрии ала 2 и направлена вертикально вверх. Также на платформе 1 установлен без- контактный датчик 14 перемещения меры массы 12 вдоль оси симметрии стержня 9 электрически соединенный с блоком управления 15, который в свою очередь электрически соединен с электромагнитной катушкой 10. На платформе 1 вдоль меры массы 12 горизонтально установлен второй источ ник постоянного магнитного поля 16, равнодействующая силового поля которого перпендикулярна направляющим 8 каретки 7 и проходит через центр высоты меры массы 12, пересекаясь с 6 О осью вала 2 под углом 90 О.,Источник 16 электрически соединен с блоком регулировки 17, который соединен с датчиком угла поворота 5. Градуируе" мый динамометр электрически соеди нен с блоком измерения выходного сиг. нала 18 динамометра, а датчик угла поворота 5 с блоком измерения обобщенной координаты 19. В данном устройстве обобщенной координатой, определяющей угол поворота силовой оси динамометра относительно градиента силового. поля, является угол поворота вала 2.Блоки 18 и 19 соединены с блоком запуска измерительных приборов 20 и блоком сравнения 21. Платформа 1 помещена между пластинами 22 источника, соэдакщего горизонтальное однородное магнитное поле. Источник магнитного поля пластин 22 соединен с блоком регулировки 17.Способ осуществляется при помощи этого устройства следующим образом.Во время закрепления меры массы 12 на градуируемом динамометре 11 регулируемым источником постоянного магнитного поля 13 создается магнитное поле, действующее на меру массы 12 с силой равной ее весу. Этим исключается действие на меру массы 12 внешних сил, обусловленных даннойсхемой. После исключения их влияния при заданных . начальных условиях мера массы 12 должна колебаться в режиме свободных колебаний. Применение в данном-способе меры массы,не имеющей дополчнительных связей кроме механической связи с градуируемым динамометром, обеспечивает начальную точность применения способа, Платформу 1 устанавливают так, чтобы направляющие 8 каретки 7 стали параллельны пластинам 22 источника магнитного поля, При этом источник магнитного поля 16 располагается параллельно пластинам 22. Меру массы 12 устанавливают в состояние покоя. На меру массы воздействуют однородным силовым полем, созданным пластинами 22, с силой Г . Конфигурация пластин 22 выполнена такой, что сила 10 не изменяется при размещении между пластинами и мерой массы 12. других узлов, установленных на плат,Форме 1.Одновременно с созданием,магнитного поля между пластинами 22 при помощи блока регулировки 17 создается магнитное поле источником 1 б,которое также взаимодействует с мерой массы 12 с силойРо,но эта сила имеет противоположное направление. Источником 16уравновешивается составлякщая силы взаимодействия меры массы с силовым полем, направленная церпендикулярно силовой оси градуируемого динамометра 11. Запускают двигатель 3, которыйчерез редуктор 4 при помощи .вала 2 начинает вращать платформу 1, На меру массы 12 начинает действовать статическая сила Ро , равная взаимодействию меры массы с однородным силовым полем, созданным пластинами 22Эта сила состоит иэ двух составляющихОдна направлена по силовой оси динамометра 11 и равна,фРЫпе.,где -угол между силовой осью динамометра и перпендикуляром к градиенту силового поля. При вра щении платформы 1 по часовой стрел" ке (фиг. 2) при изменении угла от 0 доФ на динамометр 11 действует сила сжатия. При вращении против часовой стрелки от О додействует сила 10 растяжения. Вторая составлякщая направлена перпендикулярно силовой оси динамометра 11 и равна,=Гособм Эта составлякщая в процессе вращения уравновешивается равнодействукщей, 15 созданной источником магнитного поля 16. Причем равнодействующая этого магнитного поля регулируется блоком регулировки 17 посредством ввода в него значения угла Ф которое сни мается датчиком 5. Необходимым условием является то, чтобы уравновешивание второй составляющей не вносило дополнительных моментов и сил, дейст вукщих на меру массы 12 в направлении силовой оси динамометра 11. Ста-. тическая сила ст, направленная по оси динамометра, создает на нем за ,.счет возникновения колебательного ,;процесса динамическую силуэт. После того, как платформа 1 начинает вра" щаться с постоянной скоростью й которую выбирают иэ соотношения3С Я(дп35 гдето- масса меры массы 12;с - жесткость градуируемого динамометра 11, определенная дляданного типа динамометрову а - допустимая йриведенная динамическая погрешность воспроизведения силы для данного типадинамометров,запускается блок запуска измерительных приборов 20. Блок 20 подает одновременно сигнал о проведении измерения блоку 18 измерения выходногосигнала.динамометра 11 и блоку 19измерения сообщенной координаты, которая соответствует углу Ы . Блоки 18 и19 снимают показания,с динамометра11 и датчика 5 соответственно. Съемпоказаний выполняется одновременноза равный промежуток времени. Показания с блоков. 18 и 19 вводятся в блоксравнения 21, где выходному сигналу:градуируемого динамометра, созданномудействием на градуируемый динамометрдинамической силыР , ставят в соотАЧнветствие значение статической силы,возникающей при взаимодействии мерымассы 12 с однородным силовЬпч полем,созданным пластинами 22, равное дляданной схемыГс, Гобеж .Датчик 14 черезблок управления 15 путем воздействияна магнитное поле электромагнитнойкатушки 10 может втягивать в катушку10 или выдвигать из нее стержень 9,чем .будет осуществляться.корректировка положения центра инерции мерымассы 12Способ позволит повысить точностьградуировки;в 2-2,5 раза за счет непрерывного воспроизведения силы вовремй градуировки динамометра, отсутствия. дополнительной деформации динамометра, вызванной усталостными напряжениями, возникшими из-за колебательного процесса относительно положениястатического равновесия,Н,Вовчукгель. Корректор В.1" няк Редакт щ щщ ша щщ873твенногобретениЖ,02 и тент щщ Проектна Ужгород,/42 Ти ВВНИИПИ Госуд по делам 113935, 1 фос щщ Рщщщщщ Филиал ППППодписное комитета СССР и отк,ритин ушская . наб д. 4щщщщ щщ