RU2576350C1 - Multi-point frequency method of mass and deformations measurement - Google Patents

Multi-point frequency method of mass and deformations measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2576350C1
RU2576350C1 RU2014149833/28A RU2014149833A RU2576350C1 RU 2576350 C1 RU2576350 C1 RU 2576350C1 RU 2014149833/28 A RU2014149833/28 A RU 2014149833/28A RU 2014149833 A RU2014149833 A RU 2014149833A RU 2576350 C1 RU2576350 C1 RU 2576350C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
strain
measurement
strain gauges
mass
Prior art date
Application number
RU2014149833/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Жанна Артуровна Сухинец
Антон Валерьевич Сухинец
Артур Игоревич Гулин
Original Assignee
Жанна Артуровна Сухинец
Антон Валерьевич Сухинец
Артур Игоревич Гулин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Жанна Артуровна Сухинец, Антон Валерьевич Сухинец, Артур Игоревич Гулин filed Critical Жанна Артуровна Сухинец
Priority to RU2014149833/28A priority Critical patent/RU2576350C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2576350C1 publication Critical patent/RU2576350C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method to measure mass and deformations consists in measurement of parameters of strain gauges, which are arranged in reference points in the area or the section of the investigated object. At the same time they measure the frequency of the generator formed by strain gauges connected to external capacitors of the phasing RC-circuit and the amplifier. The averaged signal of the generator is sent via a functional frequency-code converter to a digital indicator. Frequency of the generator depends on parameters of strain gauges. The stated invention makes it possible by a frequency method to continuously measure mass and deformation of the object using a double-wire line of communication and identical standard strain gauges (strain sensors) with averaging of readings without additional computing operations.
EFFECT: high reliability and noise immunity of the method, such method eliminates influence of instability of metering circuit power supply voltage, subsidence, inclination of a foundation and platform of scales, displacement of a centre of masses of weights by measurement error.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области электронной весоизмерительной техники и может быть использовано в различных отраслях промышленности и транспорта для быстрого и высокоточного определения массы транспортного средства с сыпучими и наливными грузами при погрузке или выгрузке, перемещении грузов различного рода подъемными механизмами и одновременном их взвешивании, например, крановыми, монорельсовыми и другими весами, измерения сил и давлений, а также для исследования физических свойств материалов, деформаций и напряжений в деталях и конструкциях.The invention relates to the field of electronic weighing equipment and can be used in various industries and vehicles for fast and high-precision determination of the mass of a vehicle with bulk and liquid cargo when loading or unloading, moving goods of various kinds by lifting mechanisms and at the same time weighing them, for example, crane monorail and other scales, measuring forces and pressures, as well as to study the physical properties of materials, deformations and stresses in parts and instructions.

Известен способ измерения веса и деформаций с использованием от одного до четырех тензорезисторов в измерительных цепях в виде мостов уравновешивания или квазиуравновешивания (Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. - Л.: Энергоатомиздат. 1983. - С. 102-107).A known method of measuring weight and strain using from one to four strain gauges in the measuring circuit in the form of balancing bridges or quasi-balancing (Levshina ES, Novitsky PV Electrical measurements of physical quantities. - L .: Energoatomizdat. 1983. - S. 102-107).

Недостатками подобного способа измерения являются малый уровень амплитудного выходного сигнала, составляющего не более 10-50 мВ, что усложняет дистанционные измерения, сложность схемы в случае одновременного измерения во многих точках протяженного объекта.The disadvantages of this method of measurement are the low level of the amplitude output signal of not more than 10-50 mV, which complicates remote measurements, the complexity of the circuit in the case of simultaneous measurement at many points of an extended object.

Известно устройство, реализующее способ многоопорного взвешивания (патент РФ №121570, G01L 25/00, опубл. 27.10.2012), в котором размещают многокомпонентные тензорезисторные датчики веса, каждый из которых содержит основной мост тензорезисторов для измерения силы и по два дополнительных моста тензорезисторов, измеряющих моменты сил, приложенных к их силовводящим и опорным узлам на эталонной силовоспроизводящей установке, и судят об измеряемом весе по сумме сигналов основных мостов тензорезисторов всех датчиков, контролируя при этом сигналы дополнительных мостов тензорезисторов. Измерение сигналов дополнительных мостов тензорезисторов позволяет контролировать правильность ориентации многокомпонентных датчиков веса на эталонной силовоспроизводящей машине.A device is known that implements the multi-support weighing method (RF patent No. 121570, G01L 25/00, publ. 10/27/2012), in which multicomponent strain gages are placed, each of which contains a main bridge of strain gages for measuring force and two additional bridge of strain gages, measuring the moments of forces applied to their power leading and supporting nodes on a standard power reproducing installation, and judge the measured weight by the sum of the signals of the main bridges of the strain gages of all sensors, while monitoring the signals strain gauge bridge-negative. Measuring the signals of additional strain gages bridges allows you to control the correct orientation of multicomponent weight sensors on a reference force-reproducing machine.

Недостатками применения этого устройства и реализуемого им способа являются малая мощность выходного сигнала и влияние малозаметных дестабилизирующих факторов (просадки и наклона фундамента и платформы) на погрешность измерения.The disadvantages of using this device and the method it implements are the low power of the output signal and the effect of subtle destabilizing factors (subsidence and inclination of the foundation and platform) on the measurement error.

Известен способ многоопорного взвешивания (патент РФ №2518097, G01G 1/00, опубл. 10.06.2014), состоящий в том, что на эталонной силовоспроизводящей установке нагружают многокомпонентные тензорезисторные датчики веса, каждый из которых содержит основной мост тензорезисторов, предназначенный для измерения веса, и дополнительные мосты тензорезисторов, предназначенные для измерения механических влияющих величин. При этом нагружении измеряют сигналы основных и дополнительных мостов тензорезисторов каждого датчика веса, определяют характеристики преобразования основных и дополнительных мостов тензорезисторов, для каждого многокомпонентного тензорезисторного датчика веса определяют функции влияния сигналов дополнительных мостов тензорезисторов на погрешность преобразования основного моста тензорезисторов, и предельно допускаемые значения сигналов дополнительных мостов тензорезисторов, при которых погрешность сигнала основного моста тензорезисторов данного многокомпонентного тензорезисторного датчика веса не выходит за допускаемые пределы. На месте эксплуатации судят об измеряемом весе по сумме сигналов основных мостов тензорезисторов всех многокомпонентных тензорезисторных датчиков веса при определенном заранее условии предельно допускаемого значения сигнала дополнительного моста тензорезисторов, при которых погрешность сигнала основного моста тензорезисторов данного многокомпонентного тензорезисторного датчика веса не выходит за допускаемые пределы.A known method of multi-support weighing (RF patent No. 2518097, G01G 1/00, publ. 06/10/2014), consisting in the fact that the multi-component strain gauge weight sensors, each of which contains the main bridge of strain gages, designed to measure weight, are loaded on a reference force reproducing installation, and additional strain gauge bridges designed to measure mechanical influencing quantities. Under this loading, the signals of the main and additional bridges of the strain gages of each weight sensor are measured, the conversion characteristics of the main and additional bridges of the strain gages are determined, for each multicomponent strain gage of the weight sensor, the functions of the influence of the signals of the additional bridges of the strain gages on the error in the conversion of the main bridge of the strain gages and the maximum allowable signal values of the additional bridges are determined strain gages for which the error of the signal of the main bridge The resistance of this multicomponent strain gage weight sensor does not go beyond the permissible limits. On-site operation, the measured weight is judged by the sum of the signals of the main bridges of the strain gages of all multicomponent strain gages of the weight under a predetermined condition for the maximum permissible signal value of the additional bridge of the strain gages, in which the error in the signal of the main bridge of the strain gages of this multicomponent strain gage does not exceed the permissible limits.

Недостатком данного способа является использование большого количества дополнительных многокомпонентных тензорезисторных датчиков и мостов тензорезисторов, а также малая мощность выходного информативного сигнала.The disadvantage of this method is the use of a large number of additional multicomponent strain gauge sensors and strain gauge bridges, as well as the low power of the output informative signal.

Известен способ взвешивания на вагонных электронных весах для оценки безопасности движения вагонов с сыпучими грузами (патент РФ №230084, G01G 19/04, от 15.12.2005, опубл. 27.05.2007). Способ заключается во взвешивании движущегося вагона с учетом измерения масс брутто левой и правой сторон вагона. Путем суммирования определяют массу брутто вагона. Измерение разности масс загрузки боковых сторон вагона получают как сумму соответствующих разностей двух тележек вагона по левой и правой сторонам. Дополнительно определяют расчетным путем по предельному значению поперечного смещения центра массы груза "а" от продольной оси эти же массы брутто, распределенные по левой и правой сторонам двух тележек вагона. Затем вычисляют разность масс в загрузке боковых сторон вагона путем вычитания из массы брутто, распределенной по левой стороне двух тележек, массу брутто, распределенную по правой стороне двух тележек. Сравнивают полученную расчетным путем разность масс загрузки левой и правой сторон вагона с разностью масс, измеренной на весах.A known method of weighing on a wagon electronic scale to assess the safety of movement of wagons with bulk cargo (RF patent No. 230084, G01G 19/04, dated 15.12.2005, publ. 27.05.2007). The method consists in weighing a moving car, taking into account the gross mass measurement of the left and right sides of the car. By summing, the gross weight of the wagon is determined. The measurement of the mass difference of the loading of the sides of the car is obtained as the sum of the corresponding differences of the two carriages on the left and right sides. Additionally determined by calculation by the limit value of the transverse displacement of the center of mass of the load "a" from the longitudinal axis, the same gross masses distributed on the left and right sides of the two wagon trolleys. Then, the mass difference in the loading of the sides of the wagon is calculated by subtracting from the gross mass distributed on the left side of the two bogies, the gross mass distributed on the right side of the two bogies. The calculated mass difference between the loading masses of the left and right sides of the car is compared with the mass difference measured on the balance.

Недостатком данного способа является использование большого количества мостов тензорезисторов, малая мощность выходного информативного сигнала и необходимость ручных вычислений.The disadvantage of this method is the use of a large number of bridges of strain gages, low power output of the informative signal and the need for manual calculations.

Известен также способ использования цепочечных схем с полупроводниковыми тензорезисторами для повышения уровня амплитудного информативного сигнала (Рахманов В.Ф., Трухачев Б.С. Цепочечные схемы с тензорезисторами // Измерительная техника. - 1970. - №9. - С. 52-54; Драгунов В.П. Анализ характеристик многоэлементных тензопреобразователей // Электронное приборостроение. Новосибирск, НЭТИ. - 1992. - С. 131-139).There is also a method of using chain circuits with semiconductor strain gauges to increase the level of the amplitude informative signal (Rakhmanov V.F., Trukhachev B.S. Chain circuits with strain gauges // Measuring equipment. - 1970. - No. 9. - P. 52-54; Dragunov V.P. Analysis of the characteristics of multi-element strain transducers // Electronic Instrument Making. Novosibirsk, NETI. - 1992. - P. 131-139).

Недостатками этого способа являются ограниченная область использования цепных схем из тензорезисторов лишь в локальных зонах измерения, низкая помехоустойчивость амплитудного информативного сигнала и сложность усреднения результатов измерений.The disadvantages of this method are the limited scope of using circuitry from strain gages only in local measurement zones, low noise immunity of the amplitude informative signal and the difficulty of averaging the measurement results.

Наиболее близким по технической сущности является способ преобразования разбаланса тензомоста в частоту импульсов с помощью интегратора на операционном усилителе и компаратора, зависящую от изменения сопротивлений тензорезистора, реализованный в преобразователе сигнала разбаланса тензомоста в выходную частоту f (А.С. СССР №828406, МКИ H03K 13/20, опубл. 07.05.81. Бюл. №17), которая определяется по формулеThe closest in technical essence is the method of converting the strain gage imbalance to the pulse frequency using an integrator on an operational amplifier and a comparator, depending on the change in the resistance of the strain gage, implemented in the converter of the strain gage unbalance signal to the output frequency f (AS USSR No. 828406, MKI H03K 13 / 20, publ. 07.05.81. Bull. No. 17), which is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где εR - относительное изменение сопротивлений тензомоста от воздействия измеряемого давления;where ε R is the relative change in the resistance of the strain bridge from the effects of the measured pressure;

RИ - сопротивление интегратора, которое включает в себя выходное сопротивление тензометрического моста и сопротивление кабельной линии;R And - the resistance of the integrator, which includes the output resistance of the strain gauge bridge and the resistance of the cable line;

СД - емкость дозирующего конденсатора.With D is the capacity of the metering capacitor.

Недостатками способа, реализуемого устройством, содержащим тензорезисторный датчик давления и частотный преобразователь сигнала с выхода тензомоста датчика, являются низкая точность при изменении сопротивлений тензорезисторов с изменением температуры разогрева тензомоста и работа преобразователя только при разбалансе тензомоста в одну сторону, а при нулевом разбалансе выходная частота преобразователя равна нулю.The disadvantages of the method implemented by the device containing the strain gauge pressure sensor and the frequency converter of the signal from the output of the strain gauge bridge are low accuracy when the resistance of the strain gages changes with the temperature of the heating of the strain gage and the converter operates only when the strain gage is unbalanced in one direction, and at zero imbalance the output frequency of the converter is to zero.

Задачей заявляемого изобретения является осуществление измерения массы и деформаций как на малых, так и значительных площадях и протяженных участках исследуемых объектов с использованием необходимого количества тензорезисторов, усреднение показаний без дополнительных вычислительных устройств, устранение влияния нестабильности напряжения питания измерительной схемы, просадки, наклона фундамента и платформы весов, а также смещения центра масс грузов на погрешность измерения, повышение помехоустойчивости информативного сигнала с возможностью его дистанционной передачи по двухпроводной линии связи.The objective of the invention is the measurement of mass and deformations both on small and large areas and extended sections of the studied objects using the required number of strain gages, averaging readings without additional computing devices, eliminating the influence of instability of the supply voltage of the measuring circuit, drawdown, slope of the foundation and platform scales as well as the displacement of the center of mass of the cargo by measurement error, increasing the noise immunity of the informative signal from the possibility of its remote transmission over a two-wire communication line.

Технический результат - усреднение частоты без дополнительных вычислительных устройств, устранение влияния нестабильности напряжения питания на выходную частоту и необходимости увеличения напряжения питания тензорезисторов для повышения уровня выходного сигнала, вызывающего дополнительные погрешности от их разогрева.The technical result is averaging the frequency without additional computing devices, eliminating the influence of instability of the supply voltage on the output frequency and the need to increase the supply voltage of the strain gauges to increase the level of the output signal, causing additional errors from their heating.

Поставленная задача решается способом измерения массы и деформаций путем измерения частоты генератора, зависящей от параметров тензорезисторов, которые согласно изобретению располагают в контрольных точках по площади или участку исследуемого объекта и соединяют с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, соединенный через функциональный преобразователь частота-код с цифровым индикатором.The problem is solved by the method of measuring mass and strain by measuring the frequency of the generator, which depends on the parameters of the strain gages, which according to the invention are located at control points over the area or area of the test object and connected to external capacitors of the phasing RC circuit, forming together with the amplifier a generator connected via a functional frequency-code converter with digital display.

Сущность способа поясняется чертежами, где:The essence of the method is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 представлен преобразователь цепной структуры;- in FIG. 1 shows a chain structure converter;

- на фиг. 2 - принципиальная схема фазирующей цепочки;- in FIG. 2 is a schematic diagram of a phasing chain;

- на фиг. 3 - принципиальная схема фазирующей цепочки с одним тензорезистором;- in FIG. 3 is a schematic diagram of a phasing chain with one strain gauge;

- на фиг. 4 - схема измерения с использованием тензорезисторов в качестве элементов фазирующей цепочки RC-генератора.- in FIG. 4 is a measurement diagram using strain gages as elements of a phasing chain of an RC generator.

Способ реализуется использованием тензорезисторов, расположенных в контрольных точках по объекту и образующих вместе с внешними конденсаторами фазирующую RC-цепочку генератора гармонических колебаний, частота которого зависит от массы или деформации объекта.The method is implemented using strain gages located at control points along the object and forming, together with external capacitors, a phasing RC chain of a harmonic oscillation generator, the frequency of which depends on the mass or deformation of the object.

Известные традиционные методы исследования не позволяют получать аналитические выражения, связывающие измеряемый параметр с частотой генерации, зависящей от одновременного индивидуального изменения параметров нескольких (более четырех) тензорезисторов, и тем самым решить актуальную проблему.Known traditional research methods do not allow obtaining analytical expressions that relate the measured parameter to the generation frequency, which depends on the simultaneous individual change of the parameters of several (more than four) strain gages, and thereby solve the actual problem.

Использование метода функций преобразования (ФП) позволило эффективно решить эту сложную задачу (см. Гулин А.И. Диагностика измерительных преобразователей и устройств связи с неоднородной цепной структурой // Контроль. Диагностика. 2010. №11. С. 69-72).Using the method of transformation functions (FP) allowed us to effectively solve this complex problem (see Gulin A.I. Diagnostics of measuring transducers and communication devices with an inhomogeneous chain structure // Control. Diagnostics. 2010. No. 11. P. 69-72).

ФП Kn преобразователя цепной структуры (Фиг. 1) (формально, обратная величина традиционного коэффициента передачи), являющаяся отношением входной активной величины U0 к выходной Bn (напряжение Un или ток In), описывается выражением при четном числе плеч nFP K n of the converter of the chain structure (Fig. 1) (formally, the reciprocal of the traditional transfer coefficient), which is the ratio of the input active quantity U 0 to the output B n (voltage U n or current I n ), is described by the expression for an even number of arms n

Figure 00000002
Figure 00000002

где i=2b-1;where i = 2b-1;

b=1, 2, 3, …, 0,5n,b = 1, 2, 3, ..., 0.5n,

а для цепных структур (ЦС) с нечетным числом плеч nand for chain structures (CS) with an odd number of shoulders n

Figure 00000003
Figure 00000003

где b=1, 2, 3, …, 0,5(n+1) для ЦС с нечетным числом плеч n.where b = 1, 2, 3, ..., 0.5 (n + 1) for a CA with an odd number of shoulders n.

Соотношения (1) и (2) приводят к рекуррентной формуле для вычисления ФПRelations (1) and (2) lead to a recurrence formula for calculating the phase transition

Figure 00000004
Figure 00000004

где Ti иммитанс i-го плеча (сопротивление Z для нечетных i и проводимость Y для четных i).where T i is the immitance of the ith shoulder (resistance Z for odd i and conductivity Y for even i).

Начальными условиями алгоритма вычисления Kn являются значения K0=1 при n=0 и K1=T1 при n=1.The initial conditions of the calculation algorithm K n are the values K 0 = 1 for n = 0 and K 1 = T 1 for n = 1.

Рекомендуемая электрическая схема RC-фазирующей цепочки (ФЦ), представлена на Фиг. 2. Следовательно, необходимое минимальное число тензорезисторов для создания ФЦ должно быть не менее двух. В статье (см. Гулин А.И. Проектирование многозвенных RC-генераторов // Изв. вузов «Приборостроение» 2012. Т. 15. №1 (41). С. 14-118) представлены всевозможные схемы ФЦ, которые могут быть использованы для построения различных схем измерительных генераторов При больших площадях и протяженных участках контролируемого объекта число тензорезисторов увеличивают до необходимого количества (нескольких сот), располагая их в необходимых точках контроля. Рассмотрим в качестве примера шестиплечую ФЦ из трех конденсаторов и трех тензорезисторов.The recommended circuitry of the RC phasing chain (FC) is shown in FIG. 2. Therefore, the required minimum number of strain gages to create a FC should be at least two. The article (see Gulin A.I. Designing multi-link RC generators // Izv. Universities "Instrument Making" 2012. V. 15. No. 1 (41). P. 14-118) presents all sorts of FC schemes that can be used for constructing various schemes of measuring generators With large areas and extended sections of the controlled object, the number of strain gages is increased to the required number (several hundred), placing them at the necessary control points. Consider, as an example, a six-arm FC consisting of three capacitors and three strain gauges.

Выражение ФП шестиплечей ФЦ согласно (1) будетThe expression of the AF of the six-armed FC according to (1) will be

Figure 00000005
Figure 00000005

Для ФЦ (Фиг. 2), когда Z1=Z3=Z5=1/jωС, a Y2=Y4=Y6=1/R ФП будет равна

Figure 00000006
For FC (Fig. 2), when Z 1 = Z 3 = Z 5 = 1 / jωС, and Y 2 = Y 4 = Y 6 = 1 / R, the FP will be equal to
Figure 00000006

В составляющих действительной и мнимой части ФП имеет видIn the components of the real and imaginary parts, the phase transition has the form

K6=ReK6+ImK6,K 6 = 6 + ImK ReK 6,

Условием возникновения колебаний при использовании ФЦ являетсяThe condition for oscillations when using FC is

Figure 00000007
Figure 00000007

где KАП - ФП активного преобразователя (усилителя);where K AP - FP active converter (amplifier);

KФЦ - ФП фазирующей цепочки.K FC - FP phasing chain.

Т.к. ФП усилителя является вещественной, то для выполнения условия (6) необходимо, чтобы ФП ЦС KФЦ на частоте самовозбуждения была тоже вещественной. При этом обе ФП могут иметь одновременно либо положительные, либо отрицательные значения, т.е. ФЦ в зависимости от вида активного преобразователя должна осуществлять сдвиг фазы на четное или нечетное число πi радиан, где i=1, 2, 3 … - натуральный ряд чисел.Because OP amplifier is real, then the condition (6) requires that FP CA K FC on self-excitation frequency was too real. In this case, both phase transitions can simultaneously have either positive or negative values, i.e. FC, depending on the type of active converter, must carry out a phase shift by an even or odd number πi radians, where i = 1, 2, 3 ... is a natural series of numbers.

Рассмотрим вопрос определения частоты квазирезонанса шестиплечей ФЦ (Фиг. 2), составленной из тензорезисторов с сопротивлением P и конденсаторов емкостью C, осуществляющей поворот фазы на 180°, которая наиболее часто используется при построении генераторов на однокаскадных усилителях. Частота квазирезонанса определяется из мнимой части ФП фазирующего четырехполюсника (ФЦ) при обращении ее в ноль, т.е.Consider the question of determining the frequency of the quasi-resonance of the six-arm FC (Fig. 2), composed of strain gauges with resistance P and capacitors with a capacitance C that rotates the phase by 180 °, which is most often used when constructing generators with single-stage amplifiers. The frequency of the quasi-resonance is determined from the imaginary part of the phase transition phasing quadripole (FC) when it vanishes, i.e.

Figure 00000008
Figure 00000008

Приравняв к нулю мнимую часть ФП (условие квазирезонанса) выражения (5), получим формулу для искомой частоты ω0 шестиплечей ФЦEquating the imaginary part of the phase transition (quasi-resonance condition) of expression (5) to zero, we obtain the formula for the desired frequency ω 0 of the six-arm FC

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

откуда

Figure 00000012
where from
Figure 00000012

Определим действительную часть ФП ReK6 ФЦ на частоте квазирезонанса ω0 из выражения (5)We determine the real part of the phase transition ReK 6 FC at the frequency of quasi-resonance ω 0 from expression (5)

Figure 00000013
Figure 00000013

а, подставив значение частоты квазирезонанса из (8), определимa, substituting the value of the frequency of quasi-resonance from (8), we define

ReK6=-29.ReK 6 = -29.

ФЦ ослабляет уровень сигнала в 29 раз, а знак минус подтверждает поворот фазы на 180°. Следовательно, KАП - ФП активного преобразователя (коэффициент усиления) должна превышать более чем в 29 раз.FC attenuates the signal level by 29 times, and a minus sign confirms a phase rotation of 180 °. Therefore, K AP - AF of the active transducer (gain) should exceed more than 29 times.

Необходимо отметить, что ФП Kn ФЦ на частотах квазирезонанса с увеличением числа плеч n от шести до бесконечности уменьшается и стремится от K6=-29 до Kn=-11,6, т.е.

Figure 00000014
It should be noted that the phase transition K n FC at the frequencies of quasi-resonance with increasing number of arms n from six to infinity decreases and tends from K 6 = -29 to Kn = -11.6, i.e.
Figure 00000014

Расчеты по вычислению частот квазирезонансов для произвольного количества тензорезисторов n/2 сводятся, как оказалось, к определению коэффициента kn выраженияCalculations for calculating the frequencies of quasi-resonances for an arbitrary number of strain gauges n / 2 are reduced, as it turned out, to determining the coefficient k n of the expression

Figure 00000015
Figure 00000015

В результате аналитического анализа впервые получена формула, определяющая коэффициент kn для ФЦ при любом количестве тензорезисторов из уравнений видаAs a result of analytical analysis, a formula was first obtained that determines the coefficient k n for the FC for any number of strain gages from equations of the form

Figure 00000016
Figure 00000016

где p=0,25n-1 - для четных 0,5n;where p = 0.25n-1 - for even 0.5n;

p=0,25(n+2)-1 - для нечетных 0,5n.p = 0.25 (n + 2) -1 - for odd 0.5n.

Например, для десятиплечей (пятизвенной) ФЦ уравнение (9) имеет вид 15k-28k3+k5=0, решение которого дает следующие значения k:For example, for ten-arm (five-link) FC equation (9) has the form 15k-28k 3 + k 5 = 0, the solution of which gives the following values of k:

k1,2=±23/32; k3,4=±167/32; k5=0.k 1,2 = ± 23/32; k 3.4 = ± 167/32; k 5 = 0.

Из всех вещественных положительных корней уравнения (9) необходимо использовать наименьшее значение k=23/32, так как использование других значений, удовлетворяющих (9), приведет к сдвигу фаз на 2π радиан и более.Of all the real positive roots of equation (9), it is necessary to use the smallest value k = 23/32, since the use of other values satisfying (9) will lead to a phase shift of 2π radians or more.

Когда необходимо использовать один или два тензорезистора, применяют пятиплечую ФЦ (Фиг. 3). Частота квазирезонанса подобной ФЦ, состоящих из нечетного числа плеч определяются выражениемWhen it is necessary to use one or two strain gauges, a five-arm FC is used (Fig. 3). The frequency of quasi-resonance of a similar FC consisting of an odd number of shoulders is determined by the expression

Figure 00000017
Figure 00000017

где коэффициент hn также зависит от числа плеч ФЦ и определяется из уравненияwhere the coefficient h n also depends on the number of arms of the FC and is determined from the equation

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
- число сочетаний из 0,5(n+1)+2i элементов по 1+4i элемента;Where
Figure 00000019
- the number of combinations of 0.5 (n + 1) + 2i elements of 1 + 4i elements;

m=0,25(n+1)-1 - для четных 0,5(n+1);m = 0.25 (n + 1) -1 - for even 0.5 (n + 1);

m=0,25(n-1) - для нечетных 0,5(n+1).m = 0.25 (n-1) - for odd 0.5 (n + 1).

Для пятиплечей ФЦ коэффициент h 5 = 3

Figure 00000020
, а частота квазирезонанса ω0 будет равнаFor five-arm FC coefficient h 5 = 3
Figure 00000020
, and the frequency of quasi-resonance ω 0 will be equal to

Figure 00000021
Figure 00000021

При необходимости использования лишь одного тензорезистора в ФЦ заменяют один из тензорезисторов P на активное сопротивление R (Фиг. 3). Тогда частота квазирезонанса описывается выражениемIf it is necessary to use only one strain gage in the FC, replace one of the strain gages P with an active resistance R (Fig. 3). Then the frequency of quasi-resonance is described by the expression

Figure 00000022
Figure 00000022

Для расчета более сложных ФЦ можно воспользоваться программой (см., Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC-структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611147 / 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003).To calculate more complex FCs, you can use the program (see, Gulin A.I., Sukhinets Zh.A. et al. Calculation of the quasi-resonance frequency and transmission coefficient of multi-link RC structures // Certificate of official registration of a computer program No. 2003611147 / 16.05. 2003. Rospatent. Moscow. 2003).

Многоточечный частотный способ измерения массы и деформаций с быстродействующим усреднением показаний (Фиг. 4) на протяженном объекте или объекте большой площади содержит тензорезисторы 1, составляющие с внешними конденсаторами элементы фазирующей цепочки 2 для образования совместно с усилителем 3 генератор 4, соединенный через функциональный преобразователь частота-код 5 с цифровым индикатором 6.A multi-point frequency method for measuring mass and strains with fast averaging of readings (Fig. 4) on an extended object or a large-area object contains strain gages 1, constituting elements of the phasing chain 2 with external capacitors to form an amplifier 4 together with amplifier 3, connected through an functional frequency converter code 5 with a digital indicator 6.

Измерение массы или деформаций на объекте осуществляется следующим образом. Однотипные тензорезисторы (тензодатчики) 1 размещают в контролируемых точках объекта, соединяют с внешними конденсаторами для образования фазирующей цепочки 2, составляющей совместно с усилителем 3 генератор 4, который соединяют через функциональный преобразователь частота-код 5 с цифровым индикатором 6. При изменениях массы и деформаций контролируемого объекта меняются значения сопротивлений тензорезисторов, образующих фазирующую цепочку 2 генератора 4. В соответствии с величинами этих сопротивлений устанавливается частота генератора 4, которая преобразуется функциональным преобразователем частота-код 5 и индицируется на цифровом индикаторе 6 в соответствующих единицах измерения.The measurement of mass or deformation at the object is as follows. The same type of strain gages (strain gauges) 1 are placed at the controlled points of the object, connected to external capacitors to form a phasing chain 2, which together with amplifier 3 generates 4, which are connected through a frequency-code converter 5 to a digital indicator 6. When the mass and deformations of the controlled of the object changes the resistance values of the strain gauges forming the phasing chain 2 of the generator 4. In accordance with the values of these resistances, the frequency of the generator and 4, which is converted by a functional frequency-code converter 5 and displayed on the digital indicator 6 in the appropriate units.

Итак, заявляемое изобретение позволяет частотным способом непрерывно измерять массу и деформацию объекта с использованием двухпроводной линии связи и однотипных стандартных тензорезисторов (тензодатчиков) с усреднением показаний без дополнительных вычислительных операций, что обеспечивает высокую надежность и помехоустойчивость способа.So, the claimed invention allows a frequency method to continuously measure the mass and deformation of an object using a two-wire communication line and the same standard strain gages (strain gauges) with averaging readings without additional computational operations, which ensures high reliability and noise immunity of the method.

Кроме того, такой способ устраняет влияние нестабильности напряжения питания измерительной схемы, просадки, наклона фундамента и платформы весов, а также смещения центра масс грузов на погрешность измерения, т.к. при наклоне платформы, участков рельсового пути или смещении центра масс груза увеличение сопротивлений одних тензорезисторов будет соответствовать уменьшению сопротивлений - других, при этом выходная частота генератора, а следовательно, результат измерения не изменятся.In addition, this method eliminates the influence of instability of the supply voltage of the measuring circuit, subsidence, the slope of the foundation and platform of the scale, as well as the displacement of the center of mass of the cargo on the measurement error, when the platform, sections of the rail track are tilted or the center of mass of the load is shifted, an increase in the resistance of some strain gages will correspond to a decrease in the resistance of the others, while the output frequency of the generator, and therefore the measurement result, will not change.

Claims (1)

Способ измерения массы и деформаций путем измерения частоты генератора, зависящей от параметра тензорезистора, отличающийся тем, что тензорезисторы располагают в контрольных точках по площади или участку исследуемого объекта и соединяют с внешними конденсаторами фазирующей RC-цепочки, образующей совместно с усилителем генератор, усредненный сигнал которого подают через функциональный преобразователь частота-код на цифровой индикатор. A method of measuring mass and strain by measuring the frequency of the generator, depending on the strain gauge parameter, characterized in that the strain gauges are located at control points over the area or area of the test object and connected to external capacitors of the phasing RC circuit, forming together with the amplifier a generator, the average signal of which is supplied through a functional frequency-code converter to a digital indicator.
RU2014149833/28A 2014-12-09 2014-12-09 Multi-point frequency method of mass and deformations measurement RU2576350C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149833/28A RU2576350C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Multi-point frequency method of mass and deformations measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014149833/28A RU2576350C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Multi-point frequency method of mass and deformations measurement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2576350C1 true RU2576350C1 (en) 2016-02-27

Family

ID=55435784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014149833/28A RU2576350C1 (en) 2014-12-09 2014-12-09 Multi-point frequency method of mass and deformations measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2576350C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112685741A (en) * 2020-08-07 2021-04-20 国网河北省电力有限公司信息通信分公司 Static measurement method of trusted computing platform with parallel computing and protection in smart grid environment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3670833A (en) * 1970-08-25 1972-06-20 Yawata Iron & Steel Co Method for measuring a weighing load rapidly
US4212361A (en) * 1978-02-24 1980-07-15 Mettler Instruments Ag Electrical scale with improved immunity to environmental disturbances
SU828097A1 (en) * 1979-06-19 1981-05-07 Пензенский Политехнический Институт Integrating converter of strain gauge bridge un balance to pulse repeitition frequency
SU1571408A1 (en) * 1987-06-19 1990-06-15 Днепропетровский горный институт им.Артема Arrangement for weighing moving objects
RU2495390C1 (en) * 2012-04-12 2013-10-10 Артур Игоревич Гулин Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3670833A (en) * 1970-08-25 1972-06-20 Yawata Iron & Steel Co Method for measuring a weighing load rapidly
US4212361A (en) * 1978-02-24 1980-07-15 Mettler Instruments Ag Electrical scale with improved immunity to environmental disturbances
SU828097A1 (en) * 1979-06-19 1981-05-07 Пензенский Политехнический Институт Integrating converter of strain gauge bridge un balance to pulse repeitition frequency
SU1571408A1 (en) * 1987-06-19 1990-06-15 Днепропетровский горный институт им.Артема Arrangement for weighing moving objects
RU2495390C1 (en) * 2012-04-12 2013-10-10 Артур Игоревич Гулин Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112685741A (en) * 2020-08-07 2021-04-20 国网河北省电力有限公司信息通信分公司 Static measurement method of trusted computing platform with parallel computing and protection in smart grid environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107314838B (en) Force measuring wheel set for measuring axle load spectrum
Huang et al. Nonintrusive pressure measurement with capacitance method based on FLANN
RU2576350C1 (en) Multi-point frequency method of mass and deformations measurement
RU2495390C1 (en) Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation
KR100919478B1 (en) Load measuring transducer using induced voltage for overcoming eccentric error and load measurement system using the same
Kalita et al. Design and uncertainty evaluation of a strain measurement system
RU2562273C2 (en) Test bench for measurement of mass-inertia characteristics of item
RU2643170C1 (en) Device for measuring disbalance of rotors
CN205049217U (en) Tripod balance
RU2262668C2 (en) Device for measuring level of dielectric matter
Sukhinets et al. Smart dynamic weighing system
RU2584341C1 (en) Multipoint frequency device for measuring pressure, weight and deformations
RU2397454C1 (en) Device for measuring level of dielectric substance
CN104634436B (en) Weighing table-free static rail balance point error correcting method
RU2260809C2 (en) Method for determination of two-terminal network parameters
Kheiralla et al. Design and development and calibration ofan on-board weighing system for an industrial wheel loader
RU2562445C2 (en) Test bench for measurement of stato-dynamic characteristics of physical objects
RU148259U1 (en) TENZOMETRIC DYNAMOMETER
RU2518097C1 (en) Method of multisupport weighing
RU2491517C1 (en) Method to measure liquid level in case of reservoir position change and device for its realisation
Sukhinets et al. Frequency technique for mass and strain measurements
RU19032U1 (en) DEVICE FOR MONITORING THE LOAD OF THE ELEVATOR CAB
CN105091950B (en) Temperature, thing position integrative detection instrument
RU2145700C1 (en) Load-receiving device of balance
RU2383990C2 (en) Digital filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161210