SU1224619A2 - Способ измерени сил магнитоупругим преобразователем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к силоизмерительной технике и может быть использовано дл  создани  точных устройств дл  измерени  сил. Цель изобретени  - повьшение точности измерени . Способ измерени  сил реализуетс  с помощью устройства. При градуировке силоизмерительного устройства при каждом фиксированном через определенные интервалы значении эталонной силы через коммутатор 23 цепь выходной обмотки 22 магнитоупругого преобразовател  20 поочередно замыкаетс  на резисторы 25, 26 и 27. Напр жени , действующие на этих резисторах , через коммутатор 24 подаютс  на вход цифрового измерительного прибора 28 и измер ютс . Измеренные значени  вместе с соответствующими значени ми эталонной силы записываютс  в пам ть микро-ЭВМ 29, где хранитс  информаци . При рабочем измерении так же, как. и при градуировке , результаты измерений ввод т в ЭВМ, где вычисл ют уточненное значение выходного напр жени  и по функции преобразовани  определ ют значение измер емой силы. 5 ил. i СЛ tsD ГчЭ 4 О5 со Фиг f

Description

1

Изобретение относитс  к силоиз- мерительной технике и может быть использовано дл  создани  точных устройств дл  измерени  сил и  вл етс  усовершенствованием способа измерени  СШ1 магнитоупругим преобразова- телем по авт.св. № 887948.

Цель изобретени  - повьш ение точности.

На фиг.1 показан сердечник магни тоупругого преобразовател  и схема замещени  его магнитной цепи; на фиг.2 - схема замещени  магнитной цепи в виде магнитного мостаj на фиг.З - веберамперные характеристик плеча магнитного моста; на фиг,,4 - функции преобразовани  магнитоупруг го преобразовател ; на фиг.З - схем силоизмерительного устройства.

Сердечник 1 магнитоупругого преобразовател  состоит из пластин элетротехнической стали, собранных в пакет. Выступы пластин образуют гребешки , к которым приложена действующа  на преобразователь сила F. Сердечник имеет четыре отверсти  дл  взаимно перпендикул рных обмоток. Оверсти  2 и 3 предназначены дл  намагничивающей обмотки, отверсти  4 и 5 - дл  выходной обмотки.

Намагничивающа  обмотка питаетс  переменным током и создает магнитны поток

Ф Ф+ф. , (/)

« V

где Р - магнитный поток в горизонтальных участках сердечника , расположенных между отверсти ми 3 и 5 и между отверсти ми 2 и 4j Ф - магнитный поток в вертикалных участках сердечника, расположенных между отверсти ми 3 и 4 и между отверсти ми 2 и 5.

Под действием силы F магнитное сопротивление вертикальных участков увеличиваетс . При этом магнитный поток Ф перераспредел етс  между горизонтальными и вертикальными участками сердечника, расположенными между отверсти ми дл  обмоток. Часть потокаФ, обозначенна  на фиг.1 чер Фд, охватывает отверЬти  4 и 5, в кторых расположена выходна  обмотка. Поток Фд наводит в выходной обмотке электродвижущую силу, завис щую от приложенной к преобразователю измер емой силы F.

На зажимах питани  схемы замещени  магнитной цепи (фиг.1) действует магнитодвижуща  сила „, созданна  намагничивающей обмоткой. Под действием V по магнитной цепи протекает магнитный поток р, пропорциональный приложенному к намагничивающей обмотке синусоидальному напр жению переменного тока. На фиг.1 магнитные сопротивлени  обозначены

Zy, Z - сопротивлени  соответственно вертикальных .и горизонтальных участков, расположенных между отверсти ми дл  обмоток; Z,- сопротивлени  внешних участков, по которым замыкаетс  потокф ; Zj- сопротивлени  участков, по которым замыкаетс  поток, сцепленный с выходной обмоткой; Zg- магнитное сопротивление, вносимое в магнитную цепь выходной обмоткой. Схема замещени , приведенна  на фиг.2, эквивалентна схеме на фиг.1, при этом в измерительную диагональ моста включен элемент сопротивление которого Z эквивалентно сопротивлени м участков, по которьш проход т магнитный поток ф, сцепленный с выходной обмоткой. На фиг.2 плечи мос

та с сопротивлением Z  вл ютс  активными , т.е. воспринимающими изме- р ем;ую величину. Сопротивление Z зависит от измер емой силы F. Плечи моста, сопротивление которых обозначено через Z ,  вл ютс  компенсаци- онньп ш.

Дл  показанной на фиг.2 мостовой цепи справедливо равенство

V,. - V. Ул

(2)

где V,

а

Vj( - комплексные амплитуды магнитных напр жений соответственно активного Z и компенсационного Z плеч моста;

V. - комплексна  амплитуда магнитного напр жени  измерительной диагонали моста.

На фиг.З показаны веберамперные 55 характеристики плеча магнитного моста дл  двух значений температур. Крива  6 соответствует температуре , крива  7 - 260°С. Кривые 6 и

7 построены по кривым намагничивани  электротехнической стали 3330. Вебер- амперные характеристики соответствуют отсутствию внешней механической нагрузки (F 0) и представлены в координатах амплитуда магнитной индукции - амплитуда магнитного напр жени . Крива  6 отвечает услови м градуировки магнитоупругого преобразовател .

Если мост сбалансирован, то

Ф

Ф Ф --- , - 2

О.(3)

Такое состо ние моста отмечено точкой 8 на кривой 6 и точкой 10 на кривой 7 . При изменении вли ющих условий, например, вследствие магнитоупругого гистерезиса или изменени температуры, сопротивлени  активных и компенсационных плеч могут изме- нитьс  не в равной степени. В результате балансировки моста нарушаетс  и по измерительной диагонали протекае начальный магнитный поток йФ (при F 0). При положительном значении Ф поток в активном плече уменьшитс  на 0,5ЛФ. Этому состо нию соответствует точка 11 на кривой 7. Если при нормальных услови х начальное сопротивление плеча моста определ лось углом между горизонтальной осью и пр мой 9, то при наличии аддитивной погрешности это сопротивление определ етс  углом между осью Vy и пр мой 12.

По мере роста силы F, действующе на магнитоупругий преобразователь, увеличиваетс  сопротивление активного плеча. Поток в активном плече уменьшаетс , а в компенсационном увеличиваетс . Наличию полезного сигнала в измерительной диагонали моста соответствует точка 13. Увеличение сопротивлени  активного плеча с ростом F обусловлено работой магнитного пол  против внешней силы, котора  осуществл етс  благодар  магнито- стрикции. В компенсационном плече наличию начального выходного потока

дфи полезного сигнала Ф соответд

ствует перемещение точки, характеризующей магнитное состо ние плеча, вправо от точки 10.

Та часть погрешности магнитоупругого преобразовател , котора  может быть найдена при измерении по предлагаемому способу, определ етс  благодар  зависимости ее от сопротивлени  диагонали моста 1.,, Поэтому из3

мерени  производ тс  при нескольких значени х сопротивлени  в цепи выходной обмотки преобразовател . Нужное значение сопротивлени 

Zg устанавливаетс  путем подключени  к зажимам выходной обмотки нагрузки с соответствующим электрическим сопротивлением . 0

При градуировке получают три функции преобразовани  14, 15 и 16 (фиг.4) магнитоупругого преобразовател  при трех значени х сопротивлени  нагруз- 5 ки, подключенной к выходной обмотке, соответственно Z, Z и , причем Z, ZJJ Z. Самое большое сопротивление Z;, может быть равно входному сопротивлению прибора, применен- 0 ного дл  измерени  выходного напр жени  магнитоупругого преобразовател . Каждому значению Z соответствует свое значение 2„, При Z Z 0. На фиг.4 прин ты следующие обоз- 5 начени :

g - фиксированные значени  эталонной силы, прикладываемой к преобразователю при гра- 0дуировке;

F, - значение силы, прикладываемой к преобразователю при рабочем измерении;

, V,,, V,

JP

- выходные напр жени 

преобразовател  при раоочем измерении, соответствующем трем значени м сопротивлени  нагрузки в цепи выходной обмотки преобразовател  ;

V V,n выходные напр жени  преобразовател , соответствующие трем значени м сопротивлени  нагрузки в цепи выходной обмотки преобразовател , которые могли бы быть получены при приложении к преобразователю силы F в услови х градуировки; 1 ij 3 выходные напр жени 

преобразовател , соответствующие трем значени м сопротивлени  нагрузки в цепи выг

ходной обмотки преобразовател  при градуировке;

Д F - погрешность преобразовател  при рабочем измерении по функции преобразовани  14;

Д , Л- , й - соответствующие отклонени  значений , Vjp 3f значений V,H. V, и V,;

о Зо образцовые напр жени  и соответствующие им параметры Н определ емые по ре- зультатам рабочих измерений из функций преобразовани  14, 15 и 16. При этом точками 17, 18, 19 поме-

чены координаты значений V , р

УЗР при рабочем измерении.

Участки аь, de , mn функций пре- образовани  14, 15 и 16 соотвётству- ют погрешности ДF, причем из геометрических соображений следует, что

,- 4,- К,; (4) З 5),

де Kj - отношение чувствительности по функции преобразовани  15 к чувствительности по функции преобразовани  ., 14 при данном F ; Kg - отношение чувствительности по функции преобразовани  16 к чувствительности по функции преобразовани  14 при данном F. При этом, если V, V.,, то

К -YLLaJi-I-YLC .

г V- V

i(j + i)

К Ya.G( 5V- V

(j)1J

(6S

(7)

Из графика на фиг.4 следует,

- V,, - V, ; + 3 зр ао

V,o - V .

f v, v, K,(v,,- V, )j

з. з. K(V,,- V,,) .

положить, что

Л, u , Л, Л, й з

(12) (13),

д и д - некоторые условные ешности, то из (4) и (5). следучто:

Ч

т л

л-L4 .

1 - :.

л - i-

(14)

. (15),

причем отклонение Л можно опреле- лить как

; , (1-к,).(1б)

при этом уточненное значение выходного напр жени  преобразовател , по величине которого суд т об измер емой силе, определ ют из выражени 

V V,, -Д, , (17)

или с учетом выражений (8), (9), (10),. (11),(14),(15),(16)

VIP- V - K,(V,p - V,, )

1 - К„

4,v,p Yai.(YuLr i-ci

L . I - KI

Yii.- iSjilYiAi-Yi.-).- 1 . K,

J к ,

1 - K,

(18)

Предложенный спосоь измерени  сил магнитоупругим преобразователем может быть реализован с помощью сило- измерительного устройства (фиг.5).

Силоизмерительное устройство содержит магнитоупругий преобразователь 20 с намагничивающей 21 и выходной 22 взаимно перпендикул рными обмотками , коммутаторы 23 и 24, резисторы 25, 26 и 27, сопротивлени  которых неодинаковы, цифровой измерительный прибор 28, микро-ЭВМ 29 и каналы дл  передачи измерительной информации и сигналов управлени  30 - 33,

Через коммутатор 23 выходна  обмотка 22 магнитоупругого преобразовател  20 замыкаетс  на один из резисторов 25, 26 или 27. Резистор, подключенный к выходной обмотке 22 магнитоупругого преобразовател  20, через коммутатор 24 присоединен к входу цифрового измерительного прибора 28. Цифровой измерительный прибор 28 и коммутаторы 23 и 24 св заны с микро- ЭВМ 29 каналами дл  передачи измерительной информации и сигналов управлени  30 - 33. Управление цифровым

измерительным прибором 28 и коммутаторами 23 и 24 осуществл етс  микро- ЭВМ 29, котора  выполн ет также все вычислительные операции, предусмотренные процедурой измерени .

При градуировке силоизмерител.ьно- го устройства при каждом фиксированном через определенные интервалы зна чени эталонной силы- g через коммутатор 23 цепь выходной обмотки 22 магнитоупругого преобразовател  20 поочередно замыкаетс  на резисторы 25 - 27. Напр жени  V , V , V , действующие на этих резистора :, через коммутатор 24 подаютс  на вход цифрового измерительного прибора 28 и измер ютс . Измеренные значени  напр жений , , вместе с соответствующими значени ми эталонной силы (gj) записываютс  в пам ть микро-ЭВМ 29, где эта информаци  хранитс .

При рабочем измерении также, как при градуировке, поочередно к выходной обмотке 22 магнитоупругого преоб разовател  20 подключаютс  резисторы 25 - 27 и измер ютс  действующие на них напр жени  , V,jp, . Результаты измерений ввод тс  в микро-ЭВМ, где по описанному выше алгоритму вычисл етс  уточненное значение выходного напр жени  V и по функции преобразовани  основанной на совокупности значений V. определ ют значе

кие измер емой силы.

tf

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  сил магнитоупру- гим преобразователем по авт.св. № 887948, отличающийс 

   тем, что, с целью пойышени  точности, при градуировке И рабочем измерении дополнительно измер ют выходные напр жени  преобразовател  при третьем

   значении сопротивлени  нагрузки в цепи выходной обмотки преобразовател , а уточненное значение выходного напр жени  преобразовател , по величине которого суд т об измер емой силе, определ ют из выражени 

   V У.

   IP

   Y.Li Ysir-Ki()

   1 - к.

   Г ..(Yi. ) L 1 - к

   blYi.)l. 1 - Кз - к - к

   где

   К Y2.o j-ji i Yii v,,.,, -V,,

   к Y2.it.t.

   K. + D

   - V.

   и

   где индексы 1,2,3 относ тс  к значени м выходных напр жений преобразовател , соответствующих трем различным значени м сопротивлений нагрузки в цепи его выходной обмотки;

   индекс р относитс  к значени м выходных напр жений преобразовател , измеренных при рабочем измерении;

   индексы j и j + 1 относ тс  к значени м выходных напр жений V преобразовател , измеренных при фиксированных значени х эталонной силы при градуировке, которые выбираютс  из услови 

   40

   V

   i( I

   ,

   (Put. 2

   ,

   .

   Ifli

   f- Jr

   z- -tirr

   :rL:mrlr:, Tf

   1 I p t-JT- .. U I I

   тй).:

   --i35z:f:p: - w ixcT

   Tijr

   It I

   fufj#/.

   фп.

   Фиг.З

   IJy

   Составитель А.Амаханов Редактор М.Товтин Техред И.,Попович Корректор С.Черни

   Заказ 1941/39 Тираж 778Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4