SU1486814A1 - Устройство для измерения реактивной силы - Google Patents

Description

Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения реактивной силы струи газа. Для этого в устройство,' содержащее основание 1, цилиндрический

00

□5

00

4ь

фие.1

3

1486814

4

ресивер 6 с соплом 7, сообщенный с источником 4 рабочего тела и связанный с. полой трубчатой винтовой пружиной 3, выполненной из кварца, датчик отклонения ресивера 6 от положения равновесия, .выполненный в виде штыря 13 механотрона 11, введены измеритель 5 давления, постоянный магнит 8 и соленоид 9. Рабочий газ из источника 4 поступает в'ресивер 6 и сопло 7. Изменение реактивной силы вызывает деформацию полой трубчатой

винтовой пружины 3, которая механотроном 11, преобразователем 17 токнапряжение, интегратором 18, дифференциатором 19, преобразователем 21 напряжение - ток преобразуется в ток обмотки соленоида 9, который создает компенсирующую силу, являющуюся мерой измеряемой силы. Использование

10 компенсационного метода измерения и кварцевого упругого элемента повышает точность и расширяет диапазон измерения. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, применяемой в аэродинамическом эксперименте в условиях ва- 20 куума, и предназначено для измерения, реактивной силы струи газа, истекающего из канала малого диаметра или малоразмерного сопла.

Цель изобретения - одновременное 25 повышение точности и расширение диапазона измерения.

На фиг. 1 изображена механическая часть предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема электронной сис- зд темы компенсации усилия.

Устройство содержит неподвижное основание 1, защитный кожух 2, полую трубчатую винтовую пружину 3, изготовленную из кварца и расположенную вертикально, концевые витки которой жестко' соединены с основанием 1.

Верхний виток полой трубчатой винтовой пружины 3 сообщен с источником 4 рабочего газа, нижний - с измерите- дд лем 5 давления, а полость среднего витка пружины 3 - с боковой поверхностью ресивера бис соплом 7. С ресивером 6 жестко связан постоянный магнит 8, размещенный внутри со- дд леноида 9, обмотка которого соединена через усилитель 10 мощности с механотроном 11, корпус которого, а также ограничители 12 отклонения штыря 13 механотрона 11, жестко связаны с основанием 1. Штырь 13 механотрона 11 жестко связан со средним витком полой трубчатой винтовой пружины 3. Соленоид 9 имеет дополнительную обмбтку 14, током которой управляет источник 15. Оси симметрии сопла 7, ресивера 6, полой трубчатой винтовой пружины 3, постоянного магнита 8 и соленоида 9 совпадают между собой. Для сообщения концевых витков полой трубчатой винтовой пружины 3 с источником 4 рабочего газа и измерителем 5 давления служат магистрали 16.

Блок-схема электронной системы компенсации усилия состоит из механотрона 11, дифференциального преобразователя 17 ток - напряжение, интегратора 18 и дифференциатора 19 напряжения, масштабного усилителя 20, преобразователя 21 напряжениеток, соленоида 9 и стабилизированного источника 22 питания.

Устройство работает следующим образом.

Через верхнюю полость полой трубчатой винтовой пружины 3 от источника 4 рабочего газа в ресивер 6 поступает рабочий газ, вытекающий затем наружу через сопло 7.Измерение давления заторможенного газа в ресивере 6 осуществляется измерителем 5 давления. В рабочем состоянии полая трубчатая винтовая пружина 3 находится в растянутом состоянии и между ее витками имеется зазор. При этом общий вес подвесной конструкцииуравновешен упругой силой пружины 3, а реактивная сила струи газа скомпенсирована усилием соленоида 9 так, что разбаланс токов анодов механотрона 11 равен нулю. Измерение реактивной силы газовой струи вдоль оси симметрии ресивера 6, соленоида 9 и трубчатой винтовой пружины 3 приводит к смещению подвесной системы ' и штыря 13 механотрона 11, что вызывает деформацию механической системы механотрона 11 и приводит к разбалансу токов его анодов, который измеряется дифференциальным преобра5

1486814

6

зователем 17 ток - напряжение. С целью устранения статической ошибки уравновешивания выходной сигнал преобразователя 17 ток - напряжение интегрируется интегратором 18, а затем подается на вход преобразователя 21 напряжение - ток, который управляет током соленоида 9. Выходной сигнал интегратора 18 и ток соленоида 9 изменяются до тех пор, пока усилие соленоида 9 не скомпенсирует изменение реактивной силы и разбаланс механотрона 11 не станет вновь равен нулю. Так как усилие, создаваемое 15 соленоидом 9, линейно связано с его током, то выходной сигнал, снимаемый с интегратора 18, увеличивается пропорционально величине реактивной силы. Кроме интеграла выходного напря- 20 жения на суммирующий вход преобразователя 21 напряжение - ток подается его первая производная, фаза которой регулируется в дифференциаторе 19.

Это обеспечивает устойчивость системы 25 и эффективное демпфирование внешних колебаний. Калибровку устройства проводят после каждого изменения · диапазона измерения путем регулирования коэффициента передачи масштаб- 39 ного усилителя 20.

В качестве материала для изготовления трубчатой винтовой пружины 3 использован кварц. Размеры и жесткость трубчатой винтовой пружины 3 выбраны такими, чтобы чувствительность устройства была не ниже предельной чувствительности отдельно взятого механотрона 11, поэтому точность измерения реактивной силы определяется лишь стабильностью электронной части устройства.

Поскольку устройство работает в условиях частой смены сопл 7, герметизации и разгерметизации вакуумной камеры аэродинамической трубы с возможным нарушением юстировки устройства, то в процессе эксперимента необходим постоянный контроль точности показаний устройства в условиях вакуума. Возможность такого контроля дает регулярное проведение автоматической градуировки путем задания электромагнитного усилия, действующего на подвесную систему устройства, а также сопоставления ее с реперными точками непосредственной калибровки устройства грузами известной массы. В случае искажения градуиро_вочной зависимости необходима повторная калибровка грузами известной массы. Автоматическая градуировка устройства необходима также после установки нового диапазона измерения силы при работе в вакуумной камере, когда невозможна непосредственная калибровка грузами известной массы.

Ю Автоматическую градуировку устройства в условиях вакуума выполняют, изменяя ток питания дополнительной обмотки 14 соленоида 9 посредством источника 15. Задавая таким образом электромагнитную силу, действующую на постоянный Магнит 8 и, следовательно, ресивер 6 снимают зависимость показания устройства от тока дополнительной обмотки 14 соленоида 9. Линейный коэффициент соответствия тока дополнительной обмотки 14 соленоида 9 электромагнитной силе, действующей на постоянный магнит 8, находят из результатов калибровки устройства грузами известной массы.

Вертикальное расположение и совпадение между собой осей симметрии сопла, ресивера, полой трубчатой винтовой пружины, постоянного магнита и соленоида позволяет проводить калибровку устройства высокоточным прямым весовым методом грузами известной массы в широком диапазоне исследуемых сил.

Жесткое соединение концов пружины с основанием полностью исключает влияние на точность измерения магистралей, соединяющих полость пружины с источником рабочего тела и измерителем давления, которые размещены за пределами вакуумной камеры, и тем самым позволяет исследовать реактивную силу струи в широком диапазоне давления и температуры рабочего газа.

Соединение среднего витка пружины с ресивером, и датчиком отклонения ресивера от положения равновесия исключает влияние изменения температуры и давления внутри полой трубчатой винтовой пружины на точность измерения, так как относительное изменение длины спирали пружины не приводит к смещению ее среднего витка и датчика отклонения ресивера от положения равновесия вследствие равного удаления среднего витка от концов пружины.

7

1486814

8

Применение полой трубчатой винтовой пружины также позволяет устранить неконтролируемое паразитное влияние подводящих магистралей путем превращения его в упругую силу полой трубчатой винтовой пружины, компенсирующей неизменный вес подвесной ί конструкции, а также расширяет'диапазон измерения как в область малых сил путем повышения чувствительности устройства при малых значениях реактивной силы, так и в область больших сил вследствие компенсации общего веса конструкции упругой силой пружины, в результате чего электромагнитная компенсация усилия служит только для уравновешивания реактивной силы. .

Изготовление полой винтовой пружины из кварца позволяет снизить погрешность измерения вследствие малой остаточной деформации пружины из кварца, а также избавиться от погрешности, связанной с физико-химическим взаимодействием нагретого или агрессивного рабочего газа с материалом подводящих магистралей. Отсутствие погрешности позволяет проводить измерения практически с любым газом в широком диапазоне температуры и давления рабочего тела;

Использование электромагнитной • системы компенсации реактивной силы фиксирует неизменное положение равновесия устройства и позволяет снизить остаточную деформацию полой трубчатой винтовой пружины и мембраны датчика отклонения ресивера от положения равновесия, а следовательно, уменьшить вариацию показаний устройства.

Использование электромагнитной компенсации дает возможность легко изменять диапазон измерения реактивной силы, регулируя коэффициент передачи масштабного усилителя.

Применение датчика отклонения ресивера от положения равновесия, выполненного в виде механотрона, устранить связанное с возможной несоосност,ью сопла и постоянного магнита боковое смещение постоянного магнита в перпендикулярном его оси симметрии направлении в неоднородном

поле соленоида, что могло бы привес-< ти к искажению электромагнитной силы со стороны системы компенсации.

Введение дополнительной обмотки соленоида, соединенной с регулируемым источником тока, позволяет проводить ускоренную поверку и калибровку устройства в условиях вакуума при одновременной автоматизации процесса, что необходимо для регулярного контроля точности показаний устройства по реперным точкам.

Claims (2)

1. Формула изобретения” ·»

   1. Устройство для измерения реактивной силы, содержащее основание, цилиндрический ресивер с соплом, сообщенный с источником рабочего тела и связанный с измерителем силы, содержащим усилитель мощности, датчик отклонения ресивера от положения равновесия, соединенный с ресивером и с основанием, о тличающеес я тем, что, с целью одновременного повышения точности и расширения диапазона измерения, в него введены измеритель' давления, постоянный магнит и соленоид, измеритель силы содержит выполненную из кварца полую трубчатую винтовую пружину, концевые витки которой жестко соединены с основанием и сообщены - один с источником рабочего тела, а другой - с измерителем давления, при этом полость среднего витка полой трубчатой винтовой пружины сообщена с цилиндрическим ресивером через его боковую поверхность, постоянный магнит жестко связан с ресивером и размещен внутри соленоида, причем оси симметрии сопла, цилиндрического ресивера, полой трубчатой винтовой пружины, постоянного магнита и соленоида совпадают между собой, а соленоид соединен через усилитель мощности с датчиком отклонения ресивера от положения равновесия, выполненным в виде механотрона.
2. 2; Устройство по π. 1, отличающееся тем, что в него введены соединенные между собой дополнительная обмотка соленоида и регулируемый иточник тока.

   ί486814

   '