SU690333A1 - Устройство дл измерени усилий - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ

.I Изобретение относитс  к силоизмери- , тельной технике и может быть йспопьзовано дл  измерени  усилий между oiw дельными част ми механизмов. Известное устройство дл  измерени  усилий, содержащее магнитоущзугий пре образователь, ис,точник питаний преобра (Зовател  и измерительную схему, обладает малой точностью измерени , что обусловлено зависимостью чувствитель;ности магнитоупругого преобразовйтеп  и измерительной схемы от изменени  температуре сжружаютцей среды и от величины приложенной к датчику силы L Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устрой ство дл  измерени  , содержащее магнитоупругий преобразрватель с подключенной к его выходу измерительной схемой, масштабное звено, подключенное свонм входом к выходу измерительной схемы, и блок питани  магнитоупругого преобразовател  2 . К недостаткам известного устройства относитс  низка  точность измерени  усилий . . Цель изобретени  заключаетс  в повышении точности измерени . Это достигаетс  за счет того, что в предлагаемое устройство введены компенсационный магнитоупругий преобразователь , соединенный с блоком питани , и дополнительна  измерительна  схема,: подключенна  своим входом к выходу компенсационного преобразовател , а масштабное звено и дополнительна  измерительна  схема соединены с блоком питани . На чертеже представлена схема описываемого устройства, содержащего магнитоупругий преобразователь 1, измерительную схему 2, масштабное звено 3, блок питани  4 магнитоупругого прен. образовател , компенсационный магнитоупругий преобразователь 5 и дополнительную ивмерительную .схему 6. Блок питани  4 состоит из последова тельно включенных усилител  рассогласовани  7 и инвертора 8, преднаоначенного дл  преобразовани  посто нного вы хоцного напр жени  усилител  7 в пере . менное напр жение питани  магнитоупр гих преобразователей 1 и 5. Измерительные схемы 2 и 6 преанаэ начены дл  преобразовани  выходного переменного напр жени  магнитоупругих преобразователей 1 и5в посто нное на- пр жение, подаваемое в канал параметрической обратной св зи. В состав измерительной схемы 2 входит устройство отсчета измер емой силы, например стрелошьгй показьгеающий прибор 9. Масштабное звено 3 вьтолнено в виде ризистивного делител  с регулируемым коэффициентом передачи, величина которого устанавливаетс  из услови  обеспечени  минимальной погрешности нелинейности выходного сигнала устройства . К магнитоупругому преобразователю 1 приложена измер ема  сила Q , к компенсационному магнитоупругому преобразователю 5 - посто нна  сила Q, например вес гири. На входе усилител  рассогласовани  7 действует сигнал рассогласований Д (J между алгебраической суммой опорного напр жени  Uo с выходным Напр жением масштабного зве на 3 и А и выходным напр жением UK дополнительной измерительной схемы 6, подключенной к выходу компенсационног преобразовател  5.v Из функциональной схемы следует: AU(U.U,V4СО. . Усилитель рассогласовани  7 усиливает величину Д.(3„ Kg, 1раз, где К - коэффициент усилени  усилител  7, и через инвертор 8 управл ет напр жением питани  обоих магнитоупругих пре образователей 1 и 5. Это приводит к изменению выходного напр жени  изме . рительных схем 2 и 6. Знак коэффициента усилени  усилител  7 выбран таким , чтобы величина рассогласовани  ди на его входе стремилась к нулю. . Тогда алгебраическа  сумма выходных напр жений масштабного звена 3 и до- полнительн.ой измерительной схемы б U стабилизируетс , т.е. поддерживаетс  н посто нном уровне Up , что следует из уравнени  (I), в котором Д U О, т 1. 6 4 висимость выходного напр жени  ительной схемы 2, подаваемого на ывающий прибор 9, можно найти ражени  (I) и следуюш их соотной: S,.K,Q , .-KjS.q , „.и,,и -выходные напр жени  соответственно инвертора 8, измерительной схемы б, масштабного звена 3, измерительной схемы 2j - коэффициенты передачи соответственно усилител  7, инвертора 8, масштабного .звена 3, измерительной схемы 2; - чувствительности магнитоупругих преобразователей 5 и 1 соответсрвенно; . - усили , приложенные к магнитоунругим преобразовател м I и 5 соответс-р- , венно. увствительность магнитоупругого бразовател  зависит от величины ющего его напр жени , приложенной му силы (что определ ет нелинейь его статистической характеристиреобразовани ) и температуры окрущей среды. Эта зависимость может ь аппроксимирована следующей дроб- адиональной функцией силы Q , оженной к преобразователю ,(7) ... Ц а (Т) - доэффициент, характеризук щий начальную чувствительность преофазовател , зависит от его конструкции и температуры окружаквдей среды Ъ - коэффициент, характеризу1ощий нелинейность статической характеристики магнитоупругого преобразовател , определ етс  его конструтсцией .

При статическа  харктеристика магнитоупругого преобразовател  линейна . При - вьтукла вверх, -выпукла вниз.

В силу идентичности используемых магнитоупругих преобразователей в канале компенсации и измерени  можно считать, 4ToCf(T) и Ь у обоих маг нитоупругих преофазсеателей I и 5 равны .

Тогда дл  компенсаш1о«ного магнитоупругого преобразовател  чувствитель- ность равна: . - дл  магнитоупругого преобразовател  .ОСТ) и. и, соответственно, нагр жени  будут иметь следующий вид: .()HQo K,c«(T)U Q ЬО/,ч / Реша  совместно уравнени  (1), ( (5), (1О) относительно выходного на пр жени  инвертора 8, получим ) )K.. С1 При достаточно большом коэффицие те усилени  KQ усилител  7 и при ус лии Q JJ , приложенном к компенсацион ному преофазоватеЛю 5, не равном ну лю, велнчина: ( и, следовательно, напр жение питани  магнитоупругих преобразователей I и равно: ( VMHXi- Qo , , .(14) и cicT), Подставив полученное значение UH i вьфажение (II) дл  выходного напр жени  устройства и а и решив его относительно Uj , учитыва  при этом, что при одинаксвом конструктивном выполнении измерительных схем 6 и 1, их коэффициенты передачи Kj, и К, равны , получим следующее выражение дл  выходного напр жени  устройства Од

(iS)

Ua

в

где

to

С И - Ъ ©„

Из последнего вьфажени  видно, что если коэффициент передачи масштабного звена К м выбрать из услови 

ЪЦ.

(16)

Claims (2)

1. выражение в скобках уравнетга  (15) станет равным нулю, а зависимость выходного напр жени  и в от измер$вмой силы Q примет вид Из уравнени  (17) видно, что показани  прибора 9 измерительной cxBNa i 2 не завис т от конструкции магнитоупругих преобразователей 1 и 5, температуры оуружаюшей среды Т и линейно св заны с величиной измер емой силы О, , приложенной к магнитоупругому Преобразователю 1, Стабильность показаний .определ етс  стабильностью опорного напр жени  UQ блока питани  4, которую легко обеспечить с заданной точностью, и силы QQ , приложенной к компенсационному преобразователю 5, посто нство которой технически легко обеспечиваетс  пу.тем нагружени  компенсационного магнитоупругого преобразовател , например, весом гири. Нестабильность коэффициента с зависит от нестабильности коэффициента Ъ , определ ющего нелинейность статической характеристики магнитоупру- гого преобразовател . При погрешности нелинейности, не превышающей нескол1:гких процентов, что характерно дл  маг- нитоупругих преобразсжателей, величина и вли ние ее изменени  от температуры, если оно существует, на коэффициент С мало, т.е. можно считать что 1-|-Ъйо const. В процессе нагружени  магнитоупругого преобразовател  I измер емой силой возрастает напр жение на выходе измерительной схемы 2. В силу нелинейности статическсй ;карактеристики магнитсупругого преобразовател  I, с ростом приложегшой к нему сильт, чув- стаительность его возрастает (или. умен шаетс ), что приводит к по влению по« грешности нелинейности измерени . Однако часть выходного напр жени  изме™ рительной схемы, снимаетс с выхода масштабного звена 3, в виде напр же™ ки  линеаризации U подаетс  в блок питани  4, где вычитаетс  (или складываетс ). с опорным напр жением UQ . В результате с увеличением измер емой сипы на входе усилител  7 по вл етс  сигнал рассогласовани . Этот сигнал усиливаетс  и подаетс  на инвертор 8. Напр жение питани  компенсационног преобразовател  5 и, сбответСтвенно, магнитоупругого преобразовател  I уме шаютс  (или увеличиваютс ) до тех пор, ..пока рассогласование не уменьшитс  до прежнего значени  с точностыр д малой ошибки, определ емой величш-юй коэффициента усилени  усилител  7,. Уменьшение (увеличение) напр жеш  пи тани  преобразовател  1 приводит к -, уменьшению (увеличению) его чувстви тёльности и, соответственно, динеари-, зации статической характеристики устро ства. 3сли в процессе намерени  йзмей етс  температура окружакщей среды и чувствительность магшггоупругого пре образовател  1, нагфимер, увеличиваетс , то одновременно увеличиваеас  и чувствительность кбмпенсащионного магни тоупругого преобразовател  5. Напр жени на выходе донолнительной измерительной схемы 6 при этом возрастает, что приводи к по влению сигнала рассогласоЪани  (ш« входе усилител  7j усиленный сигнал рассогласовани  начнет уменьшать напр жение питани  компенсационного магнитоупругого преобразовател  5 до тех пор, пока не восстановитс  равенство напр жений на входах усилител  7. При этом одновременно уменьшаетс  напр жение магнитоупругого преобразовател  1, что приводит к компенсации погрешности , обусловленной увеличением его . чувствительности, вызванным изменением температуры окружающей среды. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  усилий, содержащее магеитоупругий преобразователь с подключенной к его выходу иэмер гтельЕой схемой, масштабное звено, подключенное своим входом к выходу измepитe JЬнoй схемы, и блок питани  мапштоупругдго преобразовател , о т л II ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены компенсационный магнитоупругий преобразователь, соединенный с блоком питани , и дополнительна  измеритель- на  схема, подключенна  своим входом к выходу компенсационного преобразовател , а масштабное звено и дополнительна  измерительна  схема соединены с блоком питани . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Гинзбург В. В. Магнитоупругие датчики. М., Энерги , 1970, с. 13.
2. 2. Авторское свидетельство СССР №457901, кл. 6 OIL. 1/12,1973 (прототип).