Способ градуировки динамометров

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

3(51) 4 01 (25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )3, Н АВТОРСНОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

c а

И а

Ф 1 a где(,) — скорость вращения; с - жесткость градуируемого динамометра; I .tn - масса меры; а - заданная приведенная динамическая погрешность воспроизведения статической силы, при этом уравновешивают перпендикулярно силовой оси градуируемого динамо- д метра составляющую силу взаимодействия меры массы с силовым полем, а и эмерение выходного сигнала и построение градуировочной характеристики выпол- (" няют во время вращения одновременно . ,с измерением координаты, определякщей угол поворота силовой оси динамометра относительно градиента силового поля.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

n0 PERM ИЗОБРЕТЕНИЙ N ОТНРЬПМЙ (21 ) 340212 3/1 8-10 (22) 02.03.82 (46) 15.12.83. Бюл. ))46 ,(72) Р..В.Румянцев и Н.С.Чаленко (53) 531.781 (088.8) (56) 1. Р.вторское свидетельство СССР, Р, 419753, кл. Cj 01 L 25/00, 1974.

2. Рвторское свидетельство СССР, Ф 236085, кл. G 01 L 25/00, 1969 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ДИНМ О-, _#_ETPOB, заключающийся в том что инерционную меру массы закрепляют на градуируемом динамометре, воздействуют на нее однородным силовым полем, измеряют значение выходного сигнала и строят градуировочную характеристику, отличающийся тем, что, с целью повышения точности градуировки эа счет устранения остаточной деформации переходного колебательного процесса, меру массы с градуируемым динамометром непрерывновращают относительно оси, перпендикулярной градиенту силового поля, обеспечивая условие ее прохождения через центр момента инерции меры массы с постоянной скоростью вращения, выбираемой из соотношения

9 1060957. 2

Изобретение о носфтся к измеритель; ной технике и может быть использовано для градуировки динамометров на малые силы.

Известен способ дииамической градуировки динамометров, который заключа- 5 ется в том, что на градуируемом динамометре закрепляют меру массы, причем градуируемым динамометром и мерой массы располагают силовую йружину, которая создает потенциальное. 30 силовое поле, воздействующее на меру массы (lj .

Меру массы в потенциальном силовом поле пружины вводят в режим свободных затухакщих колебаний, в котором на 15 инамометр воздействует переменная инамическая сила. Значение выходного сигнала динамометра, соответстующае действукщей на него в каждый момент времени динамической силы, записывают. Производя ряд расчетов можно определить значение статической силы, действующей на динамометр и соответ- ствующей определенному значению записанного выходного сигнала. 25

Однако данный способ характеризуется низкой точностью, так как во время свободных затухакщих колебаний на меру массы в каждый момент времени действует несколько разных сил сопротивления, значение которых невозможно точно определить, также как и значение статической силы,,.прикладываемой к дкнамометру.

Наиболее близким к предлагаемому у является способ, заключающийся в том, что градуируемый динамометр устанавливают в гравитационном однородном силовом поле, при этом силовую ось динамометра совмещают с направлением градиента силового поля. На 40 динамометре закрепляют инерционную меру массы, не подверженную действию внешних сил сопротивления j2) .

На меру массы воздействуют гравитационным однородным силовым полем, 45 при этом мера массы создает силу, приложенную к динамометру. После успокоения показаний динамометра, когда масса находится в состоянии покоя, измеряют значение его выходного сигнала, созданного статической силой, и этому значению выходного сигнала ставят в соответствие значение статической силы, равное силе взаимодействия инерционной мере массы, находящейся в состоянии покоя, с однородным гравитационным силовым полем. Значение статической силы определяют по предварительно опреде- ленной массе меры массы. При воспроизведении разных статических сил

"массу меры массы изменяют °

Недостатками известного способа являются 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. Дополнительная деформация возникает вследствие колебательного процесса относи" тельно положения статического равновесия при воздействии силового поля на меру массы, установленную на

ynpyroM элементе динамометра. Потеря точности из-за усталостных напряжений сказывается при градуировке динамометров на малых силах с верхним пределом 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 переходного колебательного процесса. !

Цель достигается тем, что согласно способу градуировки динамометрои, 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. относи тельно оси, перпендикулярной гради енту силового поля, обеспечивая условие ее прохождения через центр момента инерции меры массы с постоянной скоростью вращения, выбираемой из соотношения: а

Q- (°

1 "-а скорость вращения; с - жестокость градуируемого динамометра; в1 — масса меры; а - заданная приведенная динамическая погрешность воспроиз" ведения статической силы, при этом уравновешивают перпендикулярную силовой оси градуируемого динамометра составлякщую силу взаимодействия меры 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 данном способе отсутствует дополнительная деформация упругого элемента динамометра, созданная за счет усталостных напря1060957 жений, возникающих иэ-за наличия колебательного процесса по петле" гистереэиса ОтносительнО положения статического равновесия, заданного силой взаимодействия меры массы с силовым полем, так как с одной стороны положение статического равнове . сия постоянно меняется и относительНо одного и того же положения не Успевает осуществиться хотя бы один полный колебательный цикл. С другой 1ч стороны, при уменьшении скорости ы .амплитуда колебаний уменьшается на несколько порядков до такой величины, которая не может являться источником, создания усталостных напряжений." 15

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 него20 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, перпенди,кулярной градиейту силового поля и проходящей через центр момента инерции меры массы, на динамометр вдоль его силовой оси начинает действовать возмущающая статическая сила

"(с 1= 4S " х (1)

ГДЕ, —, УГОЛ Me Ð силовой ОСЬЮ Дииа мометр1 и перпендикуляром к . З5 градиенту сиволого поля;

"(ct - статическая сила, воздаваемая мерой массы при совпадении силовой оси динамометра с градиентом силового поля, т.е.40 при g= ---.

3I

При вращении меры массы с градуи- руемым динамометром со скоростьюаз в течение времени4 уголЖ равен@С < А.. совместим ось х с силовой осью дина- 45 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- 50 ра прий=О. ПРИ воздействии возмущающей силы Р, созданной мерой массы. с массой т, упругий элемент динамометра начинает колебаться. ДИФфереициальное уравнение колебаний будет 55 следующее:, у б х я д Еа впсэЪ-сх

ИМея начальные условия рО; х аО;

Зх1 60

= О, решая уравнение (2) получим

Х вЂ” 1,1п„В 4 . sinks

1 <дЯ д,х (3) где К = — -.

2 с

В данном процессе, как видно иэ

Формулы (3), присутствуют два вида колебаний: свободные колебания с частотой к и вынужденные колебания с частотой .

На упругий элемент динамометра действует динамическая <сила, вызванная колебательным процессом д„„= сх.

Из уравнения (3) после небольших преобразований получим

1а ..Я1с . 1, (4)

Ък= о я я " ),я яз "" 1 -с Р К-ч

Действующую на динамометр динамическую силу можно представить как сумму статической силы с, и дополни-. тельной силы дР, обусловленную динамикой процесса нагружения градуируемого динамометра. Разница между динамической силой и статической силой, действующих на динамометрьВ, определяется путем вычитания (1) из (4).

Максимальнее значение aF будет при аюсд 1 ианЪЬ-1, тогда шах= о, При измерении значения выходного сигнала градуируемого динамометра, вызванного действием динамической рилы ихи приписыванию ему значения статической силыВ максимальная, приведенная к максимальной, воспроизводимой установленной на градуируемом динамометре мерой массы, силе, погрешность, обусловленная заменой динамической силы статической или как ее в дальнейшем назовем динамическая погрешность воспроизведения статической силы, определяется путем приведения мах аРвах са Я1а

О-8F

cT(Alan) F ke „ k1 (И i решая квадратное уравнение относительною находим (7). 2{О 3)

Сделав преобразования в .(7) и подставляй к= - получим

Г е (8)

Из (8) видно, что имея заранее, заданную для данной градуировки допустимую, приведенную к максимальной силе, воспроизводимой при граду" ировке, динамическую погрешность воспроизведения статической силы-3 можно определить (9) . а при которой значение динамической силы можно заменить значением стати1060957. ческой силы. Poñêîëüêó а и l, то при выборе я по формуле (9) не наступит явление резонанса, для которо-: го должно быть

° Ж.

На фиг. 1 показан график изменения 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, закрепленной на 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 2О направляющих 8. На каретке 7 установлен выполненный из магнитного материала горизонтальный стержень 9 параллельно направляющим 8 и расположенный в электромагнитной катушке 10.

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- 3О 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- 4О 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 источ55 ник постоянного магнитного поля 16, равнодействующая силового поля которого перпендикулярна направляющим 8 каретки 7 и проходит через центр высоты меры массы 12, пересекаясь с 6О осью вала>2 под углом 90О.,Источник

16 электрически соединен с блоком регулировки 17, который соединен с датчиком угла поворота 5. Градуируемый динамометр электрически соеди- 65 нен с блоком измерения выходного сигнала 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, создающего 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 данной схемой. 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 допол:— нительных 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 F> . Конфигурация пластин 22 выполнена такой, что сила Fg 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 lб,которое также взаимодействует с мерой массы

12 с силойР,но эта сила имеет проти"воположное направление. Источником 16 уравновешивается составлякщая силы взаимодействия меры массы с силовым полем, направленная перпендикулярно силовой оси градуируемого динамометра 11. Запускают двигатель 3, который через редуктор 4 при помощи .вала 2 начинает вращать платформу

1. На меру массы 12 начинает действовать статическая сила Fp равная взаимодействию меры массы с однородным силовым полем, созданным пласти

1060957 нами 22 ° Эта сила состоит иэ двух составляющих ° Одна направлена по силовой оси динамометра ll и равHaF F

0 доФ на динамометр 11 действует.сила сжатия. При вращении против часовой стрелки от 0 до-7 действует сила 10 растяжения. Вторая составлякщая направлена перпендикулярно силовой оси динамометра 11 и равна,=Гособм

Эта составлякщая в процессе вращения уравновешивается равнодействукщей, созданной источником магнитного поля

16. Причем равнодействующая этого магнитного поля регулируется блоком регулировки 17 посредством ввода в него значения угла а, которое сни- 2О 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 ll. Ста-. тическая сила Fqq направленная по оси динамометра, создает на нем за ,.счет возникновения колебательного .;процесса динамическую силуэт „„. После того, как платформа 1 начинает вращаться с постоянной скоростью бз которую выбирают иэ соотношения

1 С Q m +а

35 гдето- масса меры массы 12; с - жесткость градуируемого динамометра ll, определенная для данного типа динамометровр

1 а — допустимая йриведенная динамическая погрешность воспроизведения силы для данного типа динамометров, запускается блок запуска измерительных приборов 20. Блок 20 подает одновременно сигнал о проведении измерения блоку 18 измерения выходного сигнала динамометра 11 и блоку 19 измерения сообщенной координаты, которая соответствует углу 4 Блоки 18 и

19 снимают показания .с динамометра

11 и датчика 5 соответственно. Съем показаний выполняется одновременно за равный промежуток времени. Poêàçàния с блоков. 18 и 19 вводятся в блок сравнения 21, где выходному сигналу

:градуируемого динамометра, созданному действием на градуируемый динамометр динамической силыР „, ставят в соотАЧнр ветствие значение статической силы, возникающей при взаимодействии меры массы 12 с однородным силовЬпч полем, созданным пластинами 22, равное для данной схемыЕ,Fpsina..Датчик 14 через блок управления 15 путем воздействия на магнитное поле электромагнитной катушки 10 может втягивать в катушку

10 или выдвигать из нее стержень 9, чем .будет осуществляться.корректировка положения центра инерции меры массы 12 °

Способ позволит повысить точность градуировки.в 2-2,5 раза за счет непрерывного воспроизведения силы во времй градуировки динамометра, отсутствия. дополнительной деформации дина мометра, вызванной усталостными напряжениями, возникшими из-за колебательного процесса относительно положения статического равновесия.

10бО957

Составитель H.Вовчук

Редактор.В.Ковтун ТехредМ.Гергель. Корректор В.Гирняк

»»»»» r»»т»»»

Заказ 10027/42 Тираж 873 Подписное

BHHHPH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113О35 Москва, Ж-35, Раушская .наб., д.4/5 т »»»»» и Р »

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4