Способ измерения силы

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ, заключающийся в том, что ее сравнивают с нарастающим во времени развертывающим усилием посредством преобразования неравновесия cpaвнивae а9IX сил в ограниченное перемещение подвижной части измерителя, a об измеряемой силе судят по величине развер тывгцощего усилия в момент регистрации прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния внешних дестабилизирующих факторов, развертывающее усилие прикладывают к подвижной части измерителя с оптимальной скоростью нарастания , которую определяют устанавливая сначала такую скорость нарастания развертывающего усилия, при которой обеспечивается достижение максимума развертывающего усилия в момент прохождения подвижной частью измерителя положения равновесиями затем ступенчато снижая ее до тех пор, пока не достигнет минимума выражения: ip xifeiiilLi, ,.... i- ) 0,1.2.3 где номер ступени снижения скорости нарастания развертьтакяцего усилия; «i скорость нарастания развертывающего усилия; установленная на 1-Й ступени; K,H KurKi шаг уменьшения скорости развертывающего усилия между ступенямиi . величина превышения развертывающего усилия Fpj в момент прохождения подвижной частью ;о :о измерителя положения равновесия N9 над известной статической силой F, которая обеспечивает приведение к положению равновесия подвижной части ненагруженного измерителя; dV-fl tiMi- e з«в«««™ между двумя ступенями скорости развертывающего усилия.

аа 01) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Зу11 С 01 L 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3530924/18-10 (22) 01.11.82 (46) 23.06.84. Бюл. М- 23 (72) Г.P. Круль (71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной asтоматизации нефтяной и химической промышленности (53) 531.781(088.8) (56) 1. Туричин А.М. и др. Электри- . ческие измерения неэлектрических величин. Л., "Энергия", 1975, с.481483.

2. Авторское свидетельство СССР

М- 259440, кл. С 01 Ь 7/06, 1968 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ, заключающийся в том, что ее сравнивают с нарастающим во времени развертывающим усилием посредством преобразования неравновесия сравниваемых сил в ограниченное перемещение подвижной части измерителя, а об измеряемой силе судят по величине раэвер тывающего усилия в момент регистрации прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия, о тл н ч а ю шийся тем, что, с це- лью повышения точности за счет уменьшения влияния внешних дестабилизирующих факторов, развертывающее усилие прикладывают к подвижной части измерителя с оптимальной скоростью нарастания, которую определяют устанавливая сначала такую скорость нарастания развертывающего усилия, прн которой обеспечивается достижение максимума развертывающего усилия в момент прохождения подвижной частью „ измерителя положения равновесия,а затем ступенчато снижая ее до тех пор, пока не достигнет минимума выражения;

3F ,F, Шi k

В1 где 1 0,1,2,3 — номер ступени снижения скорости нараста« ния развертывающего усилия;

К . - скорость нарас1 тания развертывающего усилия установленная на i-й ступени, ЙК;,, =К;+1-К; - шаг уменьшения я скорости развертывающего усилия между ступенями;

r.F -F — величина превыЬ» Р с шения развертыЯ вающего усилия

F ; â момент прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия над известной статической си( лой F которая обеспечивает приведение к положению равновесия подвижной части ненагруженного измерителя, ; дР,. F, p шаг изменения. в(+ ° s(+ 1 между двумя ступенями скорости развертывающего усилия.

1099212

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для. использования при создании измерителей силы развертывающего уравновешивания. 5

Известен способ измерения силы, заключающийся в том,что ее сравнивают с изменяющимся во времени усилием.

Однако данный способ не обеспечивает необходимой помехоустойчивости Р13

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения силы, заключающийся в том, что ее сравнивают с нарастающим во времени развертывающим усили- 15 ем посредством преобразования неравновесия сравниваемых сил в ограниченное перемещение подвижной части измерителя, а об измеряемой силе судят по величине развертывающего уси- 20 лия в момент регистрации прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия (2 ).

Этот способ также не обеспечивает стабильности результатов измере- 25 ния при действии внешних дестабилизирующих факторов, таких как вибрации, повышенная температура и т.д.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения 30 влияния внешних дестабилизирующих факторов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения силы, заключающемуся в том, что ее сравнивают с нарастающим во времени развертывающим усилием посредством преобразования неравновесия сравниваемых сил в ограниченное перемещение.подвижной части измерителя, а об измеряемой силе судят по величине развертывающего усилия в момент регистрации прохождения подвижной частью измерителя п6ложения равновесия, раз" вертывающее усилие прикладывают к,45 подвижной части измерителя с оптимальной скоростью нарастания, которую определяют устанавливая сначала такую скорость нарастания развертывающего усилия, при которой обеспечивается достижение максимума развертывающего усилия в момент прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия, а затем ступенчато снижают ее до тех пор пока не достиг55 нет минимум выражения F

В (Я (+ где = 0,1,2,3 номер ступени снижения скорости нарастания развертывающего усилия скорость нарастания развертывающего усилия, установленная на

1-й ступени; шаг уменьшения скорости развертывающего усилия между ступенями, величина превы-, шения развертывающего усилия „. в момент прохождения подвижной частью измерителя положения

К(((! k, Е .=Fp.-р равновесия над известной статической силой е которая обеспечивает приведение к положению равновесия подвиж.— ной части ненагруженного измерителя; дР . = F . - F . — шаг изменения в

В((+ 1! В ((+1! В ( между двумя ступенями скорости развертывающего усилия.

На фиг. 1 и 2 представлены графики, поясняющие предлагаемый способ измерения силы.

Сущность способа заключается в том, что для измерителей силы, динамические характеристики которых описываются дифференциальным уравнением второго порядка, реакция на воздействие равномерно изменяющееся развертывающее усилие описывается следующими выражениями: для р(1

-pw 4

Sifl 1 1-)5 ш 1

1Р о

" !=й дв Z а/ Ав ШО

-2arcsin р) для.6 = 1

l099 212 для р) 1 (p, р q)e „, 1 е

- „, дв о 1 рС ш

K(t1=-—

Р-6г

5 о дв е

=Х вЂ” =Ф

Ф/ ид К *B dft р ð где К вЂ” скорость нарастания развертывающего усилия;

9f — жесткость упругих элементов подвески; и в — частота собственных колебаний степень успокоения подвижной части; время движения подвижной части.

На фиг. 1 схематично представлен процесс развертывающего уравновешивания, где 1 — соответствует развертывающему усилию; 2 и 3 — графики движения подвижных частей измерителей силы с различными динамическими характеристиками р и % от ограничителя перемещения до положения равновесия (например, нейтрали дифференциального преобразователя перемещения), Хц — величина перемещения подвижной части; F — измеряемое усилие

Д Г вЂ” величина разбаланса измеряемого и развертывающего усилий, превышение которой обеспечивает прижим подвижной части к ограничителю перемещения, F>q - величины развертыва- 35 ющего усилия в момент прохождения положения равновесия. Процесс движения подвижной части после прохождения положения равновесия не рассматривается, но величина перемещения 40 подвижной части обычно ограничена и сверху.

Изменение величины перемещения

Хо под воздействием дестабилизирующих факторов (например, температуры 45 или вибраций) на величину дХ приводит к появлению погрешностей измерения, обусловленных изменением веФ HnH F< Lit*» hF

Изобретение позволяет осуществить 50. экспериментальное определение скорости развертки, при которой обеспечивается минимизация возникающих аддитивных погрешностей, а тем самым обеспечить повьппение точности развертывающего способа измерения сил.

Учитывая, что возникающие аддитивные погрешности определяются характером движения подвижной части в момент прохождения положения равновесия,в дальнейшем рассматриваются процессы движения подвижной части в пределах перемещения от ограничителя до положения равновесия.

Выражения (1 — 3) обобщенно могут быть представлены в виде где „ соответствует времени движения подвижной части измерителя силы для идеализированного случая, как если бы имело место нулевое запаэды(t+B P ° "О ется функцией времени движения t B, и ио °

На фиг. 2 м и Б,,представлена графическая иллюстрация для различных значений Д, где 1 — прямая, характеризующая идеализированньпЪ случай отсутствия запаздывания; 2 — график реальной зависимости Ф „д = V(+gg) ;

3 — график зависимости 4 „„= P(<дп);

4 — ассимптота, к которой стремится

9(++B),Y(*8) при достаточно большой величине *

Из анализа выражения (1) — (4) следует, что для идеального случая вариация значений Х должна привести к изменению 1 „,например, на величину ДЫ„д и такому же изменению по величине t*B. Реально изменение времени движения отличается от идеального случая, а степень отличия определяется производной (1д ).

*8

У измерителей со степенью успокоения подвижной части р больше 1 до выхода на установившийся режим производная 9 (1дп )) О,а при степени успокоения меньше единицы V (t s ) может быть как больше, так и меньше нуля, На фиг. 2 а и о показано, что при изменении величины перемещения на

ДХ, а идеального времени движения на

1„ pea cayman Ч (F8) ) 0 пропсходит увеличение на д, а при уап

У (ty5 ) (0 — уменьшение на д1 „„величины изменения времени движения по сравнению с идеальным случаем или установившимся режимом движения.

Минимума изменение Д дв достигнет, таким образом, при выполнении условия

1 9 (1Ав) мак (5)

АЬ

1099212

30 или иначе де " "Ь*д ав „,ta

М,„ и * (61

Очевиден вывод, что (6) достигнет минимума тогда, когда выполнится соотношение

И „„ пс ь„„. (ч 1.

üt.„

При р 7 1 это условие выполнится при установившемся характере движения, когда изменение .величины переме- 1 щения или не вызовет изменения ид

1пп °

При р < 1 условие (7) выполнится тогда, когда изменение 4t вызовет максимальное по абсолютной*величине, .20 но отрицателоное по знаку изменение 4an °

Переход от условия (S) существования оптимальной скорости развертки к условию (7) обусловлен тем, что при использовании условия (5) время движения определяется очевидным выражением в котором необходимо определить и достаточно часто контролировать величину Fä -ЬГ, т.е. усилие трогания превьппение которого приводит в движение подвижную часть измерителя силы. И если для экспериментального определения значения F„ достаточно определить значение статического

40 усилия, обеспечивающего приведение подвижной части к положению равновесия, то для определения усилия трогания необходимо осуществить фиксацию момента отхода подвижной части

45 от ограничителя.

Вместе с тем, наличие внешних вибраций может привести к возникновению эффекта биения подвижной части об ограничитель перемещения, что прейятствует получению достоверного значения. усилия трогания.

В связи с вьппеизложенным для упро щения процесса определения рабочей скорости развертки о времени запаздывания в (7) предлагается судить 5 по скорости развертки и величине . превьппения развертывающего усилия в момент прохождения подвижной частью положения равновесия над значением статического усилия, обеспечивающего приведение подвижной части к положению равновесия.

Для „ и 4„, в (7) справедливы следующие соотношения:

1 и в(1 и(в 1 g в 1 пап g. .К. 6(К. (1+41 "1 " +1 " "(+ (91 с-где Рв = Fpi Fp представляет выбег (превышение) развертывающего усилия над величиной измеряемого усилия, а

М < ХЧМ вЂ” — — (4П ) ( А К. К.

М1

Тогда (7) преобразуется к виду — = — F,.+ К, =min. («)

San " 8(1+11, ьС„,д Х в дК (. „1

Опуская постоянный сомножитель

1/ХЭ, получим в((ч1

F .+ К. = rain () дк.

\ (1б 1

Из всего изложенного следует, что измерительный процесс у измерителей силы развертывающего уравновешивания необходимо организовать на такой скорости развертки, что ее вариация обеспечит достижение минимума выражений (12) и, как следствие, "(7). При этом скорость прохождения подвижной частью положения равновесия (нейтрали дифференциального преобразователя перемещения) будет рав. на (жри p ) t ) или больше (при p < 1) скорости движения подвижной части в установившемся режиме. Для значений р, например, от О до 0,3 получается

2 — 1 3-кратное превышение, что позволяет при прочих равных условиях или снизить требования к стабильности механических узлов, ответственнь1х на нуль прибора, или повысить точность измерения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

При ненагруженном измерителе устанавливают такую скорость нарастания развертывающего усилия, при котором подвижная часть измерителя достигает положения равновесия в момент достижения развертывающим уси}099212 лием максимального значения. При этом определяют К. и Fo . Затем уменьшают скорость нарастания развертывающего усилия на .ЬК„, определяют 8. ЬF>< расс впитывают FB + 5

1 дРв., +- — †.К

hk

Поиск оптимальной скорости разверт" ки заключается в фиксации значений исходных значений F ;è К;, осущест- Ю влении изменения К; на ЬК;+„ фиксации величины изменения ЬР8; н осуществлении вычислений. tHar уменьшения скорости развертки.обуславливается допустимой погрешностью 5 оп- 15 ределения значения рабочей скорости

ЬК;,„ = S K.. Полученные значения

Р являются исходными для следующего цикла. Результат вычислений в каждом 20 цикле сравнивается с предыдущим результатом, а по итогам сравнения делается вывод о необходимости осуществления следующих циклов или о достижении выполнения условий (7) и (12). В этом случае достигнутая скорость нарастания развертывающего ,усилия фиксируется, измеритель нагружается измеряемым усилием и регистрируется момент прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия. При этом измеряемая сила определяется как

Fg= Ер-Fc где F> †.величина развертывающего усилим, зафиксированная в момент прохождения подвижной частью измерителя положения равновесия.

Предлагаемый способ измерения силы сравнительно просто поддается автоматизации и позволяет повысить точность измерения.

)0992)2 Риа 2

Заказ 4361/34

Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А. Амаханов

Редактор Л. Лосева Техред М,Кузьма Корректор Ю. Макаренко