Преобразователь силы

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ, содержащий стержневой резонатор, электромагнитные возбудитель и приемник его колебаний, магнитопроводы которых расположены по разные стороны от резонатора, при зтом общая . ось симметрии1маг11итопровадов равноудалена от концов резонатора, отличающийс я тем, что, с целью повыщения помехоустойчивости , магнитопроводы возбудителя и приемника колебаний вьшолнены каждый в виде Ш-образного тела, размер которого : вдоль продольной оси резонатора равен 0,530 ,61 длины резонатора, размер центрального сердечника зтого тела вдоль той же оси равен 0,19-0,23, а размер каждого из двух одинаковых крайних его , сердечников вдоль оси равен 0,09-0,12 длины резонатора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! !) 4(5!) G 01 I 1/10

PfR > "с17, úгг с °

Г с !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 d б б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3681227/24-10 (22) 28.12.83 (46) 07.05.85. Бюл. М 17 (72) И. Ф. Авдонин, П. Л. Ивановн А. Г. Стадников (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 531.781 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1)10 637962, кл. Н 04 В 11/00, 1979.

2. Рамм Д. В., Синельников Г. А., Эткин Л. Г, Автоколебательная система вибрационно-частотных датчиков при статических нагрузках. — Сборник "Регистрирующая аппаратура для внбрационно-частотных датчиков. M., ОНТИПприбор, 1977, с. 3. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ, содержащий стержневой резонатор, электромагнитные возбудитель и приемник его колебаний, магнитопроводы которых расположены по раэl ные стороны от реэойатора, при этом общая ось симметрии магцитопроводов равноудалена

oIKoH!!oB резонатора, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, магнитопроводы возбудителя и приемника колебаний выполнены каждый в виде I)I-образного тела, размер которого .. вдоль продольной оси резонатора равен 0,530,61 длины резонатора, размер центрального сердечника этого тела вдоль той же оси равен 0,19 — 0,23, а размер каждого из двух одинаковых крайних его, сердечников вдоль оси равен 0,09 — 0,12 длины резонатора.

560

1 1154

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности может быть использовано в весах, в которых сила преобразуется в пропорциональную ей частоту электромеханических колебаний. 5

Известно устройство частотного преобразователя силы, состоящее иэ стержневого резонатора, электромагнитного возбудителя колебаний, магнитопровод которого с центральным сердечником расположен по одну сторону от 10 резонатора,на одинаковом расстоянии от его концов, и электромагнитного приемнйка колебаний, состоящего из двух магнитопроводов. с центральными сердечниками ипоследователь- но соединенными обмотками, при этом прием 15 ник электромагнитных колебаний расположен по другую сторону резонатора, а расстояние между осями его катушек равно

1/3 — 1/2 длины резонатора и они расположены симметрично оси возбудителя f1).

Недостатками указанного устройства являются невозможность ослабления амплитуды помехи третьей формы более чем s 3 — 3,5 раза и чувствительность к помехам пятой формы колебаний, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь силы, содержащий стержневой резонатор, электромаг. нитные возбудители и приемник колебаний, магнитопроводы которого расположены по разные стороны от резонатора, при этом общая ось симметрии магнитопроводов равноудалена от концов резонатора (2).

Недостатком известного устройства является чувствительность к помехам с частотами 35 колебаний третьей и пятой форм.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователе силы, содержащем стержневой 40 резонатор„электромагнитные возбудитель и приемник его колебаний, магнитопроводы коI торых расположены по разные стороны от резонатора, при этом общая ось симметрии,, магнитопроводов равноудалена от концов 45 резонатора, магнитопроводы возбудителя н приемника колебаний выполнены каждый в виде Ш-образного тела, размер которого вдоль продольной,оси резонатора равен 0,53 — 0,61 длины резонатора, размер центрального сер- Ю дечника этого тела вдоль той же оси равен

0,19-0,23, а размер каждого из двух одинаковых крайних его сердечников вдоль оси равен 0,09 — 0,12 длины резонатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная 55 схема предлагаемого преобразователя силы;

:на фиг. 2а — поперечное сечение конструк. ции, содержащей резонатор и магнитолроводы возбудителя и приемника, плоскостью симметрии ВВ этой конструкции; на фиг.2б — понеречное сечение вспомогательного элемента компенсирующего трансформатора его плоскостью симметрии; на фиг. За — собственная функция У (Х), соответствующая третьей форме колебаний резонатора, и поперечное сечение магнитопровода возбудителя его плоскостью симметрии СС; на фиг. Зб — собственная функция. У . (Х), соответствующая пятой форме колебаний резонатора, и поперечное сечение того же магнитопровода той же плоскостью (поперечное сечение магнитопровода на фиг. 3 а,б) не заштриховано, но заштрихованы области У а 0 н Уз,z C О, лежащие против торцов этого магнитопровода.

Преобразователь силы содержит ферромагнитный стержневой резонатор 1, являющий-.ся перемычкой двух массивных оснований

2. упругого элемента, электромагнитные возбу дитель и приемник колебаний. Электромагнит-, нитный возбудитель колебаний состоит из магнитопровода 3, выполненного в виде Ш-образного тела, которое имеет центральный сердечник 4 с обмоткой 5 идва одинаковых крайних сердечника 6. Магннтопровод 3 расположен по одну сторону от резонатора на одина-, ковом расстоянии от его концов и имеет размер Ь = (4/7) f вдоль оси Х (фиг.3), параллельной продольной оси 00 резонатора 1.

Здесь 2 — длина резонатора 1, равная рассто» янию между массивными основаниями 2 (фиг.1), Центральный сердечник 4 имеет размер d .(16/77) Я вдоль оси Х, а два одинаковых крайних сердечника 6 имеют размер

Р— (8/77) К вдоль той же оси (фиг.3);

Все три сердечника — центральный 5 и два крайних 6 имеют форму четырехгранных.прямоутольных призм, основаниями которых являются прямоугольники, причем в направлении нормали к плоскости СС размер: сердечников 4 и 6 одинаков и равен величйне g, которая не превышает ширину 9 резонатора

1 (фиг. 2а). Электромагнитный приемник колебаний состоит из магнитопровода 7, который имеет форму и размеры магнитопровода 4, расположен зеркально-симметрично магйитопроводу 3 относительно плоскости АА и имеет центральный сердечник 8 с обмоткой

9 и два одинаковых крайних сердечника 10.

Конструкция, содержащая резонатор 1 и магнитопроводы 3 и 7, обладает свойством зеркальной симметрии относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей АА, ВВ и СС, причем продольная ось 00 резонатора 1 является прямой пересечения плоскостей АА и СС.

В состав преобразователя силы входит также компенсирующий трансформатор, который

10 где F — сила, растягиваюшая резонатор, и =E j /г — величина, имеющая размерность

2 силы, с — модуль упругости резонатора, 3 — момент инерции его поперечного сечения. 4 в частности 3 — eh /12 при ширине этого

3 сечения, равной 8 и высоте h (фиг.2а).

С точностью до малых поправок, порядка

28ь Р, и 26з О, узлы колебаний третьей формы лежат на оси Х в окрестностях середин зазоров между центральным сердечником 4 и крайними сердечниками 6 (расстояние между этими серединами в схеме равно (2/7) Д, а пучности колебаний пятой формы, расстояние между которыми 2г "(4/11 ) f, лежат на оси Х в окресгностях точек пересечения внутренних граней сердечников 6 с осью Х. С той же точностью

3 11545 содержит магнитопровод 11, такой же, как и магнитопровод возбудителя, магнитоировод 12, такой же, как и магнитопровод приемника, ферромагнитный стержень 13, имеющий форму и размеры резонатора 1, и две диэлектрические пластины 14 и 15, расположенные по разные стороны от стержня 13, причем пластины 14 и 15 и стержень 13 неподвижно закреплены относительно элементов магнитопроводов 11 и

12. Магнитопровод 11 имеет центральный сердечник 16 с обмоткой 1/, которая соеди.нена с обмоткой 5 последовательно-встречно в цепь возбудителя, а магнитопровод 12 имеет центральный сердечник 18 с обмоткой 19, которая соединена с .обмоткой 9 последовательно-согласно в цепь приемника.

Цепь возбудителя, содержащая обмотки 5 и 17, подключена к выходу усилителя 20, а цепь приемника, содержащая обмотки 9 и 19 — к входу усилителя 20. Вывод усили теля 20, несущий информацию о величине частоты электомеханических автоколебаний первой формы, подключен к частотомеру 21.

Нагрузка F (фиг. )) — это сила, величина которой должна быть преобразована в частоту колебаний резонатора первой формы.

Теоретическое обоснование работы предлагаемого преобразователя силы заключается, в следующем. Собственные функции У> и У. соответствующие колебаниям третьей и пятой

30 форм (фиг. За, б), являются решением уравнения поперечных колебаний упругого, продольно нагруженного стержня с защемленными концами.

Расстояние между корнями функции У (Х). ближайшими к середине резонатора, по расчетам равно r> = (2/7 — 25>) I?, где 8з

-5 Р— 1,3 - 10 — 7,4-10 у, а расстояние между корнями функции У (Х), ближайшими к середине резонатора, равно г = (2/11 — 285 ) Я при / Я5 / /Б /, расстояние между двумя пучностями колебаний третьей формы, ближайшими к краям резонатора, равно 2 r> (4/7) f. Эти пучнос. ти лежат на оси Х в окрестностях точек пересечения внешних граней сердечников 6 с этой осью, так как расстояние между этими гранями равно Ь-размеру Ш-образного тела магнитопровода 3, а он выбран в этой схеме равным (4/7) г (фиг. 3 а).

Обозначим символом j разность между з заштрихованной площадью, лежащей в области У т 0 (фиг. За), и суммой зашгри хованных плошадей, лежащих в области

У <О (фиг. За) „а символом j величину интеграла j = I Ydx, где х, и х х, корни функции У (Х), расгтояние между которыми равно г . Отношение К --/13/ 1 /. з называется коэффиш ентом ослабления амплитуды колебаний третьей формы. Аналогично, заменяя в предыдущих рассуждениях индекс

3 индексом 5, составим выражение для вели. чины К вЂ” /j . / j

Величины 1. ь-и j « KaK H величины r> <, I рассчитаны аналитически.

Принцип работы преобразователя силы осно. ван на зависимости чзстоты колебаний первой формы от величины продольных растягиваюших сил F, приложенных к концам резонатора 1. При включении усилителя 20 резонатор 1 входит в автоколебательный режим, совершая поперечные колебаний первой формы, по отношению к которой колебания с частотой всех прочих форм являются помехами. Эти помехи могут быть вызваны, в частности, механическими сотрясениями. фундамента или станины, на которой смонтирован преобразователь. Причиной помех могут быть и электрические шумы усилителя. Вследствие того, что конструкция, содержащая реэонатор1 и магнитопроводы 3 и 7, симметрична относительно плоскости ВВ, преобразователь силы устойчив к воздействшо помех с частотами колебаний всех четных форм. Относительное изменение частоты 1 колебаний первой формы Ь1, /1 / < e причем в том с диапазоне изменения нагрузки Е, в котором

Ы,/ 3, изменяется не более чем на 20%, величины /j / отличаются от нуля не более чем на 0,05 /1, /. Поэтому коэффициенты ослабления К.> „- амплитуд колебаний третьей и пятой форм в этом диапазоне изменения нагрузки F будут не менее двадцати. В процессе работы преобразователя в обмотке 9 происходит возбуждение элсктродвижушей силы, во-первых, от колебаний резонатора 1, и,но-вторых, вследствие взаимной индуктивкости обмоток 5 и 9, т.е. вследствие транс1154560 форматорной связи этих обмоток, не завися. щей от колебаний резонатора 1. Полезной частью сигнала в цепи приемника является только та, которая обусловлена колебаниями резонатора 1. Трансформаторная составляющая этого сигнала, не зависящая от колебаний л резонатора 1, снижает точность преобразования силы в частоту, но в схеме (фиг. 1) она скомпенсирована. Эта составляющая сигнала в цепи приемника, определяемая суммой наводок вследствие индуктивной связи обмоток 5 и 9 индуктивной связи обмоток 17 и

19 компенсирующего трансформатора близка к нулю. Измерение частоты колебаний первой

S формы происходит в частотомере 21.

Использование предлагаемого преобразователя силы в весах и силоизмерительных устрой. ствах обеспечит повышение их устойчивости к воздействию помех и повышает достоверность результатов измерений .

1154560

Составитель М. Пахомов

Техред С.Легеза

Корректор Л. Пилипенко

Редактор А. Козориз

Заказ 2704/36 Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

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