Электроизмерительный прибор

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) ЯО (I I) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3664708/24-21 (22) 22.11.83 (46) 15.06.85, Бюл. Ф 22 (72) Д.М.Бельй, В.А.Мишин и А.А.Новиков (71) Ульяновский политехнический институт (53) 621 . 317. 44 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 681377, кл. G 01 R 1/14, 1975.

Электрические измерения. Под ред. А.В. Фремке. Л.: Энергия, 1973, с. 64-66. (5 4) (5 7) ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР, содержащий обойму, рамку с измерительной обмоткой и упоры в виде соосных втулки и штырька, расположенных на обойме и рамке соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены ограничители, выполненные в виде пьезоэлемента, двух электродов и электрометрического усилителя, причем пьезоэлемент, поляризованный вдоль своей оси, выполнен в виде разрезного кольца и размещен в осевом отверстии втулки и жестко закреп" лен на ней одним концом, электроды выполнены в виде шайб, расположенных на торцах пьезоэлемента, и через электрометрический усилитель соедине- . ны с выводами измерительной обмотки.

1 11618

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения сигналов постоянного тока в условиях воздействия вибраций и ударов, преимущественно 5 в электромеханических приборах с подвижной частью на растяжках.

Цель изобретения — повышение точности электроизмерительного прибора.

На фиг. i схематично изображен электроизмерительный прибор; на фиг. 2 вЂ, пьезоэлемент и его развертка с указанием электризации при дей ствии сил.

Электроизмерительный прибор содер-15 жит рамку 1 (фиг. 1) с измерительной

- обмоткой 2, механические упоры в виде втулки 3, установленной на неподвижной обойме 4 прибора, и штырька 5. установленного на рамке 1 и входяще- 20 го концентрично с зазором 6 в осевое

1 отверстие втулки 3, в которой раз- } мещен также кольцевой пьезоэлемент 7 (фиг. 1 и 2), выполненный, например, из титаната бария ТБК-3 в виде коль- 25 ца с.осью поляризации Х (фиг, 2).

Пьезоэлемент 7 имеет продольный сквозной разрез 8 и прикреплен к внутренней поверхности втулки 3 одним концом (с на фиг. 2) с помощью gg слоя клея 9, например эпоксидной смолы, К торцовым поверхностям пьезоэлемента 7 прижаты, например, с помощью гайки 10, завернутой по внутренней резьбе втулки 3, два электрода 11 и

12 в виде шайб, подключенных с помощью электрических выводов 13, 14, проходящих через отверстия l5, 16 во втулке 3, к входу электрометрического усилителя 17 постоянного тока, 4О с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к обмотке 2 прибора, соединенной с источ. ником измеряемого постоянного напряжения Ll ..Рамка 1 с обмоткой 2 и 4 штырьком 5 образуют подвижную часть прибора. Пьезоэлемент 7, электроды

11, 12 и усилитель 17 образуют ограничитель. Подвижная часть закреплена на растяжках 18, которые крепятся к амортизационным пружинам 19,, и снабжена указателем 20.

Устройство работает следующим образом.

При интенсивных ударах либо при вибрациях в случае совпадения частоты внешних вибраций с.одной из собственных частот подвижной части (для

83 известных приборов в диапазоне 50

200 Гц) возникают интенсивные колебания последней, приводящие к соударению штырька 5 (фиг. 1) со втулкой 3.

В случае, если удар косой, возникающая при ударе сила R (фиг. 2) раскладывается на две составляющие, одна из которых — касательная Н вызыва9 е т з акручив ание подвижной части, т.е. сообщает ей уводящий момент, приводящий к возникновению погрешности измерения.

В изобретении данная составляющая погрешности компенсируется, При ударе штырька 5 о кольцевой пьезоэлемент

7 на электродах 11 и 12 за счет деформаций сдвига появится напряжение.

40, которое через усилитель 17 подается в обмотку 2 и компенсирует погрешность от увода (-dU). При этом в зависимости от направления удара полярность напряжений, снимаемых с электродов 11 и 12, меняется (так же, как и направление уводящего удара).

Компенсация напряжений 60, возникающих от увода за счет удара и в пьезоэлементе (достижение их противофазности), достигается путем выбора соответствующей полярности, подключения входа усилителя 17 к электродам 11 и 12. Так как для приборов разных типов ошибка за счет увода dll различна при одной и той же интенсивности соударений (разный удельный восстанавливающий момент, геометрические размеры ограничителей и т.п.), то для компенсации уводящего момента напряжением, наводимым в пьезоэлемен. те, предусмотрена возможность регулировки коэффициента усиления усилителя 17.

Пьезоэлемент 7 (фиг. 1 и 2) имеет ось поляризации в направлении оси X.

При ударе в точке с (как показано на фиг. 2) у части ас пьезоэлемента

7 (см. развертку) возникнут сдвигаю" щие растягивающие напряжения (точка

Q приклеена к внутренней поверхности втулки 3), а в части cb за счет разреза 8 напряжения не возникнут. При этом на гранях. пьезоэлемента, перпендикулярных оси.Х (торцах цилиндра), возникнут заряды (фиг. 2), снимаемые с электродов 11 и 12 с помощью выводов 13 и 14. Напряжение все время снимается с участка пьезоэлемента между точкой а крепления и точкой соударения.

1161883 где

Ur„-с iС, 1 в = MgslCV

Е. х

С=

4яд (9) max (to) Компенсация погрешности подтверждается следующим примером. Сила R определяется так с»з (1) где m — масса подвижной части; а — ускорение вибраций. (2) где <6 — угол удара, т. е. отклонение удара от прямого.

Уводящий момент равен

d q8 —, х где d — диаметр штырька 5.

При этом угол паразитного поворота равен где С вЂ” удельный противодействующий 2О момент.

Если предел измерения приборами иЭм,ц, — угол размаха шкалы, то ошибка в напряжении от увода d U равна 25

Подставляя в формулу (5) формулы (1-4), получим

Так, например, для подвижной системы милливольтметра на растяжках типа ,И4248 с пределом измерения 100 мВ " ma « = 100 мВ; 3 ma „= 90; d=2 ми=2 r

«10 м; С =2,2 ° 10 Нм/град; m=0,5«40

«10 кг. йри к=30 и а 30 м/с по формуле (6) находим 60 8 мВ, т.е. ошибка от увода составляет около 87.

Определим теперь снимаемое с пьезоэлемента7 напряжение при тех же пара-4$ метрах удара и следующих размерах пьезоэлемента 7: 2=4 10 м — наружный диаметр, d 2 10 м — внутренний диа- . метр; h =2 -10 м — высота. Если смот-3 реть па развертке (фиг. 2), то 4— размер вдоль оси Х;0 -d — по оси Е, длина рабочего участка, определяемая .местом соударения, измеряется вдоль оси Y.

Заряд, образуемый на поверхности

5» пьезоэлемента 7 при деформации сдвига равен

q — заряд, К;

R — сила, Н;

8 » и Б„ — площади поверхностей, перпендикулярных соответствующим осям на фиг. 2; — пьезоэлектрическая постоянная.

Напряжение, снимаемое с пьезоэлемента 7 в режиме холостого хода ll«q (для случая разомкнутой цепи), равно где С - емкость пьезоэлемента 7, определяемая его геометрическими размерами и диэлектрической проницаемостью материала (титаната бария).

С учетом Формулы (9) выражение (8) запишем

Z где — =g — постоянная разомкнутой цеE пи.

Для титаната бария ТБК-3 f =10,5 мВ/Н

«10 . Подставляя в формулу (10) значения с учетом (1) и (2), получим

$.4d.d tn а Sirlot, «х 0,9мб, 5

Однако данное напряженИь на выходе пьезоэлемента имеет место, если не учитывается шунтирующая емкость.

Для того, чтобы усилитель 17 минимально разряжал пьезодатчик, используется электрометрический усилитель, имеющий на входе специальную электрометрическую лампу с малой входной емкостью и черезвычайно большим входным сопротивлением, как показали испытания, в этом случае снимаемое с пьезоэлемента напряжение 0» уменьшается более чем в 10 раз. Поэтому точный расчет коэффициента усиления усилителя, обеспечивающего при ударах снятие с пьезоэлемента напряжения, компенсирующее 40, практически

Составитель С,Шумилишская

Редактор M,Áàíäóðà Техред Т.Иаточка Корректор С.Шекмар

Заказ 3965/47 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130359 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 невозможен, и усилитель 17 выполняется с регулируемым коэффициентом уси-. ления. Это позволяет добиваться экспериментально компенсации ошибки от соударений путем плавной регулировки коэффициента усиления.

Необходимо .отметить, что постоянная времени,еистемы пьезоэлемент—

-Э усилитель мала и не превышает 10 с, поэтому даже при максимальной частоте соударений иэ диапазона резонанс ных частот, т.е. при 200 Гц, устройство успеет скомпенсировать возникающий увод, Кроме того, за счет обратной связи происходит мгновенный срыв виброударного режима, который препят61883 6 ствует затягиванию системы на режим, при котором штырек 5 обкатывается по втулке 3, являющийся наименее благоприятным.

5 Учитывая, что увод от соударений для приборов с подвижной системой на растяжках является главной причиной отсутствия виброустойчивости, изобретение позволит даже приборы в невиброустойчивом исполнении сделать виброустойчивыми в определенной области частот и виброускорений.

Таким образом погрешность от

1S увода при воздействии вибрации снижена в изобретении на.порядок.