Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом на упругих опорах, и устройствам для подбора упругих опор чувствительного элемента. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности подбора. Устройство содержит упругую опору 5, электромагнитную систему 13 с сердечником 14 и обмоткой 15 возбуждения, подключенной через усилитель 16 переменного тока к датчику 17 обратной связи, частотомер 18 и вычислительное устройство 19. Для достижения поставленной цели в устройство введены ферромагнитная 1 и парамагнитная 21 пластины, схема 22 сравнения, выпрямитель 23 выходного напряжения, задатчик 24 уровня автоколебаний, ключ 25, источник 26 опорного напряжения, регулятор 27 тока настройки, обмотка 28 электромагнитной системы 13, резистор 29 обратной связи. Регулятор 27 тока настройки содержит операционный усилитель 30, интегрирующий конденсатор 31, резистор 32 интегрирующей цепи, согласующий резистор 33, настроечный вход регулятора 27 тока настройки связан с резистором 32 интегрирующей цепи, а вход обратной связи - с согласующим резистором 33, оба резистора связаны с входом операционного усилителя 30, параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31, выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки. Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23 связан с выходом усилителя 16, второй вход - с выходом задатчика 24 уровня автоколебаний, а выход - ключом, связывающим источник 26 опорного напряжения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки, выход которого подключен к обмотке 28 настройки, выход которой связан с входом обратной связи регулятора 27 тока настройки, а через резистор 29 обратной связи-с общей шиной питания. Ферромагнитная пластина 11 закреплена на одной из базовых поверхностей упругой опоры 5, вторая базовая поверхность которой закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе. Пластина 11 расположена над сердечником 14, который закрыт парамагнитной пластиной 21. Предлагаемое техническое решение ускоряет процесс контроля и исключает съем ложных показаний. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) цц С 01 G 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

21

/Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГЮНТ СССР

1 (21) 4377386/24-10 (22) 15,02.88 (46) 23. 10.89. Бюл. Ф 39 (71) Ленинградский завод "Госметр" (72) В.Л.Романов и Е.И.Деньщиков (53) 681.269(088.8) (5e) Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. — И.: 1971, с.62. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДБОРА УПРУГИХ

ОПОР ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА (57) Изобретение относится к весоиэмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом на упругих опорах, и устройствам для подбора упругих опор чувствительного элемента. Цель изо2 бретения - повышение быстродействия и точности подбора. Устройство содержит упругую опору 5, электромагнитную систему 13 с сердечником 14 и обмоткой 15 возбуждения, подключенной через усилитель 16 переменного тока к датчику 17 обратной связи, частотомер 18 и вычислительное устройство 19. Для достижения поставленной цели в устройство введены ферромагнитная 1 и парамагнитная 21 пластины, схема 22 сравнения, выпрямитель 23 выходного напряжения,. saдатчик 24 уровня автоколебаний, ключ

25, источник 26 опорного напряжения, регулятор 27 тока настройки, обмот- а

Ф ка 28 электромагнитной системы 13, ! 516791 резистор 29 обратной связи. Регулятор 27 тока настройки содержит операционный усилитель 30, интегрирующий конденсатор 31, ре эис тор 3 2 инте,грирующей цепи, согласующий резисторр 33,настроечный вход регулятора

27 тока настройки связан с резистором 32 интегрирующей цепи,а выход обратной связи — с согласующим резисто- 10 ром 33, оба резистора связаны с входом операционного усилителя 30, параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31, выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки, Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23 связан с выходом усилителя 16, второй вход — с выходом задатчика 24 уровня автоколебаний,а

55

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом на упругих опорах и к устройствам для подбора упругих опор чувствительного элемента.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности подбора

sa счет исключения ложных показаний.

На фиг. 1 показан чувствительный элемент с грузоприемной чашкой. и магнитоэлектрическим компенсатором, общий вид; на фиг.2 — схема устройства для подбора упругих опор чувствительного элемента.

Чувствительный элемент состоит из рамы 1, рамок 2 и 3, кронштейна

4 и упругих опор 5, связывающих эти детали и образующих параллелограммный механизм. На раму 1 с помощью кронштейна 6 крепится грузоприемная чашка 7, рама 1 также через кронштейн 8 связана с катушкой 9 магии тоэлектрического компенсатора 10.

Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента содержит упругую опору 5, к базовой поверхности которой крепится ферромагнитная пластина 11, вторая базовая поверхность упругой опоры 5 закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе, электромагнитную систему 13 с сердечником 14 и обмоткой 15 возбуждения, которая подключена через усилиФ

45 выход — с ключом, связывающим источник 26 опорного напряжения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки, выход которого подключен к обмотке 28 настройки, выход которой

Ю связан с входом обратной связи регулятора 27 тока настройки, а через резистор 29 обратной связи — с общей шиной питания. Ферромагнитная пластина 11 закреплена на одной иэ базовых поверхностей упругой опоры 5,вторая базовая поверхность которой закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе. Пластина 11 расположена над сердечником

14, который закрыт парамагнитной пластиной 21. Предлагаемое техническое решение ускоряет процесс контроля и исключает съем ложных показаний.2 ил ° тель 16 переменного тока к датчику 17 обратной связи, частотомер 18, связанный с выходом усилителя 16, вычислительное устройство 19, связанное с цифропечатающим устройством

20, и подключенное к частотомеру 18.

Ферромагнитная пластина 11 расположена над сердечником 14, который закрыт парамагнитной пластиной 2 1 для исключения срывов автоколебаний при соприкосновении ферромагнитной пластины 11 с сердечником 14.

Устройство также содержит схему

22 сравнения, выпрямитель 23 выходного напряжения, задатчик 24 уровня автоколебаний, ключ 25, источник

26 опорного напряжения, регулятор

27 тока настройки, обмотку 28 настройки электромагнитной системы 13, резистор 29 обратной связи.

Регулятор 27 тока настройки состоит иэ операционного усилителя 30, интегрирующего конденсатора 31, резистора 32 интегрирующей цепи и согласующего резистора 33.

Настроечный вход регулятора 27 тока настройки связан с резистором

32 интегрирующей цепи, а вход обратной связи с согласующим резистором

33, резисторы 32 и 33 связаны с входом операционного усилителя 30,параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31.

5 15

Выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки, Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23 выходного напряжения связан с выходом усилителя 16 переменного тока, второй вход — с выходом задатчика 24 уровня автоколебаний, а выход — с ключом 25, связывающим источник 26 опорного напря,жения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки, выход которого подключен к обмотке 28 настройки электромагнитной системы 13 ° Выход обмотки 28 настройки связан с входом обратной связи регулятора 27 тока настройки и через резистор 29 обратной связи с общей шиной питания .

Регулятор 27 тока настройки интегрирующего типа предназначен для главного введения усилия натяга упругой опоры 5 с целью регулировки амплитуды колебаний и выполняется по схеме интегрирующего регулятора тока на операционном усилителе 30 с двумя входами: настроечным и обратной связи (например, 140 УД7). Такая реалиэация регулятора 27 тока настройки исключает модуляцию настроечного тока с резонансной частотой упругой опоры и возможность возбуждения в контуре настройки колебаний на частотах, обусловливаемых параэитными параметрами обмотки 28 настройки, Применение регулятора 27 тока настройки интегрирующего типа позволяет исключить возникновение колебаний среднего эначения тока настройки, т.е. обеспечивает автоматическое поддержание величины зазора, относительно которого подвижный конец упругой опоры совершает колебания .

Выпрямитель 23 выходного напряжения предназначен для преобразования переменного напряжения с выхода усилите--ля 16 переменного тока в постоянное, соответствующее его эффективному значению, и может быть выполнено на диодной мостовой схеме с сглаживающим С-фильтром.

Схема 22 сравнения выполняст функцию сравнения эффективного значения напряжения резонансной частоты упругой бпоры с напряжением, задающим амплитуду (pa3Max) механических хо16791

6 лебаний свободной части упругой опоры и поступающим с эадатчика 24 уров ня автоколебаний, и может быть реализована на интегральных схемах, напри5 мер, компараторов аналоговых сигналов 525 СА1-525СА3 или на операционных усилителях, включаемых в схемах компараторов. Задатчик 24 уровня автоколебаний предназначен для поддерживания опорного сигнала (напряжения) на уровне, обеспечивающем заданную амплитуду перемещений подвижной части упругой опоры, и представляет собой потенциометрический делитель напряжения, Ключ 25 — устройство, подключающее настроечный вход регулятора 27 тока настройки к источнику 26 опорного напряжения

20 на время, необходимое для подтягивания амплитуды автоколебаний до заданного уровня, и может быть выполнен как на герконном реле типа РЭС-64, так и на полевом транзисторе, например аналоговом ключе К143КТ1.

Источник 26 опорного напряжения служит для. поддержания постоянства скорости интегрирующего конденсатора 31 через резистор 32 интегрирую30 щей цепи и может бьггь выполнен на базе интегрального стабилизатора напряжения, например 142КН1-2А.

Датчик 17 обратной связи предназначен для преобразования величины перемещения свободного конца упругой опоры 5 в электрический сигнал, пропорциональный перемещению по величине и имеющий знак приращения, соответствующий направлению переме40

Наиболее перспективным для предлагаемого устройства является дифференциальный индуктивный датчик, якорем которого служит ферромагнит45 ная пластина 11, перераспределяющая магнитные потоки обмотки датчика обратной связи; возможно применение и иных типов датчиков, например фотодатчика, в отворе излучателя кото50 рого располагается колеблющаяся часть упругой опоры.

При креплении упругой опоры 5 на стойке 12 расстояние Х между торцом стойки 12 и ферромагнитной пластиной 11 должно быть равно расстоянию Х между торцами деталей чувст вительного элемента, связанными упругими опорами, чтобы в устройстве работа упругой опоры была идентич1516791 ной работе ее в чуствительном элементе, что повысит точность подбора упругих опор чувствительного элемента.

Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента работает следующим образом.

Расчетную жесткость чувствительного элемента (фиг. 1) можно определить по формуле

Х Х

Z = 4С (6 — -/1 — 2 — —

1. Z, >

15 где Х вЂ” расстояние между торцами деталей чувствительного элемента, связанными упругой опорой; — расстояние между торцами рамы 1 и кронштейна 4; 20

С вЂ” жесткость одной упругой опоры (всего упругих опор восемь штук).

Зная заданную жесткость чувствительного элемента и, его геометрические размеры, легко определить предельные значения жесткостей упругих опор, при которых суммарная количественная жесткость их будет в пределах допуска заданной жесткости 30 чувствительного элемента, детали которого связывают упругими опорами, и имеющими одинаковую жесткость, которая определяется по формуле

35 где m — суммарная масса свободно кол еблюще йся части; частота собственных колеба-. 40 ний подвижной части.

Зная искомое значение массы и частоту автоколебаний свободной части, с помощью вычислительного устройства 19 легко определить значе- 45 ние жесткости упругой опоры 5.

При включении электрической схемы устройства при отсутствии автоколебаний упругой опоры 5 со схемы 22 сравнения поступает сигнал о несоответствич напряжения с выпрямителя 23 вьиодного напряжения с опорным сигналом напряжения с задатчика 24 уровня автоколебаний на ключ 25, который подключает источник 26 опорного напряжения к настроечному входу регулятора 27 тока настройки, Выходное напряжение с регулятора 27 поступает на обмотку 28 настройки электромагнитной системы 13, в которой создается магнитный поток, притягивающий ферромагнитную пластину 11 к сердечнику 14 ° Падение напряжения на резисторе 29 обратной связи вызывает сигнал, поступающий по входу обратной связи резистора 27 на согласующий резистор 33 со знаком, противоположным знаку напряжения опорного источника 26, что вызывает перемещение ферромагнитной пластины 11 с подвижной частью упругой опоры 5 вблизи датчика 17 обратной связи, на выходе которого появляется приращение напряжения усиливаемого усилителем 16 переменного тока, которое поступает на обмотку 15 возбуждения электромагнитной системы 13, вызывая дополнительные перемещения свободного конца упругой опоры 5 до возникновения автоколебаний на собственной частоте подвижной части упругой опоры 5.

Для ускорения процесса контроля и исключения объема ложных показаний амплитуда автоколебаний поддерживается на постоянном уровне системой автоматической настройки, которая состоит из выпрямителя 23 выходного напряжения, схемы 22 сравнения, задатчика 24 уровня автоколебаний,ключа 25, источника 26 опорного напряжения, регулятора 27 тока настройки, обмотки 28 настройки электромагнитной системы 13 и резистора 29 обратной связи.

Работа цепи настройки сводится к тому, что нарастание напряжения на выходе регулятора 27 тока настройки происходит до тех пор, пока подвижный конец упругой опоры 5 не займет положение, необходимое для поддержания заданного уровня сигнала (размаха напряжения на выходе усилителя

16 переменного тока), контролируемого с помощью выпрямителя 23 выходного напряжения, схемы 22 сравнения и задатчика 24 уровня автоколебаний.

Как только выпрямленное напряжение превысит уровень задатчика 24, сигнал с вьиодной схемы сравнения сменит свой знак и ключ 25 отключит от резистора 27 тока настройки источник 26 опорного напряжения.

Интегрирующий конденсатор 31 начнет разряжаться и напряжение на выходе регулятора 27 тока настройки начнет убывать, усилие притяжения электро1516791!

О магнитной системы 13 начнет уменьшаться и изменятся условия самовоэбуждения автогенератора частоты.

Амплитуда напряжения на выходе усилителя 16 переменного тока уменьшится и, став ниже напряжения с эадатчика 24, приведет к выработке схемой 22 сравнения сигнала на включение ключа 25, вновь вызывая настройку системы на режим генерации заданной амплитуды колебаний. Предлагаемое техническое решение автоматически поддерживает заданную амплитуду а в ток ол еб а ний.

Для исключения срывов автоколебаний при соприкосновении ферромагнитной системы 11 с сердечником 14 и

"залипания служит парамагнитная пластина 21 (латунная прокладка).

Для автоматизации процесса подбора упругих опор значения их жесткости передаются в цифропечатающее устройство 20.

Применение предлагаемого устройства значительно ускоряет подбор упругих опор чувствительного элемента эа с-.ет ускорения процесса контроля жесткости упругих опор, а также повышает точность подбора упругих опор за счет высокой точности измерения жесткости упругих опор °

Значение частоты собственных колебаний различных по жесткости упругих опор нетрудно свести к достаточно узкой полосте частот порядка 20

50 Гц эа счет выбора соответствующего значения нагружающей массы.

Например, для упругих опор толщиной О, 15 мм из сплава 538 MHAX МЦ

15-3, 5-2-3 ТУ 48-21-306-73, применяемых в чувствительном элементе электронных весов ВТП вЂ” 1 кг жесткость одной упругой опоры находится в пределах 60 — 80 Н/м. При величине колеблющейся массы 2 r значение частоты собственных колебаний составит

1 С 1 80

f л 32 Гц, 2Г m 27» 0002

Упругая опора с жесткостью С

= 800 Н/м при нагружении массой 20 r даст то же значение частоты собственных колебаний.

Для получения цифрового значения жесткости и для подбора упругих опор с одинаковой жесткостью для получения высоких метрологических характеристик чувствительного элемента слу-жит электронный частотомер 18, вы-ход которого соединен с цифровым ьходом вычислительного устройства 19, запрограммированного на решение вы.г 2 ражения С = 4> f . Ввод данных о колеблющейся массе осуществляется оператором в процессе настройки устрой1О ства.

Формула из обр ете ния

-Устройство для подбора упругих

15 опор чувствительного элемента, содержащее стойку с узлом для крепления упругой опоры, на которой закреплена электромагнитная система с сердечником и обмоткой возбуждения, дат20 чик обратной связи, усилитель, вход которого подключен к выходу датчика обратной связи, а выход подсоединен через частотомер к вычислительному блоку и к одному выводу обмотки возбуждения, другой вывод которой связан с общей шиной питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности подбора эа счет исключения лож30 ных показаний, в него введены обмотка настройки, установленная коаксиально обмотке возбуждения, плас тина из ферромагнитного материала с узлом для крепления к упругой опоре, пластина из парамагнитного материала, расположенная между сердечником электромагнитной системы и пластиной из ферромагнитного материала, схема сравнения, выпрямитель выход4О ного напряжения, эадатчик уровня автоколебаний, ключ, источник опорного напряжения, резистор обратной связи и регулятор тока настройки, включающий операционный усилитель, 45 интегрирующий конденсатор, резистор интегрирующей цепи н согласующий резистор, при этом выход усилителя через выпрямитель выходного напряжения подключен к первому входу схемы сравнения, н второму входу которого подсоединен задатчик уровня колебаНий, выход схемы сравнения подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через резистор интегрирующей цепи связан с входом операционного усилителя, выход которого соединен с одним выводом обмотки настройки и через ин1516791

Корректор Л.Патай

Редактор Е.Папп

Подписное

Заказ 6374/39 Тирам 660

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, 11всква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

19 II

Производственно-издательс кий комбинат Патент, г.умгород, ул. I ÿãàðèíà, 101 тегрирующйй конденсатор — со своим входом, а другой вывод обмотки настройки через резистор обратной связи

Составитель М,Жуков

Техред А. Кравчук связан с общей шиной питания и через согласующий резистор подключен к входу операционного усилителя.