Преобразователь усилия

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения усилий в устройствах динамометрирования. Цель изобретения - повышение точности измерения усилий. В процессе измерения усилий ток источника 3 через перекидной ключ 4, управляемый генератором 25 тактовых импульсов поступает на тензометрический полумост 6, одно из плеч которого является компенсационным. На выходе ключа 7 образуется напряжение, которое поступает на один из двух входов сумматора 11, на другой вход которого поступает напряжение, пропорциональное изменению температуры тензодатчика. Регулировкой коэффициента передачи масшатабного преобразователя 23 канала 18 коррекции температурной погрешности можно скомпенсировать аддитивную составляющую температурной погрешности, а регулировкой коэффициента масштабного преобразователя 22 можно скомпенсировать мультипликативную составляющую температурной погрешности. 2 ил.

.Я0

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 G 01 L 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (Z i ) 4498037/24-10 (22) 26 ° 10,88 (46) 07,10,90,Бюл, Р 37 (71) Азербайджанское научно-производ" ственное объединение "Нефтегазавтомат" (72) 3,М.Бромберг, П,А,Хубов, A. Г, Григорян и К. Г, Казиев (53) 531. 781. 1 (088,8) (56) Приборы и системы управления, 1985, № 9, с, 19-20, Там же, с, 28. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УСИЛИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения усилий в устройствах динамометрирования, Цель изобретения повышение точности измерения усилий, В процессе измерения усилий ток ис2 точника 3 через перекидной ключ 4, управляемый генератором 25 тактовых импульсов поступает на тензометрический полумост 6, одно из плеч которого является компенсационным. На выходе ключа 7 образуется напряжение-, которое поступает. на один из двух входов сумматора I I на другой вход которого поступает напряжение, пропорциональное изменению температуры тензодатчика, Регулировкой коэффициента передачи масштабного преобразователя 23 канала 18 коррекции температурной погрешности можно скомпенсировать аддитивную составляющую температурной погрешности, а регули". ровкой коэффициента масштабного пре- щ образователя 22 можно скомпенсировать мультипликативную составляющую темпер атурной по грешно сти, 2 ил, С

1597617

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий в устройствах динамометрирования.

Цель изобретения - повышение точности, На фиг, l представлена блок-схема преобразователя усилия; на фиг,2диаграммы, поясняницие механизм коррек-!О ции температурной погрешности, Выход источника 1 опорного напряжения соединен с первым входом сумматора 2, выход которого связан с входом источника 3 тока, выход источника 3 тока соединен со средним контактом перекидного ключа 4, плечо R 5 тензометрического полумоста 6, чувствительное к силовой нагрузке, соединено с нормально замкнутым контактом 2р ключа 4 и перекидного ключа 7, а второе плечо R 8 тензометрического полумоста связано с нормально разомкнутыми контактами ключа 4 и ключа 7, точка соединения плеч R 5 R 8 25 соединена с общей шиной всего устройства, средний контакт ключа 7 соединен с входом усилителя 9 переменного напряжения, выход которого соединен с входом демодулятора 10, выход этого демодулятора подключен к одному иэ двух входов сумматора 11, выход которого соединен с одним из двух входов сумматора 12, второй вход которого через резистивный делитель .R 13 связан с выходом источника опорного напряжения, выход сумматора 12 соединен с одним из двух входов преобразователя 14 напряжения в частоту, второй вход которого связан с выходом сумматор а 15, один из двух входов этого сумматора через делитель R 16 соединен с выходом сумматора 11, а второй вход с источником опорного напряжения, ком- 45 пенсационное плечо R 8 тензометрического полумоста соединено с одним входом сумматора 17 канала 18 температурной коррекции, а его второй вход через ключ 19 и резистивный делитель R 20 связан с источником питающего напряжения всего электронного устройства преобразователя усилия, полярность которого противоположна полярности источника тока, выход сумматора 17 соединен с входом усилителя 21 переменного напряжения канала температурной коррекции, выход этого усилителя соединен с входом демодулятора 22, а его выход с входами масштабных преобразователей 23 и 24, выход масштабного преобразователя 23 соединен с вторым входом сумматора 2, а выход мааятабного преобразователя 24 с вторым входом сумматора 11, выход генратора 25 тактовых импульсов соединен с управляющими входами демодуляторов 10 и 22 и ключей 4,7 и !9.

Преобразователь работает следующим о бр аз ом.

Выходной ток источника 3 тока через перекидной ключ 4, управляемый генератором 25 тактовых импульсов поступает на тензометрический полумост 6, одно из плеч R 5 которого является чувствительным к силовой нагрузке F а второе плечо R 8 компенсационное, чувствительно к изменению температуры, На выходе ключа 7 образуется напряжение U» равное разности падений напряжения на плечах полумоста: г) (2) где R о начальное сопротивление пл еч полу мо ст а; т„к,с. сопротивлений; коэффициент чувствительности к силовой нагрузке, изменение температуры окружающей среды; силовое воздействие, (1) можно представить в уравнение виде

= I(Ro (о(„- о(г)д + КоаР(1 +

+ o(, Ll t)) (3) Это напряжение усиливается усилителем 9 переменного напряжения с коэффициентом усиления К,:

ГRo (1 г)

+ R; aF(1+a(,3t)7 (4) где I — ток питания тензодатчика, R „и К г — сопротивления плеч полумоста, Учитывая, что R < и R определяг ются выражениями

1597617

Напряжение с выхода усилителя 9 через демодулятор 10 поступает на один из двух входов сумматора 11, на второй вход которого через сумматор

17, усилитель 21, демодулятор 22 и

5 масштабный преобразователь 23 канала 18 коррекции температурной погрешности поступает напряжение V проз порциональное изменению температуры тензодатчика, Начальный уровень напряжения этого плеча, соответствующий .нормальным условиям, скомпенсирован с помощью ключа 19 и делителя R 20,соедйненного с источником питания U 15 всего устройства и имеющего коэффициент деления К: оп 5 Ф (9) U> - R,tI R (1 +gyt - K.U )

20 о о °

11ап К Rî о 2

К (11оо Кс о О4 с) где К - коэффициент передачи источ» т ника тока, Решая уравнение (12) относитель«

40 но тока I находят:

Т вЂ” K7Uon (13) б

Подставляя (13) в выражение (7), 4 получают

11 = К 11 о (а(» а 2)4 <

КчУ оа

K2Ro a2nt т С а

5 Ф 4 ал (8) (14) у Из выражения (14 ) видно, что регулировкой коэффициента передачи масштабного преобразователя 23 канала

18 коррекции температурной погрешности можно добиться равенства где К2 - результирующий коэффициент передачи усилителя 21, демодулятора 22 и масштабного преобразователя 23, Регулировкой коэффициента К добиваютт ся р аве нст ва тогда

K2I Rîot2a t (6)

Таким образом, на выходе сумматора 11 образуется разность напряжен 02 и )з .

114 2 U3 Ro(К1 (о 1 42) — K2 22 t+K,R,IaF(1+ (,оt) . (7) Э то н апряжение по с тупае т н а один из входов сумматора 12, второй вход которого через резистивный делитель

R 13 соединен с источником 1 опорного напряжения, На выходе сумматора 12 получают сумму напряжений где К - коэффициент деления делителя R 13;

U,„- напряжение источника опорного напряжения, Это напряжение поступает на вход преобразователя 14-напряжения в частоту, На второй вход этого .преобразователя через сумматор 15 поступает сумма напряжений сумматора 11, связанного с одним из входов сумматора 15 через резистивный делитель

R 16; и напряжение питания источника опорного напряжения: где К - коэффициент деления делителя R 16, На выходе преобразователя 14 напряжения в частоту с коэффициентом передачи К получают выходную частоту, пропорциональную отношению напряжений U и Uo .

U5 Ue+K4Uon (10)

f = К вЂ” = Y

Вс(к Р ч U no U +K U с on

Выходное напряжение демодулятора

22 через масштабный преобразователь

24 с коэффициентом передачи К пос4 тупает на один из входов сумматора 2, н а второй вход которо ro подает ся í апряжение источника опорного напряжения, Таким образом, на выходе сул " матора 2 образуется напряжение

Это напряжение поступает на вход источника тока, выходкой ток которого определяется выражением

Ki Ro à Fg1+, dt)

1+K K R г аоа ь о 2

1597617 и тем самым скомпенсировать аддитивную составляющую температурной погрешности а регулировкой коэффициент а К масштабно го пр ео бр аз ов ателя 22 можно добиться равенства (здесь К и Ro — постоянные величины), и тем самым скомпенсировать мультипликативную составляющую температурной погрешности, 5

Подставив выражение (14) в формулу (1О), не трудно убедиться, что частота выходного сигнала не зависит от стабильности и представляет собой дробную функцию измеряемого парамет- 20 ра

Такая зависимость (формула 10) позволяет осуществлять автоматическую коррекцию погрешности нелинейности первичного тензопреобразователя, При этом, если чувствительность преобразователя с ростом усилия увеличивается, зггаменатель также должен возрастать, чтобы компенсировать это увеличение, и, наоборот, с уменьшением чувствительности знаменатель должен уменьшаться, что достигается выбо-35 ром величины и знака коэффициента К, Выбором коэффициента К осуществляется установка начального значения

I частоты, а выбором коэффициента. К

1 выбирается необходимая крутизна пре- 40 ,образователя, Такггм образом, в результате всех выше перечисленных мер эа счет компенсации аддитивной и мультипликативной ,составляющих температурной погрешнос- 45 ти и погрешности нелинейности удается повысить точность преобразователя, Независимость всех регулировок преобразователя не вызывает трудностей при его настройке, что также является преимуществом преобразователя.

Диаграммы, поясняющие механизм коррекции температурной погрешности, представлены на фиг.2, Эпюры напряжений 26 показывают выходное ггапряжение генератора 25 тактовых импульсов, Напряжение на выходе ключа 7 показано на диаграмме 27.

Это напряжение усилив ает ся усилителем 9 переменного напряжения, На эпюрах 28 и 29 показаны напряжения на входе и выходе этого усилителя соответственно, Моменту времени t .1 соответствует изменение температуры тензодатчика, На диаграмме 30 представлено выходное напряжение демодулятора 10, Диаграммы 31 показывают напряжение на сопротивлении 8 тензоме трическо го полумо ста 6, Это напряжение компенсируется выходным напряжением ключа 19 (диаграмма 32) °

При нормальной температуре Т выходное напряжегггге сумматора 17 равно нулю, а при изменении температуры

6т То до Т, на его выходе появляется переменное напряжение (момент времени t на диаграмме 33), Это напряжение усиливается усилителем 21 (диаграмма 34), На эпюре 35 показ ано демодулированное напряжение на выходе масштабного преобразователя 23, Это напряжение через масштабный преобразователь подается на вход сумматора 11 и склады" вается с напряжением эпюры 29, На выходе сумматора 11 имеется скорректированное по температуре напряжение (диаграмма 36).

Формул а изобретения

Преобразователь усилия, содержащий источник литания, источник опорного напряжения., источник постоянного тока, перви гный тензопреобразователь, генератор тактовых импульсов и преобразователь напряжения в частоту,отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два перекидных ключа, нормально разомкнутый ключ, три резистивных делителя, пять сумматоров, два усилителя переменного напряжения, два демодулятора и два масштабных преобразователя, а первичный тензопреобразователь выполнен в виде т ен з о ме тричес ко го полумо ст а, одно из плеч которого является компенсационным, при этом выход источника опорного напряжения через первый сумматор и источник постоянного тока соединен со средним контактом перво, го перекидного ключа, нормально разомкнутые контакты перво го и второго перекидных ключей сое10

1597617

UAix 5

26) 27) Ugx 9

28) иы

29) йых 4

UR8 з ) Оьх(9

Оаых 17

0ь)х 2f динены с компенсационным плечом тенэометрического полумоста, второе плечо которого соединено с нормально замкнутыми контактами ключей соэ со 5 держит контакт второго ключа через первый усилитель переменного напряжения, первый демодулятор соединен с первым входом второго сумматора, выход которого через второй вход треть- fp его сумматора соединен с преобразователем напряжения в частоту, первый вход третьего сумматора через первый резистивный делитель соединен с выходом источника опорного напряжения 15

1 причем выход второго сумматора через второй резистивный делитель соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход которого подключен к преобразователю напряжения в частоту, а первый выход четвертого сумматора соединен с источником опорного напряжения, компенсационное плечо тензометрического полумоста через пятый сумматор и второй усилитель переменно го напряжения с вяз ан с вторым демодулятором, выход которого связан через первый масштабный преобразователь с вторым входом второго сумматора и через второй масштабный преобра» эователь — с вторым входом первого сумматора, второй вход пятого сумматора через нормально разомкнутый ключ и третий реэистивный делитель связан с источником питания преобразователя усилия, а генератор тактовых импуль, сов соединен с управлякщими входами всех ключей и демодуляторов,