Способ измерения силы с компенсацией температурной погрешности

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения усилий в устройствах прямого преобразования. Целью изобретения является повышение точности измерения силы электромеханическими устройствами с балочным упругим элементом. Предварительно при калибровке измерительного устройства определяют собственную частоту свободных колебаний балочного упругого чувствительного элемента 1. Непосредственно перед измерением или в процессе измерения определяют текущее значение его собственной частоты свободных колебаний. Температурнозависимую поправку определяют как квадрат частного от деления текущего значения собственной частоты на значение собственной частоты при калибровке и умножают текущее значение выходного сигнала на вычисленную поправку . 1 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Il ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4649918/10 (22) 14.02.89 (46) 23.01.91. Бюл. МЗ (71) Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе (72) В.Е.Мельников, К,М.Лукомский и

Е.Н.Мельникова (53) 531.781(088.8) (56) Патент США N. 3290928. кл.73-88.5, 1967.

Термокомпенсированное тенэоизмерительное устройство для высоких температур. Экспресс-информация,сер, Испытательные приборы и стенды.

ВИНИ ТИ, М 5, 1973, рев.28, с.5-8, Тензореэистивные датчики с компенсацией влияния температурного изменения модуля упругости материала испытываемых образцов. Экспресс-информация, сер.

Испытательные приборы и стенды.

ВИНИТИ, М 8. рев. 114, с. 19-27. (ss)s G 01 L 1/00. 6 01 P 15/00 (54)СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ С

КОМПЕНСАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения усилий в устройствах прямого преобразования. Целью изобретения является повышение точности измерения силы электромеханическими устройствами с балочным упругим элементом. Предварительно при калибровке измерительного устройства определяют собственную частоту свободных колебаний балочного упругого чувствительного элемента 1, Непосредственно перед измерением или в процессе измерения определяют текущее значение его собственной частоты свободных колебаний. Температурноэависимую поправку определяют как квадрат частного от деления текущего значения собственной частоты на значение собственной частоты при калибровке и умножают текущее значение выходного сигнала на вычисленную поправку. 1 ил.

1б22781

Изобретение относится к прецизионному машиностроению и предназначено для измерения усилий в устройствах прямого преобразования, имеющих малодемпфированные стержневые (балочные) упругие чувствительные элементы, работающие на изгиб.

Целью изобретения явгяется повышение точности измерения силы электромеханическими устройствами с балочным упругим элементом.

На чертеже представлена упрощенная функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит балочный упругий чувствительный элемент 1, консольно закрепленный в корпусе 2, На самом чувствительном элементе 1 в зоне его наибольших изгибных напряжений размещен вторичный измерительный преобразователь, условно обозначенный на чертеже зоной 3. В качестве такого преобразователя может быть использован, например струнный автогенератор, пьезоэлектрический элемент, тензорезистивный мост с наклеенными тензоэлементами. Вторичный измерительный преобразователь может быть образован и непосредственно в материале балки и выполнен, например, на поверхностно-акустических волнах (ПАВ) или с нанесением пьезо- или тенэорезисTèвныx элементов, Этот случай условно отл<ече«на поз.3, Вторичный измерительный преобразователь может быть установлен и у конца чувствительного элемента, например, преобразователи емкостного или фотоэлектрического типа, Этот вариант отмечен поз. 3"

Для успешной реализации способа необходимо условие отсутствия принудительного демпфирования либо наличие относительно малого "естественного" демпфирования эа счет внутреннего трения в материале <увствительного элемента или демпфирования окружающей балку газовой средой. Обычно это выполняется в большинстве силоизмерительных устройств стержневого типа. Вторичный измерительный преобразователь 3 подключен к входу усилительно-преобразовательного устройства (УПУ)-4 (им может быть в простейшем случае усилитель, частотно-зависимая электронная схема, канал выделения разностной частоты и т.п, в зависимости от типа вторичного измерительного преобразователя). Выход УПУ-4 подключен к регистрирующей аппаратуре 5 (например стрелочному или цифровому индикатору).

Кроме этого, выход УПУ-4 соединен с частотомером 6. Устройство снабжено ударным механизмом, состоящим из закрепленнои в корпусе 2 консольной биморфной пластины 7

55 с бойком 8, электроды которой подключены к выходу источника импульсного напряжения 9.

Предложенный способ реализуется следующим образом, При калибровке силоизмерительного устройства в заводских либо в лабораторных условиях перед началом цикла измерений определяют собственную частоту свободных иэгибных колебаний чувствительного элемента в направлении измерительной оси. Определение частоты при этом возможно как при подключении источника

9, так и на ударном стенде в процессе вибро-ударных испытаний изделия, Далее, непосредственно перед началом измерения (г<риложением измеряемой силы) от источника 9 задается ударное возмущение чувствительного элемента 1 благодаря изгибу пластины 7 и ее быстрого возвращения в исходное положение после снятия импульса напряжения, В процессе колебаний элемента 1 частотомером 6 производится определение текущего значения собственной частоты колебаний чувствительного элемента, Следует заметить, <то, если измеряемый силовой параметр F в процессе нагружения балки чувствительного элемента не вносит

p0ïoër<è TeJr üíóþ (присоединенную) массу и не меняет ее изгибную жесткость, как это имеет место в акселеоометрах, то выше описанную операцию определения текущей частоты можно производить и в процессе измерения

Следующая операция способа — определение частного от деления текущего значения собственной частоты на значение собственной частоты при калибровке и возведение результата деления в квадрат производится численно по результатам измерения.

Возможна и аппаратурная реализация этой операции, как и реализация последующей, последней операции, связанной с введением поправки в результат измерения силы домножением значения показаний силоизмерителя на квадрат частного от деления искомых частот.

Эффект температурной компенсации результатов измерения в данном способе достигается следующим образом.

Сигнал с выхода силоизмерителя при калибровке можно представить в виде - ПЫ <тд = <о (1) где k T, — крутизна характеристики преобразования силоизмерителя при температуре

То, при которой калибровка производится:

1622781

F- прикладываемая (измеряемая) сила.

В то же время k» можно выразить

"то

Кп (2) о

Домножим теперь правую и левую части выражения (4) на отношение f /f г,, 2 получим

f2 1 f2 1О,((5)

lO О где fl — частота собственных изгибных колебаний балки чувствительного элемента в направлении приложения измеряемой силы, измеренная в процессе калибровки силоизмерителя;

Составитель В.Курбатова

Редактор Е.Дормидонтова Техред 3.Цаплюк Корректор Л.Алексеенко

Заказ 146/91 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж.ород, yn,Гагарина, 101 где С, — жесткость балочного чувствительного элемента на изгиб при температуре То, KII — произведение коэффициентов преобразования вторичного измерительного преобразователя и последующих функциональных элементов силоизмерителя вплоть до указателя (регистратора), Жесткость балочного чувствительного элемента при текущих измерениях можно представить

С = Сто (1 + (ае 4" a ) h Т + a p ayÒ )=

=ЛС„, (3) где aE — температурный коэффициент изменения модуля Юнга материала балки, a — температурный коэффициент линейного расширения материала балки;

1 — коэффициент, учитывающий изменение параметров магериала yIIpyroIo элемента от температуры.

Таким образом, с учетом (1) - (3) при условии, что температурными нестабильно стями других элементов можно пренебречь, текущая величина выходного сигнала силоизмерителя выразится

Оеых = кт у F. (4) f — текущая частота балки, изморенная непосредственно перед ее нагркч:ением измеряемым усилением F.

Из теории свободных колебаний стерж5 2 ня известно, что (6) 1О тогда с учетом (1) имеем г

1 Вых — 2 — = 1 1ОР = . Выхт, т0

Таким образом,из вышеприведенного следует, что в предложенном способе за счет домножения выходного сигнала силоизмерителя на квадрат частного с — деления частот Галки его

15 чуьствительного элемента, опрсделенных перед измерением 11 при калибровке силоизмерителя, достигается «емпературная компенсация погрешности силоизмериlåëя, обусловленная температурными изменениями свойств материаг.а чувствигельного элемента.

< >ормула изобретения способ измерения силы с компенсацией емпературной погрешности, закл>оча .ощийся в фиксировании теvyLl c.-î значения выходногс сигнала и введении и него температурно зависимой поправки, о т л и ч аю щ и и с»ем, что - целью повыв.ения точности измерения силы лектромехэни30 ческими устройствами с балочным упру им элементом, предварительно при калибровке устройства ol.ределяют собстве н ю частоту свободных колебаний чувствительного элемента, для устройств г. контактным измерением силы непосредстоен 1о перед измерением, а для устроистR с бесконтактным измерением силы непосредственно перед измерением или в процессе измерения о".ределяют текущее значение собственной частоты с ободных

40 колебаний, при этом температурно-зависимую поправку определяют как квадрат час1ного от деления текущего значения собственной частоты на значение собственной частоты при калибровке и чмножают текущее значение выходного сигнала на вычисленную поправку.