Способ определения собственных частот приборов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров колебаний мембранных датчиков и реле давления. Цель изобретения - упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления. При реализации способа с помощью пневматического или гидравлического давления создают статическое перемещение упругого элемента прибора, измеряют величину этого перемещения и приложенное давление и по ним определяют резонансную частоту. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 Н 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ !

1 (21) 4833303/28 (22) 01.06.90 (46 15,02.93. Бюл. № 6 (7 Э. Н. Кузьмин (56 Авторское свидетельство СССР

¹ 1107006, кл. G 01 Н 13/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹1635012, кл. G 01 Н 33/00, 1989. (54j СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЬ(Х ЧАСТОТ ПРИБОРОВ (57). Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения параметров колебаний приборов, сводящихся к одной или нескольким автономным системам с одной степенью свободы.

Известен спо"o6 определения собственной частоты прибора, заключающийся в том, что создают статическое перемещение упругого элемента, измеряют его и используют измеренное значение для определения собственной частоты (1). Статическое переМещение создают с помощью приложенной к упругому элементу силы веса (2) с помоЩью действующего на упругую систему ускорения (в частности,. центростремительного, (3, 4) либо с помощью последовательного воздействия сосредоточеннбй силы и центростремительного ускорения (5). Последний способ является наиболее близким к предлагаемому по техничесКой сущности и достигаемому результату.

„, . („, 1795305 А1 определения параметров колебаний мембранных датчиков и реле давления, Цель изобретения — упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления, При реализации способа с помощью пневматического или гидравлического давления создают статическое перемещение упругого элемента прибора, измеряют величину этого перемещения и приложенное давление и по ним определяют резонансную частоту.

1 ил.

Недостатком существующих способов является невысокая точность определения собственных частот в технически важных случаях, когда механическая система прибора приводится к нескольким (чаще к двум) автономным системам с одной степенью свободы. Между тем в последние годы такие системы (особенно в мембранных датчиках и сигнализаторах давления (6) широко используются для йовышения чувствительности и стойкости приборов к воздействию линейного, ударйого и вибрационного ускорений (7, 8). Тийичным примером прибора, сводящегося к двум упругим системам с одной степенью свободы, является реле давления, содержащее корпус, в котором для повышения чувствительности и стойкости к механическим воздействиям размещены два мембранных чувствительных элемента с контактами, работающими при изменении давления встречно, У такого реле контакты могут быть выполнены на замыкание или на размыкание, Соответственно при разомкнутых контактах упругих систем.

1795305 прибора работают автономно и прибор имеет две собственных частоты, при замкнутых контактах две упругие системы прибора соединяются и образуют общую систему с одной степенью свободы и одной собственной частотой.

При создании по способу-прототипу статического перемещения с помощью центростремительного ускорения деформироваться будут обе упругие системы, в частности, при идентичных параметрах упругих систем замыкание (размыкание) контактов (в зависимости от варианта выполнения) реализовать невозможно. По-. следовательное же выключение одной из систем с помощью жесткого упора будет вносить в измерения погрешность за счет изменения заданной величины статического перемещения (особенно при малых зазорах между контактами). 20

Другим недостатком прототипа является сложнасть (и поэтому невысокая точность) измерения заданного статического перемещения в собранном приборе, и то то npv высокой жесткостй упругих элемен тов и малых массах упругих систем для замыкания (размыкания) контактов требуется создание значительных центростремительных ускорений, которые могут превысить допустимые для прибора и привести к де- 30 формации, например, корпуса (и соответственна изменению величины заданного перемещения).

Целью изобретения является упрощение и повь1шение точности определения собственных частот мембранных приборов давления.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения собственных 40 частот приборов, па которому создают статическое перемещение упругого элемента, изменяют его и используют измеренное значение для вычисления собственной частоты, статическое перемещение создают с 45 помощью пневматического или гидравлического давления, измеряют соответствующую заданному перемещению величину давления, а собственную частоту вычисляют па формуле 50

1 %-"

+,Ь,з/г

55 где д, — заданная величина статического перемещения;

Рз — соответствующая заданному перемещению величина давления;

S, S y — соответственно, полное и эффективное значения площади чувствительного элемента, например, мембраны;

m. ту — соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента;

Как известно (5). значение собственной частоты определяется формулой:

Я. о =

2л +(К )з/г

Кс Р

CF CF

Р откуда, учитывая, что из (3) — = Я,ф, получим, что (3) S (4)

При этом действие (по предлагаемому способу) пневматического или гидравлического давления нэ чувствительный элемент мембранного типа или сильфон (выполненный в виде последовательно соединенных мембран) практически эквивалентно действию распределенной инерционной нагрузки (по способу-прототипу (5)) т.к. в этих чувствительных элементах используются мембраны постоянной толщины (9). Поэтому для таких чувствительных элементов замена распределенной инерционной силы давлением не изменяет кривой прогиба.

После подстановки (2) и (4) в (1) окончательно имеем где F — сосредоточенная сила, д — измеренное значение статического перемещения;

m, ту — соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента;

К вЂ” статический коэффициент приведения, показывающий, какую долю распреде-. ленной силы надо приложить в виде сосредоточенной силы к упругому элементу, чтобы получить то же статическое перемещение.

Найдем входящие в (1) параметры.

Р Sap, (2) где Р— давление;

Яэф — эффективная площадь мембранного чувствительного элемента, равная отношению обеспечивающих одинаковое статическое перемещение д> силы F и давления Р, Значение Кс найдем из следующих соображений. Как показано в (5) величина Кс для мембраны находится из условия одинакового перемещения д> при действии сосредоточенной силы F= Кс Р S u распределенной по площади S нагрузки Р, т. е.

1795305

/ Бэф з (6)

2< +(S )за .

Зэф

Соответствие технического решения критерию "существенные ьтлмчия" подтверждается следующим.

Известны технические решения, содержание признаки. сходные с признаками, отличающими заявляембе решение от прототипа, Например, в справочнике описаны технические решения, содержащие признаки создания статического перемещения с помощью действующего на мембранудавл ния и измерения соответствующей заданному перемещению величины давления, Однако сравнение свойств предлагаемого и известного решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показывает, что решение, описанное выше, не обеспечивает возможности определения собственных частот прибора, Таким образом, у предлагаемого решвния Появляется свойство, не совпадающее со свойствами известного решения. Поэтому можно сделдть вывод, что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

Возможность достижения положительнаго эффекта (упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления) подтверждается следующим, Такие параметры прибора, как $,3эф, m, m> определяются при разработке и записываются в КД, В КД также записываются и чувствительность упругого элемента по давлению — Мр (перемещение на единицу давления). Поэтому после измерения давления

Pg легко находится величина д = Рз Мр и ее измерение в собранном приборе не требуется, Это существенно упрощает способ.

Не требуется также создавать центростремительного ускорения большой величины, которое может сдеформирсвать элементы прибора, в нем создается давление (разрежение), не превышающее допустимой величины (величины давления замыкания или размыкания контактов), что повышает точность способа. При наличии двух встречно работающих мембран одна из них легко отключается перекрытием канала создания давления {разрежения), Способ осуществляют следующим образом.

Прибор соединяют с системой создания избыточного давления или разрежения (в зависимости от типа прибора давления).

Плавна изменяя давление в приборе, измеряют давление P3, cooi ветствующее заданному перемещению д> . Фактическую величину давления Рз определяют для приборов с аналоговым выходом косвенным измерением (например, по тарировочной зависи5 мости "напряжение — давление" для приборов с релей н ым выходом (реле давления) — прямым измерением с помощью соединенного с системой создания избы точного давления или разрежения иэмери10 тельного прибора в момент замыкания или размыкания кьнтактов реле давления. Вели- чину заданного перемещения д, выбирают иэ условия непревышения напряжений в материалеупругаго элемента величины пре15 дела пропорциональности. Фактическую величину дз определяют прямым измерением (например, измерением зазора между контактами реле давления) или косвенным измерением — например, как произведение

20 Рз Мр. После определения значений Рз и дз проводят вычисление собственной частоты f по фор 1уле (1).

Пример. Определяют собственные частоты реле давления, показанного на фиг, 1. Реле давления содержит герметичный корпус 1, изолированные от него две одинаковых мембраны 2 и 3 с контактами 4 и 5, соединенные с системы подвода давления (разрежения) штуцера 6 и 7, токавыводы 8, 30 индикатор наличия электрической цепи (например, лампочку) 9, включенный в цепь с источником питания 10, мембранами 2 и 3, контактами 4 и 5 и токовыводами 8, Конструктивные параметры реле давления приведены в таблице, величина Л= 10 см.

Штуцеры 6 и 7 подсоединяют к системе подачи давления, плавно повышают давление и в момент загорания лампочки 9 (при замыкании контактов 4, 5) фиксируют (например, по образцовому манометру G предкг елом 2,5, класс точности 0,25) давление см

Рэ =1 кг/см, После замыкания контактов поДачу давления в штуцер 6 прекращают, Давление, проводимое в штуцер 7, плавно повышают до 1,55 кг/см и затем плавно снижают, при погасании лампочки 9 (размыкания контактов 4, 5) фиксируют давление .Рэ =0,95 кг/см .

По полученным данным определяют значения Р и д,: для разомкнутых контактов 3,4-Рэ=1,0 кг/см, д = — = 0,5 10 см; г

55 для замкнутых контактов 3,4 — Рз---1,55—

0,95=0,6 кг/см; дз — Рз 2 06 25 10 =1,5 10 см.

1795305 = 3 10 Гц

f—

2 л $ ф)з/2

Вычисляют по формуле (1) собственные частоты прибора: для первой упругой системы (мембрана

2 с контактом 4)—

f01 =

1 0,5 102

ы: +О.267 для второй упругой системы (мембрана 3 с контактом 3)—

f02 = Х

2л!

05 -102

0,6 10 +(0,25) 2 10

Формула изобретения

Способ определения собственных частот приборов, заключающийся в том, что создают статическое перемещение упругого элемента, измеряют его и используют измеренное значение для вычиСления собственной частоты, отл и ч а ю щийс ятем,что, с целью упрощения и повышения точности определения собственных частот мембранных приборов давления, статическое перемещение создают с помощью гидравлического или пневматического давления, измеряют соответствующую заданному перемещению величину давления, а собственную частоту 4 вычисляют по формуле

=2,45 10 Гц для третьей упругой системы (мембраны 2, 3 с замкнутыми контактами 45) 0З5

0,6 1.0

15 10 (0,6 +0,3) 10 + (0,25) 2 2 10

-27 10 Гц

Таким образом, для исследуемого реле давления диапазон резонансных частот составляет (2,45...3,0) 10 Гц.

Применение предлагаемого способа обеспечивает упрощение и повышение точности определения собственных частот приборов давления за счет исключения

0 операций измерения величины и испытаний прибора на центрифуге при больших значениях центростремительного ускорения.. где д, — заданная величина статического перемещения;

P3 — соответствующая перемещению

0> величина давления;

S, Яэф-соответственно полное и эффективное значения площади мембраны;

m, my — соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента.

1795305

Составитель 3.Кузьмин

Техред М.Моргентал Корректор Я.Ливринц

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 423 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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