Датчик веса со струнным типом чувствительного элемента

Авторы патента:

G01L1/10 - путем измерения изменений частоты колебания напряженных элементов, например натянутых струн (с помощью резисторных тензометров G01L 1/22)

G01G3/12 - с упругим элементом в форме твердого тела, подвергаемого сжатию или растяжению в процессе взвешивания

Владельцы патента RU 2789103:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (RU)

Изобретение относится к устройствам для измерения веса и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где требуется измерение большого веса с высокой точностью. Устройство содержит корпус и плоскую мембрану, снабжено струнным чувствительным элементом, состоящим из струны, натянутой между двумя опорами, закрепленными на плоской мембране, магнит, электромагнитные датчики, усилитель обратной связи, термодатчик; микроконтроллер и преобразователь для внешнего интерфейса. При этом в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микроконтроллера содержится встроенное программно-математическое обеспечение (ПМО) с алгоритмами коррекции и компенсации ошибок измерения, построенными на основе интерполяции Лагранжа. Технический результат заключается в повышении точности измерений при измерении большого веса, порядка 100 тонн и выше. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения веса и может быть использовано в тяжелой и легкой промышленности, машиностроении, ракетостроении, сельском хозяйстве, при добыче полезных ископаемых (нефти, газа, угля и т.д.), а также в любой другой отрасли промышленности, где требуется измерение большого веса с высокой точностью.

Известен датчик силы [RU162006U1] содержащий корпус, в котором размещена струна, связанная одним концом с жестким центром закрепленной по контуру в корпусе мембраны, а другим концом соединенная с подвижным элементом, снабженным стопором и позволяющим изменять силу натяжения струны, электромагнитный датчик силы, создающий колебания состоит из магнитопровода с обмоткой, расположенный около средней части струны, и переходника, который соединяет жесткий центр мембраны с объектом измерения, кроме того, датчик силы содержит конденсатор, включенный последовательно с обмоткой электромагнитный датчик силы, и ограничителем, при этом жесткий центр выполнен в виде закрепленной на мембране втулки с центральным отверстием квадратного сечения, помещенного в это отверстие подвижного зажима струны с винтом, соединяющим втулку и подвижный зажим струны, подвижный элемент, снабженный стопором, выполнен в виде двуплечего поворотного рычага с неподвижным электромагнитным датчиком силы рычага в составе магнитопровода с обмоткой, первое плечо двуплечего поворотного рычага соединено с другим концом струны, а стопор и электромагнит рычага размещены по разные стороны второго плеча, ограничитель выполнен в виде скобы, одним отогнутым концом закреплен на подвижном зажиме струны, второй его отогнутый конец размещен в зоне первого плеча двуплечего поворотного рычага с возможностью взаимодействия с ним.

К недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие температурных и амплитудных коррекций масштабного коэффициента датчика.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является устройство струнного датчика силы [SU991194A1], который состоит из корпуса и одним концом жестко закрепленного в нем струны выполненной из магнитомягкого материала, а вторым концом на подвижном упругом элементе, усилитель, на выход которого подключен электромагнитный возбудитель, а на вход - электромагнитный датчик, образуя петлю положительной обратной связи.

К недостатку известного устройства относится то, что конструкция датчика позволяет проводить измерение силы (веса) только в одном из направлений - в направлении растяжения струны, а так же отсутствие температурных и амплитудных коррекций масштабного коэффициента датчика, что сужает точность измерений и область применения датчика.

Задачей изобретения является создание устройства для высокоточного измерения веса, порядка 100 тонн и выше, на основе струнного чувствительного элемента, а также компенсация температуры применение алгоритма обработки измерительной формации построенного на основе интерполяций Лагранжа.

Техническим результатом является повышение точности измерений при измерении большого веса, порядка 100 тонн и выше.

Поставленная задача достигается тем, что устройство, содержащее корпус, и плоскую мембрану, снабжено струнным чувствительным элементом, состоящий из струны натянутой между двумя опорами, закрепленными на плоской мембране, магнит, электромагнитные датчики, усилитель обратной связи, термодатчик; микроконтроллер и преобразователь для внешнего интерфейса. При этом в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микроконтроллера содержится встроенное программно-математическое обеспечение (ПМО) с алгоритмами коррекции и компенсации ошибок измерения построенными на основе интерполяции Лагранжа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена упрощенная конструкция чувствительного элемента и функциональная схема датчика.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - плоская мембрана; 3 - опора; 4 - струна; 5 и 5' - электромагнитные датчики; 6 - постоянный магнит; немагнитная опора; 7 - немагнитная опора; 8 - блок электроники; 9 - усилитель обратной связи; 10 - микроконтроллер; 11 - термодатчик; 12 - контроллер выходного интерфейса; 13 - интерфейс ввода/вывода; 14 - питание.

Устройство состоит из корпуса 1, на котором жестко закреплена плоская мембрана 2, на плоской мембране жестко закреплены опоры 3, между которыми натянута струна 4, вблизи струны расположен постоянный магнит 6, жестко закрепленный на немагнитной опоре 7, установленной в корпусе 1. Кроме того, вблизи струны расположены электромагнитные датчики 5 и 5' жестко закрепленные в корпусе 1, при этом, выход электромагнитного датчика 5' соединен с входом усилителя обратной связи 9, а вход электромагнитного датчика 5 соединен с выходом усилителя обратной связи 9. Выходное напряжение усилителя обратной связи поступает на вход внешних прерываний микроконтроллера (МК) 10, к цифровому выходу микроконтроллера подключен контроллер выходного интерфейса (КВИ) 12, выходом КВИ является интерфейс ввода/вывода 13, питание 14 поступает на входы УОС, МК и КВИ.

Работа устройства осуществляется следующим образом. После подачи питания на вход 14, КВИ, МК и УОС начинают работать. Струна 4, постоянный магнит 6, электромагнитные датчики 5 и 5', а также УОС 9 образуют петлю положительной обратной связи, возбуждая поддерживаемые автоколебания струны, при этом на выходе УОС 9 формируются прямоугольные импульсы, частота которых равна частоте колебаний струны, эти импульсы поступают на вход внешних прерываний МК 10, согласно алгоритму ПМО загруженному в ПЗУ МК 10 происходит вычисление частоты колебаний и ее обработка с использованием итреполяции Лагранжа для повышения точности результатов измерения веса. Обработанное значение частоты, переведенное в единицу измерения веса, в цифровом формате поступает на вход КВИ 13 и далее потребителю. Через интерфейс ввода/вывода также проводится настройка параметров датчика, осуществляется его калибровка и режим работы, а также производится запись (логирование) данных.

Частота колебаний струны 4, пропорциональна величине прогиба плоской мембраны 2, которая в свою очередь зависит от величины входного воздействия F - силы действующей на плоскую мембрану 2, создаваемую объектом, вес которого измеряется. Таким образом, частота колебаний струны пропорциональна измеряемому весу.

Результат измерения веса зависит от температуры внешней среды, которая измеряется при помощи термодатчика 11, результат измерения температуры корпуса поступает на вход МК 10 и участвует в обработке результатов измерения веса, производя компенсацию температурной погрешности измерения.

Технико-экономическая эффективность практического использования заключается в том, что использование струнного типа чувствительного элемента повышает точность измерений. Так, например, при номинальном пределе измерений в 100 тонн, датчик со струнным типом чувствительного элемента будет иметь погрешность порядка 1 кг, в то время как современные датчики имеют погрешность измерения порядка 10 кг. Таким образом, заявленный датчик веса со струнным типом чувствительного элемента может заменить целый ряд аналогичных датчиков.

Датчик веса со струнным типом чувствительного элемента, содержащий корпус и плоскую мембрану, отличающийся тем, что он включает струнный чувствительный элемент, состоящий из струны, натянутой между двумя опорами, закрепленными на плоской мембране, магнит, электромагнитные датчики, усилитель обратной связи, термодатчик; микроконтроллер и преобразователь для внешнего интерфейса, при этом в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микроконтроллера содержится встроенное программно-математическое обеспечение (ПМО) с алгоритмами коррекции и компенсации ошибок измерения, построенными на основе интерполяции Лагранжа.

Похожие патенты:

Датчик перемещения // 2783958

Изобретение относится к области электрических измерений перемещений в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Датчик перемещения содержит корпус, измерительный элемент в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, первый подвижный наконечник в виде полого цилиндра, первый преобразователь натяжения струны, под первым рабочим участком струны размещен второй преобразователь.

Датчик перемещения // 2783958

Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны импульсом полусинусоидальной формы // 2782678

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться для возбуждения непрерывных колебаний струнного преобразователя с одной электромагнитной катушкой возбуждения в режиме свободных колебаний, в условиях переменного уровня электрических помех. Устройство для возбуждения непрерывных колебаний состоит из генератора пусковых импульсов, струнного преобразователя с одной электромагнитной катушкой, первого и второго перемножителей аналоговых сигналов, частотного детектора, блока выборки и хранения, управляемого напряжением ждущего одновибратора, коммутатора, генератора импульсов полуволны синусоиды с управляемой напряжением амплитудой, усилителя, усилителя-ограничителя, первого и второго ждущих мультивибраторов, схемы совпадения, первого и второго амплитудных детекторов, фильтра низких частот, фильтра высоких частот, первого и второго эмиттерных повторителей и компаратора с управляемым напряжением уровнем срабатывания.

Датчик перемещения // 2777515

Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны // 2728245

Использование: для возбуждения непрерывных колебаний струнного преобразователя с одной электромагнитной катушкой возбуждения в режиме свободных колебаний для отслеживания, в составе системы мониторинга, технического состояния конструкции здания или сооружения в процессе эксплуатации, позволяющее своевременно выявить превышение допустимых деформаций конструкции и предупреждать ее разрушение.

Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны // 2689283

Изобретение относится к области метрологии, в частности к устройствам возбуждения струнного преобразователя. Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны состоит из генератора пусковых импульсов, струнного преобразователя, первого и второго перемножителей аналоговых сигналов, частотного детектора, блока выборки и хранения и управляемого напряжением ждущего одновибратора, коммутатора, генератора импульсов полуволны синусоиды с управляемой напряжением амплитудой, усилителя, усилителя-ограничителя, первого и второго ждущих мультивибраторов, схемы совпадения, амплитудного детектора, фильтра низких частот и компаратора.

Датчик перемещения // 2685803

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин, в частности перемещений, и может использоваться в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Датчик перемещения содержит корпус с измерительным элементом в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с первым наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндр, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок струны постоянной длины, на образующей цилиндра в средней его части расположен первый преобразователь натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра первого наконечника, размещены второй и третий преобразователи измеряемой величины в электрический сигнал, причем второй преобразователь закреплен на корпусе датчика перемещения, герметизация корпуса датчика осуществлена за счет сильфона.

Датчик перемещения // 2685803

Виброчастотный датчик абсолютного давления // 2660621

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения давления разрежения. Заявленный виброчастотный датчик абсолютного давления содержит крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами, внутренний объем корпуса герметизирован, при этом ось симметрии виброчастотного элемента совпадает с осью симметрии резонатора, в осевом направлении заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован.

Тензометрические весы // 2599906

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано в устройстве тензометрических весов, используемых для определения составляющих векторов аэродинамической силы и момента, действующих на модели летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы. Заявленные тензометрические весы содержат силовводящий и силовыводящий элементы для установки испытываемой модели и крепления тензовесов в рабочей части аэродинамической трубы, пятикомпонентный измерительный элемент поперечных сил, изгибающих и крутящего моментов, состоящий из продольных балок с установленными на них тензорезисторами, и измерительный элемент продольной силы, состоящий из подвижного и неподвижного оснований, разделенных вертикальными пазами и косым разрезом с уменьшением от корневого к периферийному размера поперечных сечений обеих оснований, соединенных между собой пакетами поперечно расположенных упругих шарниров и чувствительными элементами с установленными на них тензорезисторами.