Частотный преобразователь механических сил

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТИДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свиа-ву(22) ЗаявлЕно 25. 04. 77 (21) 2478649/18 — 10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 05, 07. 79. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 05. 07, 79

Союз Советсммх

Соцмалмстммескнх

Ресяублни

Гавударстввнный «фмвтвт

СССР нв делам нзобрвтвннй н втнрытнй (72) Авторы изобретения

В. В. Назаренко, 10. А. Скрипник и Б. А. Танюк

Киевский технологический институт легкой промышленности (71) Заявитель (54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ

Изобретение относится к области контрольноизмерительной техники и может быть использовано для преобразования в частоту электрического сигнала значений обобщенных механических сил (давлений, механических напряжений, моментов, ускорений, масс, перемещений и др. величин, создающих силовое воздействие) с повышенной точностью.

Известны частотные преобразователи различных механических величин в частоту электрических колебаний (1) и (2). Недостатком частотных преобразователей, выполненных по схеме прямого преобразования, является низкая точность преобразования иэ-за нестабильности крутизны (чув. ствительности) частотного преобразования от изменений температуры, давления, старения и износа элементов.

Более высокой точностью обладают следящие частотные преобразователи механических величин, работающие по принципу силового уравновешивания, у которых частотный преобразователь охвачен отрицательной обратной связью через обратный преобразователь. Для снижения погрешности, вносимой нестабильностью частотного преоб-; разователя цепи прямого преобразования, умень- шают статизм замкнутой схемы за счет увеличения глубины обратной связи. Это приводит к необходимости создания обратных преобразователей (магнитно — электрических или электродинамических) с выхоцной силой, равной измеряемой.

В ряде случаев невозможно реализовать звено обратной связи (обратный электромеханический преобразователь) с выходной силой, соизмеримой по величине с измеряемой силой. Это особенно остро ощущается при создании частотных датчиков больших давлений, масс, моментов с силовым уравновешиванием входной величины (3) и (4).

Использование рычажных передач и других механических преобразователей снижает точность преобразования и увеличивает вес и габариты измерительного преобразователя, Целью изобретения является создание частотных преобразователей на большие значения обобшенных сил с использованием малых уравновешивающих сил без механической редукции с сохранением точности характеристик, свойственных преобразователям полного уравновешивания, а также линеаризация характеристики частотного преобразования.

Зта цель достигается тем, что частотный пре. образователь обобщенных механических сил, содержащий устройство сравнения сил, к выходу которого подключен частотный преобразователь разностной силы, делитель частоты, запоминающий генератор и обратьи|й преобразователь, соединенный с одним из входов устройства срав. нения сил, введены блок вычитания частот, yn- 30 равлнемые несимметричным муль| 1вибратором ключ и переключатель, вход которого подключен к выходу частотного преобразователя разност. иой силы,а один иэ выходов через делитель часто гы соединен со входом запоминающего генератора выход которого связан с одним из Входов блока вычитания частот, второй вход которого соединен со вторым выходом переключателя, а выход блока вычитания частот соединен через ключ с обратным электромеханическим преобразователем.

Для увеличения линеаризации характеристики в схему дополнительно может быть введен, например, формирователь однополярных импульсов с постоянной вольт — секундной площадью, включенный между выходом блока вычитани» частот и входом обратного преобразователя.

На чертеже представлена функциональная схема частотного преобразователя с неполным силовым уравновешиванием. 30

Преобразователь включает устройство 1 сравнения сил, частотный преобразователь 2 разностт ной силы, переключатель 3 на два положения, несимметричный мультивибратор 4, делитель 5 частоты, запоминающий генератор 6, блок 7 вычитания частот, формирователь 8 однололярных импульсов, ключ 9, обратный электромеханический преобразователь 10.

На один вход устройства 1 сравнения воздействует измеряемая сила Р„, на другой вход — 4о уравновешивающая сила Р, создаваемая преобразователем 10. Разностная сила ЬР = Є— Р„ преобразователем 2 преобразуется в частоту электрических колебаний, которые при верхнем положении переключателя 3 запомйнаются генератором 6 с учетом коэффициента деления делителя частоты 5, а при нижнем положении подаются на один из входов блока 7, второй вход которого подключен к выходу генератора б. С помощью блока вычитания частот выделяются колебания разностной частоты, используемые в качестве выходного сигнала преобразователя. При замкнутом . положении ключа 9 колебания разностной частоты поступают на обратный преобразователь 10, где преобразуются в уравновешивающую силу P6 .

Вначале при запуске мультивибратора 4 ключ

9 переводится в верхнее положение, и на обратный преобразователь 10 электрический сигнал не поступает, Из-- за отсутствия уравновешивающей

4 силы 1 на нреобраэователь 2 воздействует только обобщенная сила Р„, которая преобразуется в частоту электрических колебаний f> ††- S Р„, где S «увствнтельность частотного преобразователя. Эти колебани» через переключатель 3, который также находитс» в верхнем положении, и делитель 5 с коэффициентом деления и поступают на управляющий вход запоминающего генератора 6. В качестве генератора, запоминающего частоту 1 /и, может быть использован, например, магнитный мультивибратор с подмагничиваемым промежуто«ным трансформатором, выполненным на разветвленном магнитопроводе с прямоугольной петлей гистерезиса.

При переводе переключателя 3 и ключа 9 в нижнее положение на обратный преобразователь

10 на«инают поступать колебания раэностной «астоты d f, которые создают уравновешивающую силу Р, =фМ, где P — коэффициент обратного преобразования. При действии уравновешивающей силы частота на выходе преобразователя 2 равна

1о )

5f =, — f,/n = S f (1 — 1!и) P„-- Po }

Выражая уравновешивающую силу Р через значение разностной частоты., получаем

) S(1- 1/и ) р

Х

При выполнении услови» PS »1 имеем

М- 1/и), 0-1, . дя х я х а уравновешивающая сила

tl- 1 а х

Если выбрать коэффициент деления и близким к единице, то Р, ((Р„. В то же время значение выходной частоты d f не зависит от чувствительности частотного преобразователя S, а следовательно, и от его нестабильности. Точность частотного преобразования определяется стабильностью коэффициента деления и и коэффициентом обратного преобразователя Р.

Переключатель 3 и ключ 9 управляются несимметричным мультивибратором 4. Длительность короткого импульса, которая соответствует верхнему положению переключателя и ключа, выбирается иэ необходимого времени запоминания частоты. Остальная часть периода колебаний несимметричного мультивибратора используется для подключения обратного преобразователя 10 к блоку 7 и уравновешиванию замкнутой системы с учетом инерционности обратного электромеханического преобразователя. Период колебаний мультивибратора выбирается в зависимости от скорости изменения преобразуемой силы Рх и инерционности преобразовательных эвеньев (1...10 c) .

При использовании магнитоэлектрического обратного преобразователя разностная частота М предварительно преобразуется в постоянный ток, 672518

Составитель Г. Максягин

Редактор О. Филиппова Техред М, Келемеш Корректор О. Ковинскas

Тираж 1089 Под писно е

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3879/42

Филиал 11ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 который питает обмотку преобразователя и создает пропорциональную силу.

При использовании электромагнитных или электродинамических преобразователей в цепь обратной связи для повышения линейности характеристики дополнител и может быть введен формирователь однополярных импульсов 8 с постоянной вольт-секундной площадью, что обеспечивает линейность преобразования обобщенной силы P в частоту bf электрического сигнала. 10

Предложенный преобразователь по точностным характеристикам qå уступает преобразователям с полным уравновешиванием, но может быть реализо ван с малым значением уравновешивающей силы.

С помощью формирователя однополярных импуль- 5 сов обеспечивается линейность характеристики преоб1 азевания при любом типе обратного электромех щичеcкого преобразователя.

Эти свойства получены благодаря введению в схему электрической редукции с помощью делителя частоты, запоминающего генератора и бло ка вычитания частот вместо механической редук; ции, которая используется в известных преобразователях с силовым уравновешиванием при неравных силах. Вместо механического рычага с определенным соотношением длин используют электрический "рычаг" на основе заданного коэффициента деления частоты (). Это

П уменьшает габариты и вес преобразователей механических величин с силовой компенсацией при э0 сохранении их точности.

Формула изобретения

Частотный преобразователь механических сил, содержащий устройство сравнения сил, к выходу 35 которого подключен частотный преобразователь разностной силы, делитель частоты, запоминающий генератор и обратный электромеханический преобразователь, соединенный с одним из входов устройства сравнения сил, отличающийся тем, что, с целью упрощения преобразователя путем обеспечения неполного силового уравновешивания при сохранении точноси, в него введены блок вычитания частот, управляемые несимметричным мультивибратором ключ и переключатель, вход которого подключен к выходу частотного преобразователя разностной силы, а один из выходов через делитель частоты соединен со входом запоминающего генератора, выход которого связан с одним из входов блока вычитания частот, второй вход которого соединен со вторым. выходом переключателя, а выход блока вычитания частот соединен через ключ с обратным электромеханическим преобразователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Электрические измерения незлектрических величин". Под ред. П. В. Новицкого. М.— Л., "Энергия",,1966, с. 504 — 514.

2. Кудрявцев В. Ь. и др. "Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем контроля и управления", М., "Энергия",1974, с,27 — 40, рис. 2 — 8.

3. "Электрические измерения неэлектрических величин". Под ред. П. В. Нов«щкого. M.— Л., "Энергия, 1975, с. 144-150.

4. Новицкий П. В., Кнорринг В. Г., Гутников В. С. "Цифровые приборы с частотными датчиками". Л., ™Энергия",,1970. с. 353 — 355, рис.13-1