Устройство для измерения усилия Советский патент 1984 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть использовано при измерении усилий, давлений преимущественно магнитоупругими преобразователями (МУП) усилий.

Известны устройства измерения усилий, содержащие стабилизированный источник напряжения переменного тока,(ИП), МУП, измерительную схему с показывающим прибором и провода, которые соединяют обмотки МУП с ИП и измерительной схемой ij

Однако комплексное сопротивление цепи намагничивающей обмотки МУП как правило выбирается в пределах от единиц до нескольких сотен Ом. Часто по условиям использования измерительного устройства приходится удалять МУП от источника питания, что приводит к увеличению длины проводов. Из-за небольшой величины комплексного сопротивления цепи намагничивающей обмотки по мере увеличения длины проводов становится все труднее выдерживать приемлемое (для заданной точности измерений) соотношение между комплексным сопротивлением проводов и сопротивлением намагничивающей обмотки МУП, при котором падени напряжения на проводах было бы пренебрежимо малым по сравнению сиапряжением на концах намагничивающей обмотки МУП.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения усилия, в котором частично может учитываться и компенсироваться влияние параметров питающих проводов на характеристику преобразования МУП, устройство содержит стабилизатор постоянного напряжения, преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор) , магнитоанизотропный датчик усилия с обмоткой возбуждения и дифференциальными выходными обмотками, измерительную схему, выпрямительный мост, к выходу которого подключен рзистор 2 .

Однако при изменении суммарного напряжения выходных обмоток датчи- i ка и измерении усилия изменяется выходное напряжение стабилизатора. Это приводит к изменению выходного напряжения инвертора и напряжения питания обмотки возбуждения датчика вновь приводящему суммарное напряжение выходных обмоток датчика к урювню, заданному резистором.

МУП, содержащий замкнутый ферромагнитный сердечник, является нелинейной индуктивностью. Известно, что в цепи с нелинейной индуктивностью в зависимости от выходного сопротивления источника, когда оно

стремится к нулю или к бесконечности (источник напряжения или тока), различают два характерных режима работы: заданной индукции и заданной напряженности магнитного поля в сердечнике.

При заданной индукции в сердечнике напряжение на обмотке возбуждения и индукция изменяются по синусоидальному закону, а ток в обмотке и напряженность магнитного поля несинусоидальны. При заданной напряженности магнитного поля в сердечнике ток в обмотке возбуждения и напряженность поля синусоидальны, а индукция и напряжение на обмотке - несинусоидальны. Поэтому при изменении внутреннего сопротивления источника за счет сопротивления проводов изменяется форма кривой напря жения на обмотке возбуждения и на выходной обмотке МУП. Среднее значение переменного нгшряжения зависит от коэффициента формы кривой. Поэтому при применении в цепи отрицательной обратной связи стабилизатора и в цепи обработки - выходного сигнала устройства выпрямители среднего значения напряжения вторичной обмотки реагируют на изменения сопротивления проводов питания МУП, внося дополнительную погрешность в результате измерения, ухудшая его метрологические характеристики.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения погрешности от влияния сопротивления проводов. I - .

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения усилий, содержащее инвертор, измерительную схему с преобразователем усилия, схему обработки сигнала с пказывающим прибором, усилитель рассогласования с регулируемым элементом, вход которого подключен к выходу схемы сравнения, к первому входу которой подключен источник опорного напряжения, дополнительно введены избирательный преобразователь переменного напряжения в постоянное и схема измерения разности потенциалов, а схема обработки сигнала выполнена избирательной, причем второй вход схемы сравнения подключен к выходу избирательного преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход которого связан с выходом схемы измерения разности потенциалов, дв входа которой соединены с входами измерительной схем

На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерений усилий; на фиг.2 - некоторые из возможных измерительных схем с дроссельными и трансформаторными МУП. Устройство содержит преобразователь постоянного напряжения в переменное (инвертор 1), усилитель 2 рассогласования с регулируемым элементом, схему 3 сравнения, источник опорного напряжения, выпрямитель 5 с усредняющим фильтром, избирательный фильтр б, измерительную схему 7 с МУП, схему 8 обработки сигнала,, показывающий прибор 9,схему 10 измерения разности потенциалов, три пары проводов 11-13. Измерительная схема содержит входные 14 и 15 и вы ходные 16 и 17 клеммы. Блоки 5 и б образуют избирательный преобраза-г ватель переменного напряжения в постоянное. Схема измерения разности потенци алов, например, может быть .выполнен в виде дифференциального усилителя с входным сопротивлением , а схема обработки сигналов - в виде избирательного преобразователя временного напряжения в постоянное (по основной гармонике питающего напряжения) ., Схема обработки, сигналов состоит из последовательно соединен ных блоков б и 5, причем выход блока б подключен к входу блока 5, а к выходу последнего подключен показывающий прибор. Вход блока б парой проводов 12 соединен с клеммами 16 и 17 измерительной схемы 7. Выход инвертора 1 парой проводов 11 связан с клеммами 14 и 15 измерительной схемы 7, выходы кото. рой (16 и 17) связаны парой проводов 12 с входом схемы обработки сиг нала, выход которой подключен к по казывающему прибору 9, Выход схемы 3 сравнения подключен к входу усилителя 2 рассогласования, выход которого подключен к входу инвертора 1 . К первому входу схемы 3 сравнения подключен источник 4 опорного напряжения, а к второму входу - выход избирательного преобразователя переменного напряжения в постоянное вход которого соединен с выходом схемы 10 измерения разности потенциалов , два входа которой парой прО водов 13 соединены с клеммами 14 и 15 измерительной схемы 7. Устройство работает следующим об разом. Инвертор 1 преобразует постоянное напряжение в переменное, которое по проводам 11 питания подается на входы 14 и 15 измерительной схемы 7. Разность потенциалов на клеммах 14 и 15 измеряется схемой 10 из мерения разности потенциалов, .причем с целью повышения точности измерения разности потенциалов входное сопротивление ее должно , чтобы уменьшить влияние на результат измерения конечного сопротивления проводов 13 и входного сопротивления измерительной схемы. После выделения основной гармоники напряжения питания избирательным фильтром 6 ее выпрямления и выделения постоянной составляющей блоком 5 выходное постоянное напряжение с выхода блока 5 подается на схему 3 сравнения, где оно сравнивается с опорным напряжением. Разностный сигнал, усиленный в блоке 2, воздействует на инвертор 1 так, чтобы независимо от величины сопротивления проводов 11 амплитуда основной гармоники напряжения измерительной схемы 7 на клеммах 14 и 15 была постоянной. Выходной сигнал схемы б обработки сигнала подается на показывающий прибор 9. На фиг.2 а и 5 показаны схемы включения несимметричного дроссельно МУП, на фиг.2 В и г т схемы включения симметричных дрос.сельных МУП в мостовую схему (индексами + и обозначены МУП, воспринимающие одинаковые усилия противоположного знака). На фиг. показана схема включения трансформаторных МУП, на фиг. 2 01 информативным параметром измерительной схемы 7 является амплитуда основной гармоникинамагничивающего тока МУП, поэтому для нормативного функционированияустройства и измерения усилия необходимо, чтобы входное сопротивление схемы 8 обработки сигнала R - 0. В предлагаемом устройстве для измерения усилия могут применяться также и другие конструкции МУП, измерительная схема включения которых име-ет двухпроводную цепь подачи питающего напряжения. Исключение.влияния электрических параметров проводог питания позволяет при градуировке и метрологической поверке МУП после их изготовления и в условиях промышленной эксплуатации, когда МУП отнесен от измерительного устройства на произвольное расстояние, считать характеристику преобразователя независящей от параметров проводов питания. Это свойство предлагаемой схемы включения МУП не только повышает метрологические характеристики измерительного устройство по сравнению с известными, но и способствует решению проблемы взаимозаменяемости МУП./7

/

yVy

/7

x7

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ, содержащее инвертор, измерительную схему с преобразрвателем усилия, схему обработки сигнала с показывающимприбором, усилитель рассогласования с регулируемым элементом, вход которого подключен к (.;т |« ,х ,. гпх;«.и-глн 5 ЙЛKuтjt выходу схемы сравнения, к первому входу которой подключен источник опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения погрешности от влияния сопротивления проводов, в него дополнительно введены избирательный преобразователь переменного напряжения в постоянное и схема измерения разности потенциалов, а схема обработки сигнала выполнена избирательной, причем второй вход схемы сравнения подключен к выходу избирательного преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход с 9 которого связан с выходом схемы измерения разности потенциалов, два (Л входа которой соединены с входами измерительной схемы.

/7

/

ж

//

Iff 7

иг.2