Цифровой компенсационный прибор для измерения обобщенной механической силы Советский патент 1984 года по МПК G01L1/00 G01L1/08 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для измерения обобщенной механической силы, например, для измерения массы монокристалла, выращиваемого по методу Чохральского. (Известен прибор для измерения обобщенной механической силы, содержащий магнитоэлектрический обратный преобразователь с отдельными группами обмоток Г 1 , Недостатками этого устройства являются низкая точность и нёвозможнос безударного переключения диапазонов. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является цифровой компенсационный прибор для измерения обобщенной механической силы, содержащий магнитоэлектрически обратный преобразователь с двумя обмотками и связанный с ним преобразователь неравновесия, усилитель, коммутатор, стабилизатор тока, счетчик и генератор, выход которого через преобразователь неравновесия подклю- чек к входу усилителяС2. Недостатком известного устройства является низкая точность измерени малых сил. Целью изобретения является повышение точности измерения малых усилий за счет получения растянутого диапазона на начальном участке хар актеристики. Указанная цель достигается тем, что в цифровой компенсационный прибо для измерения обобщенной механической силы, содержащий магнитоэлектрический обратный преобразователь с двумя обмотками и связанный с ним преобразователь неравновесия, усилитель, коммутатор, стабилизатор тока, счетчик и генератор, выход которого через преобразователь неравновесия подключен к входу усилителя, введены преобразователь напряжение частота преобразователь код - скважность, блок сравнения и управляемый переклю чатель на четыре направления, а счет чик выполнен реверсивным, при этом его выход подключен через блок сравнения к управляющему входу переключателя, а также через преобразователь код - скважность к одному входу коммутатора, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго направлений управляемого переключателя, одни контакты которых подключены соответственно к концам одной обмотки магнитоэлектрического обратного преобразователя, концы другой обмотки которого подключены к .одним контактам соответственно третьего и четвертого направлений управляемого переключателя,другие контакты которого подключены к одним контактам соответственно первого и второго направлений управляемого переключателя, другие контакты которых подключены к одним контактам соответственно третьего и четвертого направлений управляемого переключателя, входы которых подключены соответственно к другому входу коммутатора и к стабилизатору тока, причем один вход преобразователя напряжение г частота подключен к усилителю, другой - к генератору, а входы - к входам счетчика. На фиг.1 изображен схематически предлагаемый цифровой компенсационный прибор для измерения обобщенной механической силы; на фиг.2 - график зависимости уравновешивающей силы PJ от кода на основном диапазоне; на фиг. 3 - график зависимости уравновещивающей силы Pj- от кода на растянутом поддиапазоне. Цифровой компенсационный прибор для измерения обобщенной механической силы содержит обратный магнитоэлектрический преобразователь I, нуль-индикатор 2, усилитель 3 рассогласования, преобразователь напряжение - частота 4, счетчик-регистр 5, преобразователь код - скважность 6, мостовой коммутатор 7, стабилизатор 8 тока, реле переключателя 9, опорный генератор 10, устройство 11 сравнения заданного кода. При работе на основном диапазоне первая секция силовой катушки L магнитоэлектрического обратного пре- образователя подключена к выходам мостового коммутатора 7, а вторая секция L2 к выходу стабилизатора В тока и первому входу мостового коммутатора 7. Отклонение рычажной системы от положения равновесия вызывает сигнал, который через нульиндикатор 2, например, дифференциально-трансформаторного типа передается на вход усилителя 3 рассогласования. Усиленный сигнал рассогласования поступает на фазочувствителькый преобразователь напряжение - частота 4, на одном из выходов которого появляется импульсный сигнал, пропорциональный амплитуде входного о.г нала, при фазе рассогласования а на другом - при фазе рассогласо вания 4 180 . Накопленный в счетчике-регистре 5 код поступает на устройство 11 сравнения заданного кода и преобразователь код - скважность 6, который управляет мостовым коммутатором 7. При этом коммутатор преобразует постоянный ток стабилизатора 8 тока в двухполярные импульсы тока с заданной скважностью через катушку Ъл. Постоянная составляющая сила, развиваемая катушкой 1.2, пропорциональна среднему значению тока, протекающего.через нее. В связи с наличием двух секций в силовой катушке и дополнительной массы, конструктивно связанной с ней, сила, компенсирующая измеряемую величину, является суммой трех составляющих (фиг.2). Первая постоянная состав ляющая Р создается дополнительной массой, вторая дополнительной секцией Lyt через которую течет ток IQ, а третья (Р|) - это сила, развиваемая катушкой L, которая меняет свой знак в регистре-счетчике при изменении кода от нуля до максимального значения. Так как при этом скважность управлякицих импульсов изменяется от 1 до со , а ток через секцию L от +1 до Ifl то при коде, равном половине максимального значения, скважность равна 2, а среднее значение тока и, следовательно, сила, развиваемая секцией Lx|, равны 0. Этому эффекту соответствует точка К (фиг.2 и 3),в кото-J рой линии Р и Рд пересекают ось кодои. При этом прямая Р является графиком функции сзгммарно щей силы от кода. При переходе измерения на растянутый поддиапазон с помощью реле переключателя 9 секции силовой катушки подключены следующим образом: первая секция Ц соединена с первым входом мостового коммутатора и выходом стабилизатора fojca, а вторая - с выходами мостового koMMyTaTopa. Так как подключение выходов Начало и Конец у секцир| i и L меняется по отношению к выходам коммутатора, то на растянутом поддиапазоне шкала получается обратной. Как видно из графиков (фиг.2 и 3, для Р существует такая величина измеряемого веса, что код этого веса на конечном учартке растянутого поддиапазона совпадает с кодом того же веса на основном диапазоне. Наличие этой точки позволяет произвести безударное переключение с растянутого диапазона на основной при слежении за непрерывным увеличением веса растущего монокристалла. Устройство 11 сравнения кодов может быть выпол нено известными способами на инверторах или полном сумматоре, при этом в качестве одного слагаемого подается код, соответствующий точке перехода Кл {фиг.2 и 3), вторым слагаемым является инвертированный код, поступающий со счетчика-регистра. При достижении кодом величины К на выходе устройства сравнения появляется сигнал, который используется для включения самоблокирующегося реле переключателя 9. При этом происходит безударный переход с растянутого диапазона на основной. Применение вприборе силовой катушки, выполненной из двух секций, позволяет увеличить разрешакяцзпо способность в п раз (п - соотношение витков секций LI и W5. При этом уменьшается в и раз и составляющая погрешности от токов утечки ключей мостового коммутатора. Кроме того, применение предлагаемого прибора позволит осуществлять процесс выращивания крупногабаритных монокристаллов, начиная со стадии затравливания даже из-под слоя жидкого флюса что повысит выход годного материала, сократит простой оборудования и улуч-i шит производительность. Это обстоятельство позволяет использовать предлагае1 а 1Й прибор в качестве датчика веса при выращивании кристаллов по методу Чохральского.

1

ЦИФРОВОЙ КОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБОБЩЕННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИЛЫ, содержащий магнитоэлектрический обратньй преобразователь с двумя обмотками и связанный с ним преобразователь неравновесия, усилитель, коммутатор, стабилизатор тока, счетчик и генератор, выход которого через преобразователь неравно весия подключен к входу усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения малых усилий за счет получения растянутого диапазона на начальном участке характеристики, в него введены преобразователь напряжение частота, преобразователь код - скважность, блок сравнения и управляемьй переключатель на четыре направления, а счетчик выполнен реверсивным, при этом его выход подключен через блок сравнения к управляющему входу переключателя, а также через преобразователь код - скважность к одному входу коммутатора, выходы которого подключены соответственно к входам первого и второго направлений управляемого переключателя, одни контакты которых подключены соответственно к концам одной обмотки магнитоэлектрического обратного преобразователя, концы другой обмотки которого подключены к одним контактам соответственно третьего и четвертого направлений управляемого переключателя, другие контакты которых подключены к одним (Л контактам соответственно первого и второго направлений управляемого переключателя, другие контакты которых подключены к одним контактам соответственно третьего и четвертого направлений управляемого переключао теля, входы которых подключены соот00 ветственно к другому входу коммута тора и к стабилизатору тока, причем один вход преобразователя напряжение 00 частота подключен к усилителю, друсо гой - к генератору, а выходы - к входам счетчика.

Л i

/

LZ

1

I

J

Г

У////////////////

Ъ

,J

VI

i дъяз

П

ТУ

f

//

/ ; -/

Фиг.1