Емкостный динамометр Советский патент 1987 года по МПК G01L1/14 

Изобретение относится к измерительной технике и, может быть использовано для измерения сил.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема динамометра; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг, 4 - схема деформации упругого элемента; на фиг, 5 - блок-схема динамометра.

Емкостный динамометр для измерения силы содержит упругий элемент 1 с флажками 2, емкостный дифференциальный преобразователь 3 с общим электродом А, дифференциальными электродами 5 и 6, подключенными к дифференциальным обмоткам 7 и 8 трансформатора 9 напряжений, регулирз е- мую обмотку 10, один конец которой подключен к средней точке дифференциальных обмоток 7 и 8, а второй конец заземлен, дополнительный дифферазователя

одинаковы и выходной си нал емкостного преобразователя рав нулю. Если направление приложенной

J. к упругому элементу силы не совпад ет с его осью симметрии, то емкост дифференциальный преобразователь 3 регистрирует занижение показаний, вызванное перераспределением силы

10 параллельным ветвям упругого элеме та. Перераспределение силы вызывае перекос упругого элемента (возникн вение изгибающего момента), и пере мещения электродов 12 и 13 емкостн

15 преобразователя станут неодинаковы Выходной сигнал емкостного преобра вателя, пропорциональный величине перекоса (изгибающего момента) упр гого элемента, вводится в измерите

20 ную цепь через коммутатор 17, при этом равновесие моста нарушается н величину, пропорциональную этому изгибающему моменту, а компенсация этого неравновесия осуществляется

ренциальный емкостный преобразователь 25 регулированием витков обмотки 10.

11 с двумя потенциальными электродами 12 и 13, закрепленными на деформируемой части упругого элемента 1, и токовым общим электродом 14, закрепленным на консольной балке 15, и дополнительную обмотку 16, средняя точка которой заземлена, а концы ее подключены к потенциальным электро- дам 12 и 13 емкостного преобразователя 11 через коммутатор 17, причем общий электрод 4 емкостного дифферен- циального преобразователя и токовый электрод 14 емкостного преобразователя соединены вместе и подключены к входу детектора 18 равновесия, при этом первичная обмотка 19 трансформатора .9 напряжений подключена к генератору 20 напряжений.

Емкостный динамометр работает следующим образом.

При приложении силы к упругому элементу, последний деформируется. Деформация упругого элемента, пропорциональная приложенной силе, воспринимается емкостным дифференциальным преобразователем 3 перемещений, при этом приращение емкости измеряется трансформаторной мостовой схемой, Отсчет измеряемой величины производится по количеству витков регулируемой обмотки 10.

Если сила приложена соосно с осью

упругого элемента, то перемещения электродов 12 и 13 емкостного преоб

45070

разователя

одинаковы и выходной сигнал емкостного преобразователя равен нулю. Если направление приложенной

J. к упругому элементу силы не совпадает с его осью симметрии, то емкостный дифференциальный преобразователь 3 регистрирует занижение показаний, вызванное перераспределением силы по

10 параллельным ветвям упругого элемента. Перераспределение силы вызывает перекос упругого элемента (возникновение изгибающего момента), и перемещения электродов 12 и 13 емкостного

15 преобразователя станут неодинаковыми. Выходной сигнал емкостного преобразователя, пропорциональный величине перекоса (изгибающего момента) упругого элемента, вводится в измеритель20 ную цепь через коммутатор 17, при этом равновесие моста нарушается на величину, пропорциональную этому изгибающему моменту, а компенсация этого неравновесия осуществляется

Выходной параметр измерительной цепи с дифференциальным 3 и емкостным 11 преобразователями запишется

р jn С +С S -2

+П

CiiSi

)

(1)

5

1

С, и Сх

где С и Cj - емкости дифференциального емкостного преобразователя 3; - емкости емкостного преобразователя 1 1.

Через геометрические размеры и перемещения электродов эти емкости равны:

a(b+x.L),

о, -- ,

а(Ь-х). Cih

(2)

г . г - l.

Ц- Ч- з+у-

5

где

d-y

е О-(3)

0

Ч

5

Х2

h

диэлектрическая проницаемость воздуха (.1); ширина электродов дифференциального емкостного преобразователя; длина электродов дифференциального емкостного преобразователя; смещение электродов по оси XJ

расстояние между электродами емкостного дифференциального преобразователя 3;

. 5

у

i«

31345070

с - ширина электродов емкостного преобразователя 11;

1 - длина электродов е1чкостно- го преобразователя 11;

d - расстояние между, электродами емкостного преобразо- где А , А вателя 11;

3

у - смещение электродов по

оси у;,Q

m, п - количество витков обмоток

трансформатора;

k - коэффициент пропорциональности между смещением

электродов ёмкостного диф-15 С учетом (7) ференциального преобразователя 3 и смещением электродов емкостного преобразователя 11,

Тогда уравнение (1) с учетом (2) (3) примет вид

Р ,

Во всех д

20

« 0, 0, щение первог компенсирует позволяет пов ния силы при силы к динамо

.Р

га

ch

:5г---г

(4

+ 2b+/(x,-X2)/

X .j:kd /ix±IXilLilS Yixiix.y 2ab+a/(x,-x)/

При силе, действующей под углом к направлению оси динамометра, он ока зь вается нагруженным следующими компонентами:

l cos -c( cosV

coS(cos, sin/, (5)

где Fa - поперечная сила;

Mg - изгибающий момент;

М;- - крутящий момент;

Fg - приложенная к динамометру сила (измеряемая сила);

е - плечо силы;

- угол между вектором силы и осью z;

у5 - угол между вектором силы и осью х;

F - сила, действующая в направлении измерительной нормали динамометра (оси динамометра). В частном случае при ci 0, 0

у 0;

Р ..

Величины х , х зависят от приложенной к динамометру силы:

FsA

(7)

5

у

где А , А

FsA,

)

- функции, определяемые геометрическими размерами упругого элемента динамометра и физическими свойствами материала, из которого изготовлен упругий элемент,

запишем (6),

15 С учетом (7)

Р , Il|xiA.i. 2b

Во всех других случаях,

(8)

20

Ч

когда умень

25

« 0, 0, у О, X, ji щение первого члена уравнения (4) компенсируется вторым членом, что позволяет повысить точность измерения силы при несоосном приложении силы к динамометру.

Формула изобретения

;

30

35

40

Емкостный динамометр, содержащий упругий элемент, на котором размещен дифференциальный емкостный преобразователь, вход которого подключен к трансформаторному мосту, соединенному с генератором, а выход - к детектору, отличающийся тем, что, с целью повьщхения точности, в него введены коммутатор, дополнительная обмотка и дифференциальный емкостный преобразователь, подвижный элемент которого выполнен в виде консольной балки, закрепленной по оси симметрии упругого элемента на одном из его оснований, при этом общий электрод дополнительногодифферен- .g циального емкостного преобразователя размещен на консольной балке и соединен с детектором, а два боковых электрода установлены на деформируемых частях упругого элемента симметрично его продольной, оси и через коммутатор соединены с дополнительной обмоткой, размещенной на сердечнике i трансформаторного моста, средняя точка которой; заземлена.

50

fZ

1

/

/5

/3

1

i

IE

Л I

f

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности. При приложении силы к упругому элементу последний деформируется. Если направление приложенной к упругому элементу силы не совпадает с его осью симметрии, то емкостный дифференциальный преобразователь 3 регистрирует занижение показаний, вызванное перераспределением силы по параллельным ветвям упругого элемента. Последнее вызовет перекос упругого элемента, и перемещения электродов 12 и 13 емкостного преобразователя станут неодинаковыми. Выходной сигнал емкостного преобразователя, пропорциональный величине перекоса (изгибающего момента), вводится в измерительную цепь через коммутатор 17, равновесие моста нарушается на величину, пропорциональную это му изгибающему моменту, а компенсация этого неравновесия осуществляется регулированием витков обмотки 10. 5 ил.

« jEyt/. /

А-А

И

ffoSf. 16

.fS /fpSn /6 к

13

)-M

Срие.З

Н UM ttomopy te )ff oSKfofrrfrt 9 -О ff аУмотне 7

r

Составитель A, Экономов Редактор М. Петрова Техред Л.ОлийныкКорректор И, Муска

Заказ 4910/41Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий И3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4