Устройство для измерения амплитуды импульсных усилий Советский патент 1987 года по МПК G01L1/00 

11352254

зобретение относится к измеритель- через резистор

входом операци инвертирующий с его же выход Выход операцио соединен с вход помех, образов резистора 26, сатор 27 соеди резистора 28 и операционного тирующий вход общему проводу выводу резисто ратора 30, вых ключом 31, зам вод выход лини зованный резис ром 34, вход к дом блока 4 за служит выходом

ной технике и может быть использовано при измерении усилий на кривошипных прессах для объемной горячей и холодной штамповок, а также при измерении механических усилий и нагрузок, действующих на различные конструкции -И устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерений в условиях влияния дестабилизирующих факторов и помех, расширение функциональных возможностей.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные источник Т постоянного тока, преобразователь 2 деформаций, выполненный по схеме тензометричесйо- го моста, блок 3 усиления, блок 4 защиты от помех, пиковый детектор 5, запоминающий блок 6 и регистратор 7. К выходу блока 4 защиты от помех подключена цепь последовательно соеди- венных компаратора 8, одновибратора 9 и инвертора 10. К выходу запоминающего, блока 6 подключены .также самопишущий прибор 11 и переменньй резистор 12,движок которого соединен с вторым входом компаратора 8. Выход одновибратора 9 подключен к управляющему входу пикового детектора 5 и входу реле 13 времени. Выход инвертора 10 подключен к управляющему входу запоминающего блока 6 и входу коррек- тировки нуля блока 3 усиления, выход реле 13 времени подключен к входу сброса в нуль запоминающего блока 6.

Блок 3 усиления построен на резис- торах 14 и 15, подключенных между входом блока 3 и входами операционного усилителя 16, выход которого через ключи 17 и 18 подключен к первым выводам резисторов 19 и 20, вторые выводы которых соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 21. Ключ 17 управляется выходом дискриминатора 22, первый вход которого подключен к выходу операционного усилителя 16, второй вход - к клемме для подключения источника опорного напряжения. Ключ 18 управляется выходом инвертора 10, между выходом

и инвертирующим входом операционного рается несколько большей длительносусилителя 2t, неинвертирующий вход которого соединен с общим проводом, включен конденсатор 23, далее выход операционного усипителя 21 соединен

ти максимально возможного сигнала деформации. Через инвертор 10 задним фронтом импульса одновибратора 9 происходит запись информации с пикового

254

через резистор

0

5

0 5 ЗО ч,

р

2

24 с неинвертирующйм входом операционного усилителя 16, инвертирующий вход которого соединен с его же выходом через резистор 25. Выход операционного усилителя 16 соединен с входом блока 4 зашиты от помех, образованным первым выводом резистора 26, который через конденсатор 27 соединен с первым выводом резистора 28 и инвертирующим входом операционного усилителя 29, неинвертирующий вход которого подключен к общему проводу, а выход - к второму выводу резистора 28 и входу одновибратора 30, выход которого управляет ключом 31, замыкающим на общий провод выход линии 32 задержки, образованный резистором 33 и конденсатором 34, вход которого соединен с входом блока 4 защиты от помех, а выход служит выходом этого блока.

Устройство для измерения амплитуды импульсных усилий работает следующим образом.

Корпус преобразователя жестко закреплен на станине пресса или другом нагружаемом элементе технологического оборудования. Возникающая при технологической операции упругая деформация нагружаемого элемента приводит к разбалансу тензометрического моста преобразователя 2 деформаций, питаемого от источника 1 постоянного тока. Напряжение разбаланса усиливается блоком 3 усиления и через блок 4- защиты от помех, в котором осуществляется отделение помехи, от полезного сигнала, поступает на пиковый детектор 5 и первый вход компаратора 8.

Нарастающий сигнал деформации амплитудой в несколько милливольт приводит к сра батыванию компаратора 8, так как в начальный момент напряжение 5 на выходе запоминающего блока 6, а значит и на втором входе компаратора 8 равно нулю. Одновибратор 9 запус- кается и передним фронтом его выходного импульса происходит сброс в нуль пикового детектора 5, одновременно запускается реле 13 времени. Пиковый детектор 5 запоминает экстремальное значение сигнала деформации. Длительность импульса однойибратора 9 выби50

ти максимально возможного сигнала деформации. Через инвертор 10 задним фронтом импульса одновибратора 9 происходит запись информации с пикового

31352254

детектора 5 в запоминающий блок 6. Этот же сигнал воздействует на первый управляющий вход блока 3 усиления . Выходной сигнал запоминающего блока 6 поступает на регистратор 7, выполненньш, например в виде цифрового вольтметра, самопишущий прибор 11 и переменный резистор 12, которым выбирается порог срабатывания компа- ю ратора 8. Регулировка резистора 12 при необходимости позволяет исключить запись сигнала деформации в малонагруженных переходах (например, при

лю с точностью до порога чувствительности интегратора.

При возникновении импульса деформации интегратор, обладающий большой постоянной времени, не оказывает на его фронт существенного воздействия, При этом срабатывает дискриминатор 22, на второй вход которого подано опорное напряжение, устанавливаемое на уровне около 5% от максимально возможного сигнала. Выходным сигналом дискриминатора 22 размыкается электронный ключ 17, при этом .интегратор

осадке заготовки), не представляющих 15 на операционном усилителе 21 переходит в режим хранения и усилитель деформации становится усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления, определяемым соотношением резисторов 15 и 25. Благодаря дифференциальному включению операционного усилителя 16 происходит существенное подавление синфазных помех.

По окончании импульса деформации 25 ди скриминатор 22 возвращается в исходное состояние, ключ 17 замыкается. Задним фронтом импульса одновибрато- ра 9 через инвертор 10 кратковременно замыкается ключ 18. Резистор 20 30 выбран много меньше номинала резистора 19, поэтому при замыкании ключа 18 постоянная времени интегратора на операционном усилителе 21 резко уменьшается и усилитель деформаций быстинтереса с точки зрения технологического усилия. Время выдержки репе 13 времени устанавливается несколько больше максимально возможного перерыва между технологическими операция- 20 ми нагружения. Поэтому при перерывах, больше запланированных, реле времени срабатывает и сбрасывает в нуль показания запоминающего блока 6. При этом самопишущий прибор 11 начинает фиксировать время простоя оборудования.

Блок 3 усиления и блок 4 защиты от помех работают следующим образом.

Вход усилителя, образованный резисторами 14 и 15, подключен к выходной диагонали моста преобразователя 2 деформаций. При отсутствии сигнала деформации весь блок 3 усиления охвачен отрицательной обратной связью 35Р° корректирует нулевое состояние по цепи: выход операционного усилите-на выходе. После этого усилитель го- ля 16, замкнутый электронный ключ 17,тов к обработке очередного импульса

интегратор, образованный резистором 19, вторым операционным усилителем

деформации.

. Блок защиты от помех обеспечивает

21 и конденсатором 23, и резистор 20, 40 активную фильтрацию импульсных помех

подключенный к неинвертирующему зхо- ду операционного усилителя 16. Постоянная времени интегратора, определяемая параметрами резистора 19 и

и содержит дифференциатор на операционном усилителе 29, резисторах 26 и 28 и конденсаторе 27, одновибрат р. 30 с малым временем восстановления,

конденсатора 23, выбрана существенно 45 электронный ключ 31 и линию 32 за- большей длительности фронта импульса держки состоящую из резистора 33 и усилия. В этом режиме на выходе one- конденсатора 34.

рационного усилителя 16 поддерживает- При отсутствии помехи сигнал де- ся нулевой потенциал. Действительно, формации беспрепятственно проходит медленные изменения входного напряже- 50 выход блока защиты от помех через ния операционного усилителя 16, свя- линию 32 задержки. Импульсная помеха, занные с температурным дрейфом преоб- длительность переднего фронта кото- разователя деформации, старением эле- рой существенно короче фронта полез- ментов, остаточной деформацией конст- ного сигнала, выделяется дифференци- рукции и т.д., интегрируются интегра- gg атором, который запускает одновибра- тором на операционном .усилителе 21 тор 30. Выходным импульсом одновибра- и подаются на вход операционного уси- тора 30 включается ключ 31, блокируя лителя 16 таким образом, что на его выход 6jjoKa защиты от помех. Время выходе потенциал всегда близок к ну- . задержки линии 32 должно быть равно

лю с точностью до порога чувствительности интегратора.

При возникновении импульса деформации интегратор, обладающий большой постоянной времени, не оказывает на его фронт существенного воздействия, При этом срабатывает дискриминатор 22, на второй вход которого подано опорное напряжение, устанавливаемое на уровне около 5% от максимально возможного сигнала. Выходным сигналом дискриминатора 22 размыкается электронный ключ 17, при этом .интегратор

на операционном усилителе 21 переходит в режим хранения и усилитель деформации становится усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления, определяемым соотношением резисторов 15 и 25. Благодаря дифференциальному включению операционного усилителя 16 происходит существенное подавление синфазных помех.

деформации.

. Блок защиты от помех обеспечивает

и содержит дифференциатор на операционном усилителе 29, резисторах 26 и 28 и конденсаторе 27, одновибрат р. 30 с малым временем восстановления,

времени распространения сигнала через дифференциатор, одновибратор 30 и ключ 31. Длительность импульса одновибратора 30 выбирается исходя из максимально возможной длительности импульса помехи и обычно составляет 3-5 миллисекунд. На выходе блока защиты от помех сигнал деформации наблюдается с вырезанными участками, на которых присутствовала импульсная помеха.Эти участки по длительности значительно меньше длительности сигнала деформации и практически не влияют на точность воспроизведения мак- симального значения величины сигнала деформации. Блок защиты от помех исключает появление на его выходе ложных сигналов и при отсутствии сиг нала деформации. Таким образом, вы- ход блока защиты от помех оказывается свободным от помех.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения амгши- туды импульсных усилий, содержащее последовательно соединенные источник постоянного тока, преобразователь деформаций, блок усиления, пиковый детектор, запоминающий блок и регист- ратор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений за счет снижения влияния импульсных помех и дестабилизирующих факторов, в него введены блок защиты от помех, дискриминатор, первый одновибратор и инвертор, причем вход блока защиты от помех подключен к выходу блока усиления и второму вхо- ду дискриминатора, первый вход кото- рого соединен с клеммой для подключения опорного напряжения, выход которого подключен к первому управляющему входу блока усиления, выход блока защиты от помех подключен к входу пикового детектора и первому входу компаратора, выход которого подключен ,к входу первого одновибратора, выход которого подключен к управляющему входу пикового детектора и входу инвертора, выход которого соединен с управляющим входом запоминающего блока и вторым управляющим входом блока усиления.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения точности, измерения за счет сниже

g 5 0

5

О gg 0 45 Q

55

ния влияния дестабилизирующих факторов, вход блока усиления образован первыми выводами первого и второго резисторов, вторые выводы которых соединены с неинвертирующим и инвертирующим входами первого операционного усилителя, выход которого через третий резистор соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, а его выход соединен с выходом блока усиления, а также с первыми выв одами двух параллельно соединенных цеПочек, каждая из которых образована последовательно соединенными первым и вторым ключами, управляющие входы которых служат соответственно первым и вторым управляющими входами блока усиления, и четвертым и пятым резисторами, причем вторые выводы цепочек, образованные выводами четвертого и пятого резисторов, соединены с инвертирующими входами второго операционного усилителя, которьй через конденсатор подключен к своему выходу, его неинвертирующий вход соединен с общим проводом, а выход через шестой резистор - с неинвертирующим входом первого операционного усилителя.

3.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет уменьшения влияния помех, блок защиты от помех построен на дифференциа- торе и линии задержки, входы которых соединены с входом блока защиты от помех, выход дифференциатора подключен к входу второго одновибратора, управляющего ключом, замыкающим выход линии задержки на общий провод, причем точка соединения выхода линии задержки с входом ключа служит выходом блока защиты от помех.

4.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,

к выходу запоминающего блока подключены самопишущий прибор, регистратор и первый вывод переменного резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом, а движок переменного резистора подключен к второму входу компаратора,, а к выходу первого одно- вибратора подключен вход реле времени, выход которого соединен с входом сброса запоминающего блока.

Изобретение используется при измерении усилий на кривошипных прессах для объемной горячей и холодной штамповки. Цель изобретения - повышение точности измерений в условиях влияния дестабилизирующих факторов и помех и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит источник 1 постоянного тока, преобразователь 2 деформации, блок 3 усиления, пиковый детектор 5, запоминающий блок 6 и регистратор 7. Кроме того, устройство включает компаратор 8, самопишуш.ий прибор 1 1, реле 13 времени. Блок 3 усиления включает ключи 17 и 18, операционный усилитель 21 и дискриминатор 22. Блок 4 защиты помех включает операционный усилитель 29, одновибратор 30 и линию 32 задержки. Наличие блока 4 защиты от помех исключает появление на его выходе ложных сигналов и при отсутствии сигнала деформации. Таким образом его выход оказывается свободным от помех. 3 з.п. ф-лы, 1 ил. i 1сл