Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента Советский патент 1989 года по МПК G01G7/04 

фи.2

резистор 29 обратной связи. Регуля- тор 27 тока настро.йки содержит операционный усилитель 30, интегрирующий конденсатор 31,резистор 32 интегрирующей цепи, согласующий резистор 33,настроечный вход регулятора 27 т ока настройки связан с резистором 32 интегрирующей цепи,а выход обратной связи - с согласующим резистором 33, оба резистора связаны с входом операционного усилителя 30, параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31, выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки. Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23-связан с выходом усилителя 16, второй вход - с выходом задатчика 24 уровня автоколебаний,а

выход - с ключом, связывающим источник 26 опорного напряжения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки, выход которого подключен к обмотке 28 настройки, выход которой связан с входом о братной связи регулятора 27 тока настройки, а через резистор 29 обратной связи - с общей

шиной питания. Ферромагнитная пластина 11 закреплена на одной из базовых поверхностей упругой опоры 5,вторая базовая поверхность которой закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе. Пластина 11 расположена над сердечником 14, который закрыт парамагнитной пластиной 21. Предлагаемое техническое решение ускоряет процесс контроля и

исключает съем ложных показаний.2 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом на упругих опорах, и устройствам для подбора упругих опор чувствительного элемента. Цель изобретения - повышение быстродействия и точности подбора. Устройство содержит упругую опору 5, электромагнитную систему 13 с сердечником 14 и обмоткой 15 возбуждения, подключенной через усилитель 16 переменного тока к датчику 17 обратной связи, частотомер 18 и вычислительное устройство 19. Для достижения поставленной цели в устройство введены ферромагнитная 1 и парамагнитная 21 пластины, схема 22 сравнения, выпрямитель 23 выходного напряжения, задатчик 24 уровня автоколебаний, ключ 25, источник 26 опорного напряжения, регулятор 27 тока настройки, обмотка 28 электромагнитной системы 13, резистор 29 обратной связи. Регулятор 27 тока настройки содержит операционный усилитель 30, интегрирующий конденсатор 31, резистор 32 интегрирующей цепи, согласующий резистор 33, настроечный вход регулятора 27 тока настройки связан с резистором 32 интегрирующей цепи, а вход обратной связи - с согласующим резистором 33, оба резистора связаны с входом операционного усилителя 30, параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31, выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки. Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23 связан с выходом усилителя 16, второй вход - с выходом задатчика 24 уровня автоколебаний, а выход - ключом, связывающим источник 26 опорного напряжения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки, выход которого подключен к обмотке 28 настройки, выход которой связан с входом обратной связи регулятора 27 тока настройки, а через резистор 29 обратной связи-с общей шиной питания. Ферромагнитная пластина 11 закреплена на одной из базовых поверхностей упругой опоры 5, вторая базовая поверхность которой закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе. Пластина 11 расположена над сердечником 14, который закрыт парамагнитной пластиной 21. Предлагаемое техническое решение ускоряет процесс контроля и исключает съем ложных показаний. 2 ил.

Изобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к электронным весам с чувствительным элементом на упругих опорах и к устройствам для подбора упругих опор чувствительного элемента.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности подбора за счет исключения ложных показаний

На фиг. 1 показан чувствительный элемент с грузоприемной чашкой.и магнитоэлектрическим компенсатором, общий ВИД} на фиг.2 - схема устройства для подбора упругих опор чувствительного элемента.

Чувствительный элемент состоит из рамы 1, рамок 2 и 3, кронштейна 4 и упругих опор 5, связывающих эти детали и образующих параллелограм- мный механизм. На раму 1 с помощью кронштейна 6 крепится грузоприемная чашка 7, рама 1 также через кронштейн 8 связана с катушкой 9 магни тоэлектрического компенсатора 10.

Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента содержит упругую опору 5, к базовой поверхности которой крепится ферромагнитная пластина 11, вторая базовая поверхность упругой опоры 5 закреплена на стойке 12 идентично креплению в чувствительном элементе электромагнитную систему 13 с сердечником 14 и обмоткой 15 возбуждения, которая подключена через усили тель 16 переменного тока к датчику 17 обратной связи, частотомер 18, связанный с выходом усилителя 16, вычислительное устройство 19, связанное с цифропечатающим устройством

0 20, и подключенное к частотомеру 18. Ферромагнитная пластина 11 расположена над сердечником 14, который закрыт парамагнитной пластиной 21 для исключения срывов автоколебаний

5 при соприкосновении ферромагнитной пластины 11 с сердечником 14.

Устройство также содержит схему 22 сравнения, выпрямитель 23 выходного напряжения, задатчик 24 уров0 ня автоколебаний, ключ 25, источник

26опорного напряжения, регулятор

27тока настройки, обмотку 28 настройки электромагнитной системы 13, резистор 29 обратной связи.

5

Регулятор 27 тока настройки состоит из операционного усилителя 30, интегрирующего конденсатора 31, резистора 32 интегрирующей цепи и со0 гласующего резистора 33.

Настроечный вход регулятора 27 тока настройки связан с резистором 32 интегрирующей цепи, а вход обратной связи с согласующим резистором 33, резисторы 32 и 33 связаны с входом операционного усилителя 30,параллельно которому подключен интегрирующий конденсатор 31.

51

Выход операционного усилителя 30 является выходом регулятора 27 тока настройки.

Один вход схемы 22 сравнения через выпрямитель 23 выходного напряжения связан с выходом усилителя 16 переменного тока, второй вход - с выходом задатчика 24 уровня автоксше- баний, а выход - с ключом 25, свя- зьшающим источник 26 опорного напряжения с настроечным входом регулятора 27 тока настройки,выход которого подключен к обмотке 28 настройки электромагнитной системы 13. Выход обмотки 28 настройки связан с входом обратной связи регулятора 27 тока настройки и через резистор 29 обратной связи с общей шиной питания .

Регулятор 27 тока настройки интегрирующего типа предназначен для главного введения усилия натяга упругой опоры 5 с целью регулировки амплитуды колебаний и выполняется по схеме интегрирующего регулятора тока на операционном усилителе 30 с двумя входами: настроечным и обратной связи (например, 140 УД7). Такая реализация регулятора 27 тока настройки исключает модуляцию настроечного тока с резонансной частотой упругой опоры и возможность возбуждения в контуре настройки колебаний на частотах, обусловливаемых паразитными параметрами обмотки 28 настройки.

Применение регулятора 27 тока настройки интегрирующего типа позволяет исключить возникновение колебаний среднего значения тока настройки, т.е. обеспечивает автоматическое поддержание величины зазора, относительно которого подвижный конец упругой опоры совершает колебания .

Выпрямитель 23 выходного напряжени предназначен для преобразования переменного напряжения с выхода усилителя 16 переменного тока в постоянное, соответствующее его эффективному значению, и может быть выполнено на диодной мостовой схеме с сглаживающим С-фильтром.

Схема 22 сравнения выполняет функцию сравнения эффективного значения напряжения резонансной частоты упругой опоры с напряжением, задающим амплитуду (размах) механических ко7916

лебаний свободной части упругой опоры и поступающим с задатчика 24 уров ня автоколебаний и может быть реализована на интегральных схемах,например, компараторов аналоговых сигналов 525 СА1-525САЗ или на операционных усилителях, включаемых в схемах компараторов. Задатчик 24 уровня авд токолебаний предназначен для поддерживания опорного сигнала (напряжения) на уровне, обеспечивающем заданную амплитуду перемещений подвижной части упругой опоры, и представ5 ляет собой потенциометрический делитель напряжения. Ключ 25 - устройство, подключающее настроечный вход регулятора 27 тока настройки к источнику 26 опорного напряжения

0 на время, необходимое для подтягивания амплитуды автоколебаний до заданного уровня, и может быть выполнен как на герконном реле типа РЭС-64 , так и на полевом транзисторе,

5 например аналоговом ключе К143КТ1. Источник 26 опорного напряжения служит для поддержания постоянства скорости интегрирующего конденсатора 31 через резистор 32 интегрирую0 щей цепи и может быть выполнен на базе интегрального стабилизатора напряжения, например 142ЕН1-2А.

Датчик 17 обратной связи предназначен для преобразования величины перемещения свободного конца упру- гой опоры 5 в электрический сигнал, пропорциональный перемещению по величине и имеющий знак приращения, соответствующий направлению перемещения.

Наиболее перспективным для предлагаемого устройства является дифференциальный индуктивный датчик, якорем которого служит ферромагнитная пластина 11, перераспределяющая магнитные потоки обмотки датчика обратной связи; возможно применение и иных типов датчиков, например фо- тодатчика, в отворе излучателя которого располагается колеблющаяся часть упругой опоры.

При креплении упругой опоры 5 на стойке 12 расстояние Х между торцом стойки 12 и ферромагнитной пла- 5 стиной 11 должно быть равно расстоянию X между торцами деталей чувст- вительного элемента, связанными уп- ,ругими опорами, чтобы в устройстве работа упругой опоры была идентич0

5

0

ной работе ее в чуствительном элементе, что Повысит точность подбора упругих опор чувствительного элемента.

Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента работает следующим образом.

Расчетную жесткость чувствительного элемента (фиг,1) можно определить по формуле

Z . - 2-|- ;

где X - расстояние между торцами деталей чувствительного элемента, связанными упругой опорой; L - расстояние между торцами

рамы 1 и кронштейна 4; С - жесткость одной упругой опоры (всего упругих опор восемь штук),

Зная заданную жесткость чувствительного элемента и.его геометрические размеры,легко определить предельные значения жесткостей упругих опор, при которых суммарная количественная жесткость их будет в пределах допуска заданной жесткости чувствительного элемента, детали которого связывают упругими опорами, и имеющими одинаковую жесткость, которая определяется по формуле

С 4 Г m f ,

где m - суммарная масса свободно

колеблющейся части; f - частота собственных колеба- НИИ подвижной части.

Зная искомое значение массы и частоту автоколебаний свободной части, с помощью вычислительного устройства 19 легко определить значение жесткости упругой опоры 5,

При включении электрической схемы устройства при отсутствии автоколебаний упругой опоры 5 со схемы 22 сравнения поступает сигнал о несоответствии напряжения с вьтрямителя 23 выходного напряжения с опорным сигналом напряжения с задатчика 24 уровня автоколебаний на ключ 25, который подключает источник 26 опорного напряжения к настроечному входу регулятора 27 тока настройки. Выходное напряжение с регулятора 27 поступает на обмотку 28 настройки элек0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

тромагнитной системы 13, в которой создается магнитный поток, притягивающий ферромагнитную пластину 11 к сердечнику 14, Падение напряжения на резисторе 29 обратной связи вызывает сигнал, поступающий по входу обратной связи резистора 27 на согласу- юший резистор 33 со знаком, противоположным знаку напряжения опорного источника 26, что вызывает перемещение ферромагнитной пластины 11 с подвижной частью упругой опоры 5 вблизи датчика 17 обратной связи, на выходе которого появляется приращение напряжения усиливаемого усилителем 16 переменного тока, которое поступает на обмотку 15 возбуждения электромагнитной системы 13, вызывая дополнительные перемещения свободного конца упругой опоры 5 до возникновения автоколебаний на собственной частоте подвижной части упругой опоры 5,

Для ускорения процесса контроля и исключения объема ложных показаний амплитуда автоколебаний поддерживается на постоянном уровне системой автоматической настройки, которая состоит из выпрямителя 23 выходного напряжения, схемы 22 сравнения, задатчика 24 уровня автоколебаний,ключа 25, источника 26 опорного напряжения, регулятора 27 тока настройки, обмотки 28 настройки электромагнитной системы 13 и резистора 29 обратной связи.

Работа цепи настройки сводится к тому, что нарастание напряжения на вькоде регулятора 27 тока настройки происходит до тех пор, пока подвижный конец упругой опоры 5 не займет положение, необходимое для поддержания заданного уровня сигнала (размаха напряжения на выходе усилителя 16 переменного тока), контролируемого с помощью выпрямителя 23 выходного напряжения, схемы 22 сравнения

и задатчика 24 уровня автоколебаний, I....

Как только выпрямленное напряжение превысит уровень задатчика 24, сигнал с выходной схемы сравнения сменит свой знак и ключ 25 отключит от резистора 27 тока настройки источник 26 опорного напряжения, Интегрирующий конденсатор 31 начнет разряжаться и напряжение на выходе регулятора 27 тока настройки начнет убьшать, усилие притяжения электромагнитной системы 1J начнет уменьшаться и изменятся условия самовозбуждения автогенератора частоты.

Амплитуда напряжения на выходе усилителя 16 переменного тока уменьшится и, став ниже напряжения с эа- датчика 24, приведет к выработке схемой 22 сравнения сигнала на включение ключа 25, вновь вызывая настройку системы на режим генерации заданной амплитуды колебаний. Предлагаемое техническое решение автоматически поддерживает заданную амплитуду автоколебаний.

Для исключения срывов автоколебаний при соприкосновении ферромагнитной системы 11 с сердечником Н и залипания служит парамагнитная пластина 21 (латунная прокладка).

Для автоматизации процесса подбора упругих опор значения их жесткости передаются в цифропечатающее устройство 20.

Применение предлагаемого устройства значительно ускоряет подбор упругих опор чувствительного элемента за счет ускорения процесса контроля жесткости упругих спор,а также повьша ет точность подбора упругих опор за счет высокой точности измерения жесткости упругих опор.

Значение частоты собственных колебаний различных по жесткости упругих опор нетрудно свести к достаточно узкой полОС е частот порядка 20 - 50 Гц за счет выбора соответствующего значения нагружающей массы.

Например, для упругих опор толщиной 0,15 мм из сплава 538 МНАХ МЦ 15-3, 5-2-3 ТУ А8-21-306-73, применяемых в чувствительном элементе электронных весов ВТП - 1 кг жесткость одной упругой опоры находится в пределах 60-80 Н/м. При величине колеблющейся массы 2 г значение частоты собственных колебаний составит

, 1 I С 1 80 --, р - 2ir Гт 2 07002 « .

Упругая опора с жесткостью С 800 Н/м при нагружении массой 20 г даст то же значение частоты сойст- венных колебаний.

Для получения цифрового значения жесткости и для подбора упругих опор с одинаковой жесткостью для получения высоких метрологических характе0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ристик чувствительного элемента служит электронный частотомер 18, выход которого соединен с цифровым ьу.о- дом вычислительного устройства 19, запрограммированного на решение вы-- ражения С А f . Ввод данных о колеблющейся массе осуществляется оператором в процессе настройки устройства.

Формула изобретения

-Устройство для подбора упругих опор чувствительного элемента, содержащее стойку с узлом для крепления упругой опоры, на которой закреплена электромагнитная система с сердечником и обмоткой возбуждения, датчик обратной связи, усилитель, вход которого подключен к выходу датчика обратной связи, а выход подсоединен через частотомер к вычислительному блоку и к одному выводу обмотки возбуждения, другой вывод которой связан с общей шиной питания, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности подбора за счет исключения ложных показаний, в него введены обмотка настройки, установленная коак- сиально обмотке возбуждения,пластина из ферромагнитного материала с узлом для крепления к упругой опоре, пластина из парамагнитного матери- зла, расположенная между сердечником электромагнитной системы t пластиной из ферромагнитного материала, схема сравнения, выпрямитель выходного напряжения, задатчик уровня автоколебаний, ключ, источник опорного напряжения, резистор обратной связи и регулятор тока настройки, включающий операционный усипитель, интегрирующий конденсатор, резистор интегрирующей цепи и согласующий резистор, при этом выход усилителя через выпрямитель выходного напряжения подключен к первому входу схемы сравнения, к второму входу которого подсоединен задатчик уровня колеба- 1ий, выход схемы сравнения подключен к первому входу ключа, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через резистор интегрир% к)ией цепи связан с входом операционного усилителя, выход которого соединен с одним выводом обмотки настройки и через нитегрирующий конденсатор - со своим входом, а 7;РУгой вывод обмотки настройки через резистор обратной связи

Составитель М.Жуков Редактор Е.Папп Техред А.Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 6374/39

Тираж 660

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

связан с общей шиной питания и через согласующий резистор подключен к входу операционного усилителя.

Фиг.1

Подписное