Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем Советский патент 1989 года по МПК G01L1/12 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении сил маг- нитоупругими преобразователями, где приложенная к преобразователю сила изменяется постепенно в широких пределах, например, вагонные, ваго- неточные и автомобильные весы, весы для дозировки сыпучих материалов и

т.п. 1

Цель изобретения- повьш1ение точности.

На фиг. I приведены градуировоч- ные характеристики магнитоупругого преобразователя; на фиг. 2 - схема силоизмерительного устройства, реализующего предложенный способ.

На фиг. 1 кривые 1, 2 являются градуировочными характеристиками U(F), U2(F) магнитоупругого преобразователя, снятыми при двух значениях сопротивления в выходной цепи преобразователя. Характеристика U(F) получена при большем сопротивлении в выходной цепи преобразователя, а ха- :рактеристика U(F) - при меньшем.

Точками 3 и 4 отмечены выходные напряжения U,p, , измеренные соответственно при большем и меньшем сопротивлениях выходной цепи преобразователя при одном из значений изменяющейся силы F.

Силоизмерительное устройство для реализации способа содержит магнито

N)

упругий преобразователь 5 с намагничивающей 6 и вькодной 7 взаимно пер- пендикуляриьши обмотками, выпрямители 8 и 9, резисторы 10 и 11, конденсатор 12 и 13, цифровые измерительные приборы 14 и 15, микроэвм 16 и каналы 17-20 для передачи измерительной информации и сигналов управления.

Цифровые измерительные приборы 14 и 15 служат для измерения выходных на пряжений магнитоупругого преобразователя. Входы этих приборов подключены к резисторам 10 и 11.

Управление щгфровыми измерительны ми приборами осущебтвляется микроЭВМ 16, которая выполняет также все вычислительные операции, предусмотренные процедурой измерения. С помощью выпрямителей 8 и 9 осуществляется по- лярное разделение выходного тока маг- нптоупругого преобразователя по двум ветвям, в которые включены резисторы 10 и 11с различным сопротивлением.

Благодаря наличию конденсаторов 12 и 13 выходной ток через выпрямител 8 и 9 протекает в течение небольшой части полупериода, во время которого другой выпрямитель заперт обратным напряжением. Это позволяет рассматри- вать работу магнитоупругого преобразователя с одн11м из выпрямителе независимо от .его работы с другим выпрямителем.

Резистор 10 с конденсатором 12 и резистор 11 с конденсатором 13 поочередно включаются выпряьштелями в выходную цепь магнитоупругого преобразователя.

При установившемся процессе средний ток через конденсатор 12 (или 13) равен нулю и ток в выходной цепи определяется сопротивлениями резисторов 10 и 11. Такая схема позволяет одновременно измерять выходные напряжения и,р , и,, и, при двух значениях сопротивления нагрузки, подютюченной к выходу магнитоупругого преобразователя.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Измеряемая сила действует на маг- нитоупругий преобразователь 5, вы - ходные напряжения которого зависят от этой силы.

При градуировке силоизмерительного устройства при каждом фиксируемом значении действующей на преобразователь силы цифровыми приборами 14 и 15 измеряются напряжения на резисторах 10 и 11. Полученные градуировочные характеристики U/(F) и Uj,(F) записываются в память микроэвм 16, где эта информация хранится.

При рабочем измерении выходные напряжения измеряются теми же приборами 15 и 14 в процессе изменения действующей на преобразователь силы F. Результаты измерений вводятся в мик- роЭВМ 16, где вычисляется погрешност корректируется результат измерения.

Для определения алгоритма вычисления погрешности пусть одно из значений изменяющейся сипы F при рабочем измерении представлено на фиг. 1 отрезком О , а, отвечающие ему выходные напряжения , , измеренные при большем и меньщем сопротивлениях Ъы- ходной цепи соответственно, отмечены точками 3 и 4. При этом же значении F (равном Ort), но при градуировке выходные напряжения равны U,, Ug. Абсолютная погрещность магнитоупругого преобразователя, содержащаяся в U,p , обозначена через Д,, а в через

На фиг. 1 стрелками показано, как по напряжениям , и.из градуиро- вочных характеристик определяется величина Cf), возникающая вследствие зависимости относительной погрешности от сопротивления выходной цепи. Как видно из фиг. 1,

,

(1)

и - значе1ше характеристики

U2(F), соответствующее оценке измеряемой силы из характеристики U(F) по напряжению и

Р

ip jU-zp выходные напряжения при рабочем измерении соответственно при большем и при меньшем сопротивлениях нагрузки в выходной цепи преобразователя. Зависящие от погрешности участки

аЬ, de градуировочных характеристик

достаточно малы, чтобы, пренебрегая

их нелинейностью, записать

(f .(2)

где К - отношение крутизны градуировочных характеристик.

„ dUz/dF

Экспериментально установлено, что если магнитная индукция в сердечнике между отверстиями для намагничивающей обмотки составляет 1,6 Тл и больше, то оценку погрешности можно вычислить по формуле

(А)

. Ф

)

Предусматривается вычислять ряд значений Л, соответствующих ряду значений силы, при которых при рабочем измерении измеряется ряд значений выходных напряжений U., . При этом используются градуировочные характери стики U,(F), ), представленные в табличном виде.

Из (1) и (А) для вычисления Д получена формула (5)

К(Г-К)

для которой Uo и к вычисляются из двух следующих выражений:

Un-U2, иТа-ии

и,-Ц

г,+K(Uip-U4, ),

35

где и,, и, ближайшие к U,pсоответственно меньшее и большее значения характеристики U,(F), измеренные при градуировке; значение U(F) при значении и, (F)p равном и,, ; 40

и.Ut2значение ) при значении U,(F), равном U,i .

При рабочем измерении значения и определяются на участке измерений, включающем два-три соседних значения характеристики U,(F), наиболее близких к выходному напряжению, действующему при измеряемом мгновенном значении изменяющейся силы F.

Применяя сглаживание зависимости А () на участке измерений методом наименьших квадратов, можно снизить и случайную погрешность, содержащуюся в результатах определения значений U.

Указанные размеры участка измере50

После определения коэффициентов а и Ь, и и Л вычисляется скорректированное значение выходного напряжения

и.

ир-л„.

(11)

по которому из градуировочной характеристики U,(F) находится измеряемое значение силы F.

По этому алгоритму в микроЭВМ 16 вьгаисляется погрешность измерения.

Дополнительное измерение выходных ., напряжений U,p, моменты, когда значение одного из них совпадает со значением градуировочной характеристики, измеренным при градуировке, обеспечивает значительное повышение точности измерения сипы магнитоупругим преобразователем.

Формул а изобретени

55

Способ измерения сил магнитоупру- гим преобразователем ло авт. св. НИИ достаточно малы, чтобы для сглажи- 887948, отличающийся

тем, что, с целью повьппения точности, (8)в процессе измерения сипы, приложенвания использовать функцию & a+bUn,

10

-

25

х

30

35

40

L (9)

коэффициенты а, b которой определяются из системы

п п

an+b21Un;- u,-, i-i

ailu,i+b21uJ;- Un u;

i-t где l,2,...,n - номера измерений напряжений U,p , 1)4р в пределах участка измерений (i-I - начало участка); Uj,; - приращение i-н измерении по сравнению с при i-I;

Л;- значение погрешности & ,

рассчитанное по результатам i-ro измерения;

U.. - оценка погрешности магни- тоупругого преобразователя после сглаживания зависимости Д(и,р);

и j - приращение выходного напряжения в момент измерения мгновенного значения силы F;

U Up-uJp,(10)

где и IP - значение и,рпри

Up - значение и,рпри измеряемом

значении силы F.

После определения коэффициентов а и Ь, и и Л вычисляется скорректированное значение выходного напряжения

и.

ир-л„.

(11)

по которому из градуировочной характеристики U,(F) находится измеряемое значение силы F.

По этому алгоритму в микроЭВМ 16 вьгаисляется погрешность измерения.

Дополнительное измерение выходных напряжений U,p, моменты, когда значение одного из них совпадает со значением градуировочной характеристики, измеренным при градуировке, обеспечивает значительное повышение точности измерения сипы магнитоупругим преобразователем.

Формул а изобретени

55

ной к преобразователю при рабочем измерении, производят дополнительные измерения в моменты времени, когда значение выходного напряжения преоб- разователя при одном из двух значений сопротивления нагрузки в его выходной цепи совпадает со значением напряжения, измеренного при градуировке при том же сопротивлении, или до- полнительные измерения делают непрерывно в процессе рабочего измерения через заданные промежутки времени, из полученного множества результатов измерений выходных напряжений выбира- ют наиболее близкие к значениям напряжений, полученных при. градуировке, и по полученным данным рассчитывают зависимость погрешности от выходного напряжения при большем сопротивлении нагрузки в выходной цепи, при этом в обоих случаях находят погрешность при измеряемом значении силы, которое определяют из градуиро- вочной характеристики по скорректиро - ванному выходному напряжению, равному

c-Up-un. Up - выходное напряжение при

большем сопротивлении грузки в цепи выходной обмотки при измеряемом значении силы; uh погрешность преобразователя.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение при измерении сил магнитоупругими преобразователями, где приложенная к преобразователю сила изменяется постепенно в широких пределах. Цель изобретения - повышение точности измерения. В процессе изменения силы, приложенной к преобразователю, производят дополнительные измерения в моменты времени, когда значение выходного напряжения при одном из двух значений сопротивления нагрузки в выходной цепи совпадает со значением напряжения, измеренного при градуировке при том же сопротивлении. По полученным данным рассчитывают зависимость погрешности от выходного напряжения при другом сопротивлении нагрузки в выходной цепи преобразователя, из которой находят погрешность при измеряемом значении силы, которое определяют из градуировочной характеристики по скорректированному выходному напряжению. 2 ил.

Щр

2р Uo

Ui

/ /

15

/7

i8

/4

id

20

llr-S

10

:/f

r

Фив. 2.