Устройство для автоматизированной градуировки датчика силы Советский патент 1990 года по МПК G01L25/00 

Изобретение относится к силоизмерительнои lexHHKe и предназна.чено для градуировки ;к преобразователей силы, например, тензометрического типа, с последующей автоматизированной обработкой результатов измерений при определении их рабочих характеристик и оценки качества градуировки.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг о 1 показана силозадаю- щая машина, вид; на фиг. 2- график нагружения датчика силы; на фиг. 3 - функциональная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 4 - схема блока обработки измерительной информации; на фиг. 5 - схема блока усреднения измрительной информации; на фиг. 6 - схема вычислителя нагрузки.

Устройство содержит образцовьи динамометр 1, градуируемый датчик 2 силы и силовозбудитель 3, установленные соосно в силозадающей машине, имеющей основание 4 и верхнюю траверсу 5, скреллен шю между собой штангами 6, блок 7 управления сило- возбудителем, состоящей, например, из электропневмоклапанов (ЭПК) 8 и и расходных шайб 10-.1 и 10-2 и соощенный с источником 11 рабочей жидкости и сливной емкостью 12, усилители-преобразователи 13 и 14 напряжения, АЦП 15 и 16, блоки 17 и 18 умножения кодов, регистры 19 и 20, блок 21 обработки измерительной ин

0

5

0

5

50

55

формации, блок 22 памяти, блок 23 усреднения измерительной информации, блок 24 индикации, генератор 25 тактовых импульсов, элемент И 26, коммутирующий элемент 27, триггеры 28- 30, элементы 31-.-и 32 задержки, счетчик 33 -импульсов, блок 34 задания градуировочных усилий, вычислитель 35 сигналов задания, состоящий из блока 36 умножения кодов, сумматора 37 и элемента 38 задержки, блоки 39 и 40. сравнения кодов, коммутаторы 41 и 42, элемент ИЛИ 43, формирователь 44 одиночных импульсов, ключ 45 и формирователь 46 команд нагрузки, выполненный, например, на триггере 47, коммутаторе 48 и двух ключах 49, 50, посредством которых обмотки ЭПК 8 и 9 подключаются к питающей шине uy.

Функциональная электриче.ская схема блока 21 составлена с учетом ап- роксимации градуировочной характеристики датчика 20 по соотношениям, известным из метода наименьших квадратов, и содержит (фиг. 3) субблоки 51 и 52 усреднения измерительных сигналов при нулевой нагрузке, состояш 1е каждый из сумматора 53, умножителя 54 кодов и элемента 55 задержки, вычислитель 56 величины нагрузки, блоки 57-60 вычитания кодов, блоки 61- 64 вычисления суммы, вьшолненные каждый на сумматоре 65 кодов, накапливающем регистре 66 и элементе 67 задержки, блоки 68-73 умножителя, блок 74 деления кодов, счетчики 75 и 76 им10

пульсов, гоюратор 77 тактовых импульсов, элемент 78 задержки, триггеры 79, 80, элементы И 81 и ШТИ 82 и коммутатор 83.

Блок 23 усреднения измерительной информации в предлагаемом варианте образуют сумматоры 84 и 85 кодов, регистры 86 и 87, делители 88 и 89 кодов, два счетчика 90 и 91 импульсов, элемент 92 совпадения, делитель 93 частоты, реле 94 времени, элементы И 95 и 96 и элемент 97 задержки.

Вычислитель 56 состоит из последовательно соединенных элементов вычи- 4 г танин 98, умножения 99 и суммирования 100 кодов.

Для задания нагрузок на динамометр 1 и датчик 2, работающих на растяжение, использован силовозбудитель 3 гидравлического типа.

Устройство работает следующим об- разом.

Предварителыю осуществляют настройку его схемных элементов на режим работы, обеспечивающий автоматическое задание необходимых градуи- ровочных нагрузок в силовой цепи и вычисление коэффициентов В, В , ап- роксимаи 1и рабочей характеристики датчика 2, записываемой уравнением 1-й степени:

25

30

20

2.

В. й.и„ + в.

(1)

где Д и - разность электрических сигналов, снимаемьгх. с выхода датчика 2 при изменении на нем нагрузки от О до значения P,.,j .

Для этого в память блока 34 считывают последователpjHOCTb градуировочн усилий Ргр,, , Ргр.г , ..., Ррр.п Ргр(г,,- О, на которые динамометр 1 и датчик 2 должны быть нагружены в процессе выполнения данной работы. В уставки блоков 17 и 18 записывают значения коэффиц11ентов q и q усиления преобразователей 13 и 14, характеризующих изменение сигналов и, и U2, приходящееся на один дискрет АЦП 15 и 16. На вторых входах блока 40 устанавливают код

п+1

---, равньм числу градуировочных площадок на прямом ходе нагруже-пия силовой цепи. В уставки элеме1;тов 99 и 100 блока 56 вводят значение коэф- фи1щентов А и AQ градуировочноГг характеристики образцового динамометра 1, записываемой полиномом вида

P,A.,; -и,)+А„, (2)

где ЛЬ , - разность электрических сигналов, снимаемых с выхода динамометра 1 при увеличении на нем нагрузки от О до значения ; J oi сигнал, снимаемый с динамометра при нулевой нагрузке.

Из уравнения (2) следует, что текущее значение измерительного сигнала

+ и - - А Чй д

м

1(й А

р .- ° А.

и,))

Значения множителя А

и слагаемо4 г

25

30

35

40

45

0

20

го AQ/A записывают соответственно в уста;:1сах блоков 36 и 37 Вг тчисли- теля 35.

В исходном состоянии все счетчики 33, 75, 76, 90 и 91,.триггеры 28- 30, 79, 80 и 47 и регистры 19, 20,

66, 86 и 87 обнулены, элеме т

ы 1;

16,

81, 95 и 96 закрыты, ключи 45, 49 и 50 разомкнуты, ЭПК 8 и 9 обесточены. Коммутаторы 41 и 83 установлены в положение, при котором импульсы напряжения с их входов поступают па счетные входы счетчиков 33 и 75, коммутатор 42 пропускает па свой выход те сигналы, которые формирует блок 39 при U.i , большем либо равном , где индекс d - порядковый помер градуировочной площадки (d 1, 2, 3,..., п). Коммутатор 48 задействует в работу ключ 49. ИнфopмaLIJ я на выходах функциональньЕк блоков 17, 18, 21-23 и т.д. отсутствует. Силовозбудитель 3 разгружен. Емкость 11 наполнена рабочей жидкостью и в ней создано необходимое избыточное дав- . ление.

Для В1шючения устройства в работу кратковременно замыкают коммутирующий элемент 27. При этом триггеры 28 и 29 переключаются в единичное состояние, открывается элемент Н 26 и и fflyльcы напряжения с выхода генератора 25 начинают поступать на вход та ктовых импульсов блока 23 и управляющие входы блоков 17 и 18. Последние умножают выделяемые преобразователями 15 и 16 коды КОДи,;, на коэффициенты усиления q, q, формз-фуя последовательность теку1Щ х .значений измерительных сигналов U,; , , пропорциональных по велич1И{е градуировочному усилию Ргр.) :

гр..,

и

,(2; КОДи,(; . q(„

(4)

Одновременно второй триггер 29 замыкает ключ 4,5 и через элемент ИЛИ 43 и формирователь 44 переводит в единичное состояние триггер 30, задействуй в работу блок 23. Он предназначен для усреднения измерительной информацией на градуировочных площадках с тем, чтобы учесть возможную флюктуацию считываемых кодов и , например, от нестабильности источников питания, незначительного колебания нагрузки и других факторов, влияющих на точность измерения.

Принцип действия этого блока сводится к следующему.

Через интервал времени, равный настройке реле 94 и достаточный для стабилизации давления в силовозбуди- теле 3 после выключения ЭПК 8 или 9, открывается элемент И 95, разрешая прохождение тактовых импульсов на суммирующий вход счетчика 90 Последний в каждом такте усреднения информации формирует четыре управляющие команды, причем частота их следования несколько меньше частоты f тактовых импульсов и устанавливается делителем 93. По первой и второй командам сумматоры 84 и 85 увеличивают содержимое кажд,ого из накапливающих регистров 86 и 87 на величину вьщеленных в данный момент измерисигналов U

Ь

и и

2.

т .е.

и

12.

.+и, -U.r, (5)

1 -Л

.+U2 ±и,;. (6)

2,;

где Z - число точек усреднения на.;

каждой из градуировочных rufoщадок.

Третий командный импульс поступает в счетчик 91 и увеличивает его содержимое на единицу. По четвертой команде блоки 88-и 89 делят накопленные суммы Ugg, bTS. содержимое счетчика 91, определяя средние значения измерительных сигналов S6(ft4)2. 1

u.uvp.d - Г

Z )i

После считывания в счетчик 91 .z-ro импульса на вьжоде элемента 92 сов- падег-ия формфуется сигнал, соответствующий 1, который открывает элемент И 96 для прохождения командного импульса, означающего окончание дикла

0

5

0

усреднения информации, на входы обнуления элементов 86, 87 и 91 и на синхронизирующий выход блока 23.

Первый цикл усреднения измерительной информации приходится на нулевую градуировочную площадку. Сигналы и ( и и ,2j, снимаемые в это время с динамометра 1 и датчика 2, про- пор.циональны величинам собственных сил тяжести и силы тяжести подвилсной части силовозбудитепя 3. После их усреднения они переписываются в регистры 19 и 20 и используются в дальнейших расчетах в качес-тве условных нулей (обозначены индексами

(Ui ср.о и и ср.о )

Одновременно с заполнением регистров 19 и 20 выключаются из дальнейшей работы триггер 29 и ключ 45, триггер 47 блока 46 переводится в единичное состояние, в счетчик 33 записывается первая единица и на выходе блока 34 формируется код, соот- ветствуюш 1й г рад уиров очному усилию Р грJ . Через интервал времени, равный настройке элемента 32 задержки и достаточный для устойчивого сра- .батывания элементов 33 и 34, запускается в работу вычислитель 35, который умножает кодовое значегше усир

гр.1

на число

1/А,,

а затем полученный результат суммирует с услов5

0

5

5

ным, нулем и

1 с

р,о

и отношением коэффициентов Лд/А, определяя величину

. р , , соответствующую на- по (3). По окончании

0

сигнала U грузке .-, вычислений этот сигнал устанавливается на первых входах блока 39.

Триггер 47, переключившись в единичное состояние, замыкает ключ 49, вследствие чего срабатывает ЭПК 8 и давление рабочей жидкости ,в силовой полости силовозбудителя 3 начинает увеличиваться, постепенно нагружая динамометр 1 и датчик 2 от О до значения Р рр 1 . Когда сигнал , выделяемый блоком 17, становится равным либо превыщает U,, на первом выходе 39 появляется напряжение, которое поступает в схему через коммутатор 4.2, элемент ИЛИ 43 и формироватаиь 44 одиночных импульсов, видоизменяя ее состояние следующим образом: триггер 47 ра мыкар.т ключ 49 и обесточивает обмотку ЭПК 8; ЭПК 8 закрывается, стабилизируя давление в сило- возбудителе 3, нагружение силовой цепи прекращается; триггер 30 устанавливается в единичное состояние, вновь задействуй в работу блок 23. Последний определяет усредненные значения U,,. и измерительных сигналов на этой градуировочной площадке, а по окончании цикла вычислений формирует на своем синхронизирующем выходе импульс напряжения, по которому переключаются триггеры 30 и 47, полученный результат (кодовые значения сигналов и U ) считываются в блок 22 памяти по установленному счетчиком 33 адресу.

Через интервал времени, равный устав-., лят полученные суммы пополам, опреде- ке элемента 31 задержки и достаточный для занесения информации в блок 22-, в счетчик 33, записывается вторая единица, на выходе блока 34 устанавливается новый код, соответствуюисий гра- - дуировочному усилию Ргр2 вычислитель 35 преобразует его в реперный

ляя средние значения условных нулей:

.±. 1 LL. Ui(2)((8)

На выходах 1 , . .. , п счетчика 76 формируется единичный код от первого считанного импульса, который адресуется на входы вывода информации блока 22 и на выходах последнего устанавливаются кодовые значения сигналов

сигнал и гр 2 блоке 22 подготавливается к заполнению вторая группа ячеек памяти для записи в них сигналов и tp 2 , U2cp, 2 Затем цикл на- гружения силовой цепи и усреднения имерительной информации повторяется.

При считывании в счетчик 33 импульса напряжения, соответствующего градуировоч юй площадке с максимальным нагружением (---), срабатывает

блок 40 сравнения кодов и на его выходе появляется потенциальный сигнал, по которому комщ таторы 42 и 48 переводят устройство в режим обратного хода. По этой команде задействуоп ся в работу второй выход блока 39, выделяющий командный сигнал при U Urpd , а к выходу триггера 47 под- соединяется ключ 50, который управляет ЭПК 9. Б остальном схема устройства работает аналогично описанному.

При последовательном возб ждении командных импульсов напряжения на ег первых трех выходах блок 56 вычисляет градуировочное усилие Т по

По завершению последнего цикла ус-дз уравнению (2), используя усредненные

реднения измерительной информации и выделения сигналов U;, cp.(ri+1) , и (;р(п+1) на разрядных выходах блока 23 устройство переключается в режим обработки зарегистрированной информа-JQ ции: импульс напряжения, возбул сдаемый на его синхронизирующем выходе, воз- , вращает в исходное состояние счетчик 33 ,и триггер 28 с элементом И 26 (через коммутатор 41, предварительно УС-г тановленный в положение II) и запускает в работу блок 21. Последний определяет коэффициенты В и EQ градуировочной характеристики по (1) дат

чика 2 по соотношениям, известным из метода наименьших квадратов.

Сущность этих вычислений сводится к следующему.

В блоке 21 запускающий импульс напряжения поступает на управляющие входы субблоков 51 и 52, на счетньш вход счетчика 76 (через элемент ИЛИ 82) и на вход элемента задержки 78. При этом в субблоках 51 и 52 элементы 53 суммируют кодовые значения сигналов и 1 ср.о с и;,р( соответственно U2cp,o с (пц-0 элементы 54 делят полученные суммы пополам, опреде-

ляя средние значения условных нулей:

.±. 1 LL. Ui(2)((8)

На выходах 1 , . .. , п счетчика 76 формируется единичный код от первого считанного импульса, который адресуется на входы вывода информации блока 22 и на выходах последнего устанавливаются кодовые значения сигналов

и

1 ср. 1

зафиксированные на

первой градуировочной площадке, через интервал времени, равный уставке элемента 78 задержки и достаточный для выполнения вычислительных операций субблоками 51 и 52, переводится в единичное состояние триггер 79, открывая элемент И 81 и задействуя в работу счетчик 75.

Последний предназначен для управления блоками 56, 57, 61-64, 68 и 69 и функционирует в циклическом режиме, причем каждый цикл от}юсится к обработке информации на одной из градуи- ровочных площадок. .

При последовательном возб ждении командных импульсов напряжения на его первых трех выходах блок 56 вычисляет градуировочное усилие Т по

уравнению (2), используя усредненные

значения сигнала U р и условного нуля и/1(р:

.d A,(U,,pj- U,) + А. (9)

Одновременно .по одному из этих импульсов, например первому, блок 57 вычисляет разность сигналов

и

.d U. U,(10)

При возбуждении командного импульса на четвертом выходе счетчика 75 блок 68 определяет произведение чисел и iU2cp.{J а второй блок 69 умШестой импульс возвращает в исходное состояние счетчик 75 и увеличиваножения возводит кодовое значение сигнала А.и2(.- -в квадрат:

П рли , . содержимое счетчика 76 на единицу,

68d ср.с1 bU2 cp.d -П

вследствие чего на выходах блока 22

П 69d ср.с .d .d ) устанавливается новая инфopмaцI я, от(12)носящаяся к следующей градуировочной

Пятый командный импульс запускает блоки 61-64, которые накапливают результаты предьдущих вычислений:

Пе,

Пб2

d--i

г

Ср.d

d- n

21

64

d ( n

площадке, и т.д.

Вторая группа выходов (п+2),..., 10 счетчика 76 соединена с управляющими входами блоков 70, 71, 58, (13)59, 72-74 и 60, завершаюищх вычисление коэффигщентов В и В. Импульсы cp.( cp.d напряжения на них начинают возбуж даться после того, как триггер 80 с

(15)помощью коммутатора 83 подключает выход элемента И 81 к суммирующему вхо(16)ду счетчика 76. Последовательность этих вычислений следующая:

2cp.d

Шестой импульс возвращает в исходное состояние счетчик 75 и увеличивавследствие чего на выходах блока 22

устанавливается новая инфopмaцI я, от

Изобретение предназначено для градуировки датчиков силы по образцовым динамометрам в различных силозадающих машинах с последующем определением их рабочих характеристик. Целью изобретения является увеличение производительности. Это достигается за счет полной автоматизации операций при помощи схемы, включающей генератор 25 тактовых импульсов, элемент И 26, триггеры 28 и 30, элементы 31,32 задержки, счетчик 33 импульсов, блок 34 задания градуировочных усилий, вычислитель 35 сигналов задания, блоки 39 и 40 сравнения кодов, коммутаторы 41,42, элемент ИЛИ 43, формирователь 44 одиночных импульсов и формирователь 46 команд нагрузки, подключенный выходами к входам блока 7 управления силовозбудителем 3. Информация о величине градуировочных усилий, выделяемая образцовым динамометром 1 и датчиком 2 силы, посредством усилителей-преобразователей 13,14 напряжения, АЦП 15,16 и блоков 17,18 умножения кодов преобразуется в последовательность цифровых кодов и после усреднения на грудировочных площадках фиксируется в блоке 22 памяти. По окончании градуировки она считывается в блоке 21, который определяет коэффициенты градуировочной характеристики датчика 2 по методу наименьших квадратов. Повышение точности достигается за счет усреднения измерительных сигналов на градуировочных площадках, осуществляемого блоком 23, введения поправок на предварительное нагружение силовой цепи, записываемых в регистры 19,20, использования в выполняемых расчетах градуировочной характеристики образцового динамометра 1 и т.д. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Блок 70

Z П„П,, ;; Р.соЛ 21 UU,,p.d ;

П Ь «-3 П

- cp.d

-Р

П2 1 (

f,V,

UU

d2fp.J

блок 58

П5,п,,-п,„ ±(p.cp,d .d .d|;-.cp.d

блок 59

П..

ли

с1-(

«Zcp

J - 5 ,

блок 74

и)1

П

П58

z:(.d ьи. ср.сз ).

5

..

1 л

П

ьи

d-i

2 cp.d

)

блок 72

П, в,,п,,ди, .

блок 60

,П,, .Р,ср.сЗ - i.

блок 73

-;&,cp.d-,-M.

Полученные значения коэффициентов В и Вр считывается в блок 24.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает автоматическое управление силовозбудителем, предусматривающее ступенчатое нагружение силовой цепи градуировочныш усилиp.d ;

-Р(17)

);

(18)

(19)

);

ecp.d

и)1

(20)

(21)

ьи

2 cp.d

(22)

(23)

(24)

ими заранее выбранной величины и последующую ее разгрузку до нуля, усреднение измерительной информащш на градуировочных площадках и ее запись в блок 22 памяти, вычисление коэффициентов апроксимации рабо.чей характеристики датчика си.г1ы по методу

наименьших квадратов, выполняемое по окончании градуировки.

Формулаизобр етения

при этом вторые выходы блока усреднения измерительной информации подключе ны к второму входу, блока памяти, пятому входу блока обработки измерительной информации, шестой вход которого через второй регистр подключен к второму выходу блока усреднения измерительной информации, а второй выход блока памяти .подключен к второму входу блока обработки измеритель10

, „

20

5

0

5

5

ной информации, выход генератора тактовых импульсов-через элемент И соединен с вкодаьш управления блоков умножения ко.дов и входом тактовых импульсов блока усреднения измерительной информации, управляющий вход которого подключен к выходу третьего триггера, а его синхронизирующий выход - к входу записи блока памяти, второму входу третьего триггера, первому входу формирователя команд нагрузки, через ключк входам перезаписи регистров, через первьш элемент задержки к второму входу второго триггера и входу первого коммутатора, вход управления которого соединен с вькодом переполнения счетчика, выход коммутирующего элемента через первый триггер соединен с вторьим входом элемента И, через второй триггер с первым входом элемента ИЛ1 и входом управления ключа, первьш выход первого коммутатора соединен со счетным входом счетчика импульсов и через второй элемент задержки с управляюш 1м входом вычислителя сигналов задания, второй выход этога коммутатора подключен к входу обнуления счетчика, второму входу первого триггера и входу запуска блока обработки измерительной информации, один из выходов которого сое.динен с входом вызова информационных кадров блока памяти, первый и второй выходы первого блока сравнения кодов через второй коммутатор соединены с вторым входом элемента ИЛИ , выход которого через формирователь одиночных сов подключен к первому входу третьего триггера и второму входу формирователя команд нагрузки, адресные входы блока памяти объединены с первыми вxoдa и второго блока сравнения кодов и подключены к соответствующим выходам счетчика и myльcoв, вторые входы блоков умножения кодов соединены с уставками коэффициентов усиления усилителей-преобразователей напряжения, вторые входы второго блока сравнения кодов - с уставкой окончания нагрузки датчика силы, а выход блока сравнения кодов подключен к входам управления второго коммутатора и формирователя команд нагрузки, при этом выход первого блока умножения кодов подключен к одному из входов первого блока сравнения кодов.

умножения кодов соединены с первыми выходами блока обработки измерительной информации, вторые выходы которого объединены с первыми входа ми пятого блока умножения кодов и подключены к выходам блока деления кодов, первые и вторые информационны входы первого блока вычитания кодов соединены соответственно с вторыми входами блока обработки измерительно информации и выходами второго субблока усреднения измерительных сигналов при нулевой нагрузке, выходы этого блока вычитания кодов подключены к вторым входам первого блока умножения кодов, первым и вторым информа- 1да онньм входам второго блока умножения кодов и через третий блок вычисления суммы к вторым входам третье

5

0

5

30

35

40

50

го и пятого блоков умножеьшя кодов и первым и вторым информационным входам четвертого б;1ока умножения ко-, дов, выходы которого через третий блок вычитания кодов соединены с первыми информационными входами блока деления кодов, выходы третьего блока умножения кодов через второй блок вычитания кодов соединены с вторьгми входами блока деления кодов, а выходы первого и второго блоков умножения кодов через второй и четвертый блоки вычисления суммы подютючены к вторым информационным входам второго и третьего блоков вычитания кодов соответственно, вход запуска блока обработки измерительной информации соединен с вторым входом элемента 1ШИ, входами управления субблоков усреднения измерительных сигналов при нулевой нагрузке и через элемент задержки и первый триггер с вторым входом элемента И, вход управления коммутатора подключен к выходу второго триггера, выходы первого счетчика импульсов соединены с управляющими входами вычислите ля величины нагрузки, первого блока вычитания кодов, первого и второго блоков умножения кодов и блоков вычисления суммы соответственно, а его выход переполнения - со своим входом обнуления и третьим входом элемента ИЛИ, выходом подключенного к счетному входу второго счетчика, первая группа выходов которого соединена с третьими выходами блока обработки измерительной информации, один из выходов - с первым входом второго триггера, вторая группа выходов - с управляющими входами третьего, четвертого, пятого и шестого блоков умнолсения кодов, второго, третьего и четвертого блоков вычитания кодов И блока деления кодов соответственно, а его выход переполнения - со своим входом обнуления и вторыми входами первого и второго триггеров, третьи информационные входы третьего и четвертого блоков умножения и вторые входы шестого блока умножения кодов соединены с уставками, обратными числу градуировочных площадок.

Фие.1

Фиг. 2

Фаг.

1606889

iJzL

jfe

Г

Фиг.5