Устройство для измерения усилий Советский патент 1991 года по МПК G01L1/12 

дц

1В

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано для измерения усилий (давлений) в прокатном производстве и в других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения - повышение точности измерений усилий (давлений).

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения усилия (давления); на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип измерения усилия (давления) предлагаемым устройством.

Устройство для измерения усилия (давления) содержит магнитоупругий преобразователь усилий (давлений) 1 с намагничивающей 2 и измерительной 3 обмотками, кварцевый генератор 4, соединенный последовательно с делителем 5 частоты, выход которого соединен с первым входом счетчика б импульсов и входом устройства формирования треугольных импульсов, содержащего реверсивный счетчик 7, устройство 8 реверса и цифроаналоговый преобразователь 9, выход которого соединен последовательно с источником 10 стабильного тока и намагничивающей обмоткой 2, измерительная обмотка 3 соединена с одним из входов устройства 11 выборки-хранения и с первым входом компаратора 12, второй вход которого соединен с источником 13 опорного напряжения, а второй вход счетчика 6 импульсов соединен с выходом компаратора 12, выход счетчика б импульсов соединен с первым входом блока формирования управляющих импульсов, содержащим блок 14 сравнения кодов и блок 15 формирования импульсов, второй вход блока формирования управляющих импульсов соединен с задатчиком 16 кода , а выход - с входом управления устройства 11 выборки-хранения, выход которого соединен последовательно с нормирующим усилителем 17 и измерительным прибором 18.

На временных диаграммах (фиг.2) обозначено; н(т.)- ток намагничивания треугольной формы, стабильный по частоте Vi амплитуде, определяющий ЭДС перемагни- чивания; Еи (т,Р) - сигнал на выходе изме- рительной обмотки преобразователя, являющийся функцией измеряемого усилия (давления), зависимости Eu (t,P) показаны для трех значений давлений Р и Р2; Uon - величина опорного напряжения на выходе источника опорного напряжения, поступающего на один из входов компаратора; to, tita - время от начала периода ЭДС измерительной обмотки до момента, когда Eu (t,P) становится больше Don (для трех

значений усилий (давлений) Р 0; и ); tco,tci,tc2 время от начала периода ЭДС измерительной обмотки до момента совпадения кодов задатчика Na(t) и кода счетчика импульсов Nc(t);

t3(tco-to)(tc1-tl)(tc2-t2)/

Na(t) - код зэдатчика; Nc(t) - код счетчика;

Uy(t) - управляющий сигнал, вырабатываемый в моменты совпадения кодов счетчика импульсов и задатчика кода и определяющий момент считывания мгновенного значения сигнала измерительной обмотки.

Устройство работает следующим образом.

Последовательность импульсов, генерируемых кварцевым генератором 4, после деления делителем 5 частоты поступает на реверсивный счетчик 7 и на счетчик 6 импульсов, выполняющий функцию таймера..

Реверсивный (n-разрядный) счетчик 7

производит счетчик поступающих на его вход импульсов. Управление направлением счета осуществляет устройство 8 реверса по сигналу о достижении максимального

(все 1) или минимального (все О) состояния реверсивного счетчика 7. Цифровые выходы реверсивного счетчика 7 подключены к цифроаналоговому преобразователю 9, на выходе которого формируется переменное напряжение треугольной формы. Это напряжение поступает на вход источника 10 стабильного тока, осуществляющего питание обмотки 2 намагничивания магнито- упругого преобразователя 1 током

треугольной формы стабилизированной амплитуды и частоты (H(t) - фиг.2).

Чувствительный элемент магнитоупру- гого преобразователя 1, к которому прикладывается измеряемое усилие (давление),

перемагничивается электромагнитным полем, созданным током H(t) в обмотке 2 намагничивания. -В измерительной обмотке 3 наводится сигнал (ЭДС Ец f(t,P)- величина и форма которого определяется частотой,

амплитудой и формой тока н(т.) и величиной измеряемого усилия (Eu f(t,);Eul f(t,Pi); Eu f(t,P2)- фиг.2).

Сигнал Eu (t,P) поступает на вход устройства 11 выборки-хранения и на вход компаратора 12, на второй вход которого подано опорное напряжение Uon (фиг.2), В момент времени (to, ti 12 - фиг.2), когда сиг- нал измерительной обмотки 3 становится больше опорного напряжения; Eu(t,P) Uon,

на выходе компаратора 12 появляется сигнал, поступающий на вход управления счетчика 6 импульсов, обнуляющий и запускающий его.

Импульсы с выхода счетчика б импульсов поступают на первый вход блока 14 сравнения кодов, другой вход которого связан с задатчиком 16 кода. При совпадении кодов счетчика 6 и задатчиха 16 (фиг.2):

Nc(t) N3(t)

на выходе блока 14 сравнения появляется сигнал, который подается на вход блока 15 формирования управляющего импульса. На временных диаграммах фиг.2 это моменты времени tco, tci,tC2.

На выходе блока 15 формируется управляющий импульс считывания (разрешения выборки) нужной амплитуды и длительности Uy(t) (фиг.2).

Этот импульс, поступая на управляющий вход устройства 11 выборки-хранения, дает разрешение на считывание и регистрацию мгновенного значения сигнала измерительной обмотки 3:

Uu- f(P,t).

Это мгновенное значение Uu, сформированное на выходе устройства 11 выборки- хранения, остается неизменным до прихода следующего импульса.

Нормирующий усилитель 17 компенсирует начальное значение измерительного сигнала и нормирует выходную характеристику устройства.

Считывание информации происходит один раз за период изменение измерительного сигнала прибором 18.

При воздействии измеряемого усилия (давления) на магнитоупругий преобразователь изменяется магнитная проницаемость материала чувствительного элемента 1, по- токосцепление измерительной обмотки 3 и величина и форма сигнала, индуктируемого в ней.

Это обуславливает изменение момента запуска счетчика 6. Согласно диаграмме фиг.2 для усилия, равного 0, это время определяется как to, а для усилия Pi и Ра - ti и t2 соответственно.

Соответственно смещается и момент формирования импульса разрешения выборки и, следовательно, момент считывания мгновенного значения измерительного сигнала. Для усилия это момент tco, для

усилий Pi и Р - это соответственно tci и tC2 (фиг.2).

Таким образом, момент считывания tc мгновенного значения измерительного сиг- нала Uu определяется формой измерительного сигнала Uux f(t,P), величиной опорного напряжения U0n и кодом задатчика Na(t):

tci (t.P):N3(t):Uon.

Изменение любого из трех параметров влияет на стабильность, крутизну и нелинейность выходной характеристики устройства.

Треугольная форма тока намагничивания 1Н, стабильного по частоте и амплитуде, обеспечивает оптимальную форму зависимости Uu f(t,P), содержащую участок, измерение на котором мгновенных значений Eu (t,P), осуществляемое в конкретные

моменты времени, обеспечивает высокую стабильность и линейность выходной характеристики устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения усилий, содержащее магнитоупругий преобразователь усилий с намагничивающей и измерительной обмотками, кварцевый генератор, соединенный последовательно через

делитель частоты, формирователь импульсов и источник стабильного тока с намагничивающей обмоткой, а также счетчик импульсов, устройство выборки-хранения, блок формирования управляющих импульсов, к управляющему входу которого подключен задатчик кода, нормирующий усилитель и измерительный прибор, причем один вход счетчика импульсов подключен к делителю частоты, а выход через блок

формирования управляющих импульсов соединен с одним из входов устройства выборки-хранения, другой вход которого подключен к измерительной обмотке маг- нитоупругого преобразователя усилий, а

выход через нормирующий усилитель соединен с измерительным прибором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено источником опорного напряжения и

компаратором, один из входов которого соединен с измерительной обмоткой магнито- упругого преобразователя усилий, а другой - с источником опорного напряжения, а выход компаратора подключен к второму входу счетчика импульсов.

Изобретение относится к силоизме- рительной технике и позволяет повысить точность измерения усилий (давлений) маг- нитоупругим преобразователем. Намагничивающая обмотка 2 магнитоупругого преобразователя 1 запитываётся током треугольной формы от кварцевого генератора 4. Кварцевый генератор 4 соединен с намагничивающей обмоткой 2 через реверсивный счетчик 7 с блоком реверса 8, цифроаналоговый преобразователь 9 и источник стабильного тока 10. В измерительной обмотке 3 наводится сигнал Ей, величина которого определяется частотой, амплитудой и формой намагничивающего тока и величиной измеряемого усилия. Сигнал Ей поступает на вход устройства выборки-хранения 11 и на вход компаратора 12, на второй вход которого подано опорное направление Don ст блока 13. В момент, когда сигнал Еи станет больше Uon, на выходе компаратора 12 появится сигнал, поступающий на вход управления счетчика 6. обнуляющий и запускающий его. При совпадении кодов счетчика 6 . и задатчика кодов 16 на выходе блока сравнения появляется сигнал, который подается на вход блока формирования управляющего импульса 15. Этот импульс, поступая на управляющий вход устройства 11, делит разрешение на считывание и регистрацию мгновенного значения сигнала измерительной обмотки 3, которое через нормирующий усилитель 17 поступает на вход измерительного прибора 18. 2 ил. у Ј О ю ю VI 00

Фиг. г