Способ определения собственных частот приборов Советский патент 1993 года по МПК G01H13/00 

Изобретение относится к контрольно- изм рительной технике и может быть ис- пол&зовано для определения параметров колебаний приборов, сводящихся к одной или нескольким автономным системам с одной степенью свободы.

Известен способ определения собст- веннрй частоты прибора, заключающийся в том, мто создают статическое перемещение упругого элемента, измеряют его и используют1 измеренное значение для определения бобственной частоты (1). Статическое перемещение создают с помощью прило- женнрй к упругому элементу силы веса (2) с помощью действующего на упругую систему ускорения (в частности, центростреми- , (3, 4) либо с помощью последовательного воздействия сосредоточенно силы и центростремительного уско- ре.ния (5). Последний способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату.

Недостатком существующих способов является невысокая точность определения собственных частот в технически важных случаях, когда механическая система прибора приводится к нескольким (чаще к двум) автономным системам с одной степенью свободы. Между тем в последние годы такие системы (особенно в мембранных датчиках и сигнализаторах давления (6) широко используются для повышения чувствительности и стойкости; приборов к воздействию линейного, ударного и вибрационного ускорений (7, 8). Типичным примером прибора, сводящегося к-двум упругим системам с одной степенью свободы, является реле давления, содержащее корпус, в котором для повышения чувствительности и стойкости к механическим воздействиям размещены два мембранных чувствительных элемента с контактами, работающими при изменении давления встречно. У такого реле контакты могут.бы.ть выполнены на замыкание или на размыкание. Соответственно при разомкнутых контактах упругих систем.

СО

С

-xi ю ел

Сл

О

ел

прибора работают автономно и прибор имеет две собственных частоты, при замкнутых контактах две упругие системы прибора соединяются и образуют общую систему с одной степенью свободы и одной, собственной частотой.

При создании по способу-прототипу статического перемещения с помощью центростремительного ускорения деформироваться будут обе упругие системы, в частности, при идентичных параметрах упругих систем замыкание (размыкание) контактов (в зависимости от варианта выполнения) реализовать невозможно. По-, следовательное же выключение одной из систем с помощью жесткого упора будет вносить в измерения погрешность за счет изменения заданной величины статического перемещения (особенно при малых зазорах между контактами).

Другим недостатком прототипа является сложность (и поэтому невысокая точность) измерения заданного статического перемещения в собранном приборе, и то что, при высокой жесткости упругих элементов и малых массах упругих систем для замыкания (размыкания) контактов требуется создание значительных центростремительных ускорений, которые могут превысить допустимые для прибора и привести к деформации, например, корпуса (и соответственно изменению величины заданного перемещения).

Целью изобретения является упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения собственных частот приборов, по которому создают статическое перемещение упругого элемента, изменяют его и используют измеренное значение для вычисления собственной частоты, статическое перемещение создают с помощью пневматического или гидравлического давления, измеряют соответствующую заданному перемещению величину давления, а собственную частоту вычисляют по формуле

гз ; Зэф дз

2 m+(./2my.f

где 53 - заданная величина статического перемещения;

Рз - соответствующая заданному перемещению величина давления:

S, 8Эф - соответственно, полное и эффективное значения площади чувствительного элемента, например, мембраны;

т, ту - соответственно сосредоточен- ная масса и масса упругого элемента;

Как известно (5), значение собственной частоты определяется формулой:

fo

1

V

F/(53

2п m+(Kc)3/2my

(1)

5

0

5

0

5

0

5

0

где F - сосредоточенная сила;

д - измеренное значение статического перемещения;

т, ту - соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента;

К| - статический коэффициент приведения, показывающий, какую долю распределенной силы надо приложить в виде сосредоточенной силы к упругому элементу, чтобы получить то же статическое перемещение.-.

Найдем входящие в (1) параметры.

F P 5эф,(2) где Р - давление;

Зэф - эффективная площадь мембранного чувствительного элемента, равная отношению обеспечивающих одинаковое статическое перемещение 53 силы F и давления Р,

Значение Кс найдем из следующих соображений. Как показано в (5) величина Кс для мембраны находится из условия одинакового перемещения дз при действии сосредоточенной силы F Kc P- S и распределенной по площади S нагрузки Р, т. е.

Кс Р S F CF

CF

откуда, учитывая, что из (3) учим, что

V - $Эф

Кс - (3)

5эф, пол(4)

При этом действие (по предлагаемому способу) пневматического или гидравлического давления на чувствительный элемент мембранного типа или сильфо н (выполненный в виде последовательно соединенных мембран) практически эквивалентно действию распределенной инерционной нагрузки (по способу-прототипу (5)) т.к. в этих чувствительных элементах используются е мембраны постоянной толщины (9). Поэтому для таких чувствительных элементов замена распределенной инерционной силы давлением не изменяет кривой прогиба.

После подстановки (2) и (4) в (1) окончательно имеем

V

fo

1

2л

S d3

S s3/2

+ fe)

(6)

ГПи

5эф 1у

Соответствие технического решения критерию существенные отличия подтверждается следующим.

Известны технические решения, содержание признаки, сходные с признаками, отличающими заяеяяещуё pe uieWvie от прототипа. Например, в справочнике описаны технические решения, содержащие при- зйаки создания статического перемещения с помощью действующего на мембрану дав- лЈния и измерения соответствующей задан- нЬму перемещению величины давления. Однако сравнение свойств предлагаемого и известного решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показывает, что решение, описанное выше, не обеспечивает возможности определения собственных частот прибора. Таким образом, у предлагаемого решения появляется свойство, не совпадающее со свойствами известного решения. Поэтому можно сделать вывод, что заявляемое решение обладает существенными отличиями.

Возможность достижения положитель- нрго эффекта (упрощение и повышение точ- нёсти определения собственных частот мембранных приборов давления) подтверждается следующим.

Такие параметры прибора, как S, $эф, т, ту определяются при разработке и записываются в КД, В КД также записываются и чувствительность упругого элемента по дав- лейию - Мр (перемещение на единицу давления). Поэтому после измерения давления Рз легко находится величина дэ Рз -МР и ее измерение в собранном приборе не требуется. Это существенно упрощает способ. Не требуется также-создавать центростремительного ускорения большой величины, которое может сдеформирсвать элементы прибора, в нем создается давление (разрежение), не превышающее допустимой величины (величины давления замыкания или размыкания контактов), что повышает точность способа. При наличии двух встречно работающих мембран одна из них легко отключается перекрытием канала создания давления (разрежения).

Способ осуществляют следующим образом.

Прибор соединяют с системой создания избыточного давления или разрежения (в зависимости от типа прибора давления). Плавно изменяя давление в приборе, измеряют давление Рз. соответствующее задан

ному перемещению д3 . Фактическую величину давления Рз определяют для приборов с аналоговым выходом косвенным измерением (например, по тарировочной зависи- 5 мости напряжение-давление для приборов с релейным выходом (реле давления) - прямым измерением с помощью соединенного с системой создания избыточного давления или разрежения измери10 тельного прибора в момент замыкания или размыкание контактов реле давления. Вели: чину заданного перемещения 53 выбирают из условия непревышения напряжений в материале упругого элемента величины пре15 дела пропорциональности. Фактическую величину 63 определяют прямым измерением (например, измерением зазора между контактами реле давления) или косвенным измерением - например, как произведение

20 РЗ Мр. После определения значений Р3 и дз проводят вычисление собственной частоты f по форг 1уле (1).

Пример. Определяют собственные частоты реле давления, показанного на фиг,

25 1. Реле давления содержит герметичней корпус 1, изолированные от него две одинаковых мембраны 2 и 3 с контактами 4 и 5, соединенные с системы подвода давления (разрежения) штуцера 6 и 7, токовыводы 8,

30 индикатор наличия электрической цепи (например, лампочку) 9, включенный в цепь с источником питания 10, мембранами 2 и 3, контактами 4 и 5 и токовыводами 8. Конструктивные параметры реле давления приве35 дены в таблице, величина А 10 см.

Штуцеры 6 и 7 подсоединяют к системе подачи давления, плавно повышают давление и в момент загорания лампочки 9 (при замыкании контактов 4, 5) фиксируют (на40 пример, по образцовому манометру о предКГ

елом 2,5 -г-, класс точности 0,25) давление

iсмз Рэ-1 кг/см . После замыкания контактов

-с- поДачу давления в штуцер 6 прекращают. Давление, проводимое в штуцер 7, плавно повышают до 1,55 кг/см и затем плавно снижают, при погасании лампочки 9 (размыкания контактов 4, 5) фиксируют давление .

50

55

Р3Ч),95 кг/см.

По полученным данным определяют значения Рэ и д3 :

для разомкнутых контактов 3,,0

кг/см2, 6 Ј 0,5 см;

для замкнутых контактов 3,,550,,6 кг/см,- М

0,6 -2.5 ,5 10

-з

см.

Вычисляют по формуле (1) собственные частоты прибора:

для первой упругой системы (мембрана 2 с контактом 4) - foi

2,45 103Гц

для третьей упругой системы (мембраны 2, 3 с замкнутыми контактами 4,5)

foa- .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров колебаний мембранных датчиков и реле давления. Цель изобретения - упрощение и повышение точности определения собственных частот мембранных приборов давления. При реализации способа с помощью пневматического или гидравлического давления создают статическое перемещение упругого элемента прибора, измеряют величину этого перемещения и приложенное давление и по ним определяют резонансную частоту. 1 ил.

для второй упругой системы (мембрана 3 с контактом 3) 2. Л

V

,и 1.и 0,5

0,6 10 + (0,25)3/2 -2-10

Формула изобретения Способ определения собственных частот приборов, заключающийся в том, что создают статическое перемещение упругого элемента, измеряют его и используют измеренное значение для вычисления собственной частоты, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности определения собственных частот мембранных приборов давления, статическое перемещение создают с помощью гидравлического или пневматического давления, измеряют соответствующую заданному перемещению величину давления, а собственную частоту f0 вычисляют по формуле

0,6 1,0

1,5 10

(0,6+0,3)

2,7 103Гц

10 + (0,25)

Л/2

2-2-10

15

20

Таким образом, для исследуемого реле давления диапазон резонансных частот составляет (2,45...3,0) 103Гц.

Применение предлагаемого способа обеспечивает упрощение и повышение точности определения собственных частот приборов давления за счет исключения операций измерения величины и испытаний прибора на центрифуге при больших значениях центростремительного ускорения.

1

2я

Рз Ьэф

5Г

m+(%t)3/2mv

где 6Э - заданная величина статического перемещения;

Рз соответствующая перемещению 53 величина давления;

S, 5эф соответственно полное и эффективное значения площади мембраны;

т, ту - соответственно сосредоточенная масса и масса упругого элемента.