Устройство для измерения усилий Советский патент 1979 года по МПК G01L1/22 G01G3/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в различных отраслях наро ного хозяйства. Известны тензовесы или тензосилоизмерители, в которых тензопреобразователи, наклеенные на упругий элемент, включены в неуравновешиваемую мостовую схему, выходной сигнал кото рой функционально связан с величиной приложенной к упругому элементу нагрузки 11 . Основным недостатком этих тензове сов является трудность преобразования малого по величине выходного сиг нала моста в цифровую форму, которая частично преодолевается при,питании моста импульсным повышенным напряжением с малой скважностью. Наиболее близки ш по технической сущности к предлагаемому являются .тензовесы или тензосилоизмерители, в которых тензопреобразователи включены в уравновешиваемые мостовые схемы с цифроуправляемыми резисторами или проводимостями в регулируемых ветвях моста 2. Они состоят из упругого элемента с наклеенными тензореэисторами, включенными в мостовую схему, питаемую источником импульсного напряжения, в регулируемые ветви которой включены цифроуправляемые резисторы. Выход моста подключен к нуль-органу с релейной характеристикой, Соединенному с блоком управления, управляющим импульсным ключом, соединяющим выход генератора импульсов со счетным входом счетчика, выходы триггеров которого соединены с ключевыми схемаьт, осуществляющими коммутацию резисторов в регулируемых ветвях моста. Основными недостатками этих устройств являются жесткие требования к сопротивлению ключевых схем в закрытом и открытом состояниях, что достигается за счет их схемного усложнения; необходимость гальванической развязки цепей управления ключевых схем от цепей-контроля выходного сигнала моста, а также необходимость изготовления весьма точных коммутируемьзх резисторов. Цель изобретения повЬляение надежности тензосилоизмерителя. Поставленная цель достигается тем, что в тензосилоизмеритель, содержащий Упругий элемент с наклее нннми тензорезисторами, соединенными последовательно, точка соединения KqToptix подключена к нуль-органу, а его выхо соединен с блоком управления, выход которого соединены с двумя схемами формирования, импульсов напряжения питания тензорезисторовг шиной ревер са счетчика и нмшшьскым ключом, сое иняющим выход генератора счетных импульсов со счетным входом счетчика выходы триггеров которого соединены с цифроуправляемым источником напря жения, и коммутирующую схему введены две схемы аналоговой памяти, источник постоянного напряжения, соединенный с одним из входов ко «-1утирующей схемы, ко второму.входу которой подсоединен аифроупразляемый источник напряжения, а ж третьему входу гюдсоедннен блок управления, причем о.утик .о.ц комм.уткрующей схемы соединен с нуль-срганом, а два других выхода ссядннепы раздельно с двумя схемакш аналогов ой памяти, выходы которых соадинены с двумя схе мами формирования .ьсов напряже ния питания о На фИ1, i приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фИг. 2 эквизалантная схема электри .ческих соединений, Устройство содержит упругий эле мент 1 G наклеенными на него тензорезисторам;-: 2,, соедине::ными послейОвательно: источник постсянного налрЯлгзния 3; цифроуправляемый ис;iO4H JK ка.пряжения 4; icoMi.S/тирующую 5, к которой подключены источ ники 3 и 4. Два выхода «ллмутирующе схеУьЬЗ 5 соединены со cxeMaMi аналоге вой памяти 6 и 7, а третий - с нуль органом 8. Выходы схем аналоговой памяти соединены со схемами 9 и 10 форг/шрования импульсов напряжения п тания, импульсные вкоды которых объ дикеиы и соединены с -выходом блока 11 управления. Выходы схем 9 и 10 связайы с последозахельно соединенными гензорег исторами 2, точка соеди нения которых подключена к нуль-орг ну 8. Выход последнего соединен с б ком управления, ,1;:ЫХ.ОДЫ KO7JOpOrO подключены к шияе реверса счетчика ко№ утиЕ ую1дей cxej,e 5 и импульсному ключу 13, которак соединяет выход ренератора счетных импульсов 14 со счетным входом счетчика 12, Выходы тригг-еров счетчика .12 соединены с цифроуправляемьп -i источником 4 напряжения. Как видно из фиг, 2, напряженкеf пос гупающее на вход нуль-органа 8, равно нулю при условии Ug-Bo,-, (1) . Напряжения U .и U Формируиются схемами аналоговой памяти 6 и 7 из последовательности импульсов напряжения, поступающих от кo мyтирующей схемы 5, осуществляющей коммутацию и.сточников 3 к 4 f как показано на фиг.. 2. Ске.1Ы 9 и 10 формн рования импульсов напряжения питания форьшруют импульсы, напряжения малой скважности. Это позволяет выбрать нзпряжения и и значительно превышающими допустимые напряжения питания тензорезисторов, а следовательно, и повысить уровень генерируемых напряжений цифроуправляемым источником 4 напряжения. При начальном условии отсутствия нагрузки U О , тогда о,.и, и, должно выполняться следовательно, у.словие R. СЗ) 20 2d При деформации упругого элемента 1 при нагружении его силой F сопротивления тензорезисторов 2 изменяются на величину Л Т . Например, ,( . Это приводит к отличию от нуля напряжения , поступающего во время дли тельности фop иpyeмыx импульсов питания на нуль-орган 8,- пс выходному сигналу которого бло1 х 1 управления переводит счетчик 12 в режим сложения и открывает ключ 13. По мере накопления количества импульсов в счетчнке 12 напряжение, генерируемое дифроуправляег.алм источником 4, возрастает. При этом и,; возрастает {см. фиг. 2), а и уменьшается до выполнения условия равенства нулю напряжения, поступающего на нуль-орган 8. Это к тому, что, с учетом выражений (2) и (), получают ull-r-- (.4) га sdИзменение напряжения U связано с изменением показаний п счетчика 12, которое, соедовательно,связано и с приложенной нагрузкой F, деформ - рующей упругий элемент 1, , где 1 - обобщенный коэффициент преобразования, учитывающий геометрические размеры упругого элемента, модуль упругости iOHfa и коэффициент тензопреобразования. При снятии нагрузки счетчик 12 переводится в режим вычитания и показание в нем уменьшается до нуля. Цифроуправляемый источник 4 напряжения может быть выполнен по одной из известных схем цифроанапого- вых преобразователей, а в предлагаемом устройстве он выполнен в виде известного цифроаналогового, преобразователя с промежуточным преобразователем в ШИМ-сигнал. Коммутирующая схема 5 может быть как бесконтактной, но тогда предъявляются несколько жесткие требования 1C переходны - ; сопротивлениям ключей, гак и выполненной на базе реле с магнитоуправляемьлми контактами, максимальная частота переключений достигает 1 кГц.

Схемы б и 7 аналоговой памяти идентичны и выполнены по известным схемам, представляющим соЬой емкостные элементы аналоговой памяти с повторителями на выходе (например, (На полевых транзисторах).

Схемы 9 и 10 формирования импульсов напряжения питания представляют собой управляемые ключевые схемы, требования к которым не отличаются от требований, предъявляемых к аналогичным схемам в известном устройстве.

Изобретение позволяет сократить общее число прецизионнь1х узлов схем, нуждающихся в регулировке и перио- ., дическом контроле выходных параметров, что в конечном итоге повышает надежность устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент с наклеенными тензорезисторами, соединенными последовательно, точка соеди йения которых подключена к нуль-оргну, а его выход соединен с блоком управления, выходы которого соединены с двумя схемами формирования импульсов напряжения питания тензорезисторов, ишной реверса счетчика и импульсным ключом соединяющим выход генератора счетных импульсов со счетным входом счетчика, выходы триггеров которого соединены с цифроуправляемым источником напряжения, и коммутирующую схему, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности устройства, в него введены две схемы аналоговой памяти, источник постоянного напряжения, соединенный с одним из входов коммутирующей схемы, ко второму входу которой подсоединен цифроуправляемый источник напряжения, а к третьему входу подсоединен блок управления, причем один выход коммутирующей схемы соединен с нуль-органом, а два других выхода соединены раздельно с двумя схемами аналоговой памяти, выходы которых соединены с двумя схемами формирования импульсов напряжения питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе,

IDocter F E-ine neye Metiipde zum Auftau e e1 ti-oinectic(nisc1ier Mag-eaneaoren m-it dip i-tcteen Auscrana. PWCips in fot-ecfiungun und festigung, 1966, f4,/5 ( 29-332. Цифровой тензометрический мост ЦТМ-3, техническое описание. Краснодарский завод Тензоприбор , 1975 г.