Датчик Советский патент 1981 года по МПК G01L1/14 

ДАТЧИК

Изобретение относится к измерительдой технике и цожет бьвгь использовано нри точном изА ерении в широком диапаз оне сосредотбчейных сил с помощью частот яых датчиков на ос.нове LC-reHejiaTOpOB с уп| авляемой индуктивностью в цифровыхJlpH борах и многоканальных информацирв(ноизмерительных системах (ИИС).. |

Известен датчик, содержащий упругий механический преобразователь с пружф1ами, ригелями и калибровочными вклаДышами и два индуктивных частотных Цр|:образрвателя; имеющих катушки лнцуктйвт ности с сердечниками и якорями, ген раторы и блоки вычитайия частрт 1. Г |

Однако,данное устройство не обеспедгйвает стабильного начального отсчета и имеет невысокую точность измерения |фгза применения калибровочных вкладышей ;

. Гт

Известны частотньхе датчики на С-генераторов с управляемой индуктивностью 2.

Однако они охарактеризуются нелиней, ной характе ристикой преобразования j eлинейность характеристик:и не

использовать для 1 змерения частоть да Чика промышленные частотомеры, а .

при наличии нескольких каналов й(б.дя(йволяет производить непосредственнр HJtvg ,

f л

ходе датчика сум1у1ирдваииё, В1ачитание частот от разных датчиков.; , Наиболее близйим по технической qyiotности -к изобретению является датяик; седержащий механический упругий преобразователь с двумя .подвижными, одним неподвижным--ригелями И двумя последовательно соединенными п|ружинами, один конец одной из которых .соединен с неподвижным ригелем,а один конец второй -с одним из пддвийных ригелей, Причем свободные концы пружин соединены, между собой вторьлм подвижным ригелем, два индуктивнь1х .частотных , преобразовате-. ля, каждый из которых содержит катушки индуктивирсти с сердечниками,, расположенные на /нецо; ВИЖнрм ригеле и включенные в 1 онтурй соответствующих генераторов, и якори, ofiHK из которых закреплены На одном из подвижных ригелей, а другие - на втором, .блоки вычитания; частот, к входа-м которых соответственно подключены выходы генераторов 3.

Недостатком данного устройства является невысокая точность изме;рений.

Цель изрбрете1|ия- повьшеНие точности измерений н расширение диапазона измерений, : ; . : .::, ,.

Это достигается тем,, что в датчик вэедены делитель частоты; и дойолнительный

блок вычитания частот, к .рдн01 йу из 1входов которого подсоединен выход одного из блоков вычитания частот, а к другому - выход делителя частогы, вход которого соедй.нен с выходом второго блока вычитания частот...

На чертеже дааа функциональная схема предложенного датчика. .: Датчик содержит Механический упругий

преобразователь с двумя подвижными / и 2 и одним неподвижным 5 ригелямии двумя последовательно соединенными пружинами 4 и 5. Один конец пружины 4 соединен с неподвижным ригелем 3, а .один конец пружины 5 соединен с подвижным ригелем /, причем свободЕрлё концы пружин 4 и 5 соединень между собой .подвижным ригелем J. Два индуктивных частотных преобразователя 6 и 7, каждый из которых содержит соответственно катушки индуктивн-рсти 8 и 9, 10 vi 1 с сердечни, Kaivifn сРоа-ветственно 72 и 13, 14 vi-15, расТЩЖенные на неподвижном ригеле 5 и Щ;|ёйные в контуры соответствующих ге«недщрррв 16 vi 17, 18 и 19, и якори соответственно 2(9 и 21, 22 и 23. Якори 20 и 2,1 закреплены на подвижном ригеле /, а якори 22 и .25 - на подвижном ригеле 2. Датчик содержит такие блоки вычитания частот 24 и 25, к входам которых сортветственно прдключёны выходы генераторов,/5,17,18 и 19, делитель частоты 26, блок вычитания частот 27., к одному из входов которого подсоединен выход блока:-вычитания частрт 25, а к Другому - выход делителя ча:стРт 26, вход которого соединен с выходом блока вычиtaнйя .частот 2-.

Подвижный ригель / врспринимает измеряемую нагрузку FS:. Катушки индуктивН0СТЙ 5 и 9, 10 и /./выполнены на основе ОДНОТИПНЫХ броневых, ферритовых сердечников.

Устройство работает следующим образом. ..

Под действием измеряемой силы .F, приложенной к подвижному ригелю 1, возникает перемещение подвижных ригелей / и 2 и вместе с ними якорей 20, 21, 22 и, 25 катушек индуктивности 8, 9, 10 и 11, причем перемещение АУг якорей 22и 25 нндуктивного частотного преобразователя 7 определяется жесткостью Сг пружины 4, а йереМещение ДУ якорей 20 и 21 индуктивйого частотного преобразователя 6 опредеС -С

ляется Жесткостью С л Д дву) пруCj- + Cj .

ЖИ.Н 4 и 5, т. е. одинаковым изменениям рабочих зазоров соответствуют различные ло величине усилия FX -fxz, приложенные к силоизмерительнойу датчику.

Б каждом индуктивщ)м частотном пре.рбразователе, например б, зазор в магнитной системе катушки индуктивности 8, уменьшается, а в катущке индуктивности

9 - увеличивается, что -приводит к изменению частот управляемых генераторов 76 и 17. Выходные напряжения управляемых генераторов 16 и 17, включенных дифференциально, поступают на входьг блоков вычитания частот 24 и 25,на,выходе которых выделяются соответственно сигналы разностных частрт Afi и А/-2, являющиеся выходными :сигналами индуктивных частотных преобразователей и 7 нижнего и верХНёгр -НОДДиапазриов измерения. Соответствующие им выражения имеют вид:

А/1 /001 + /01 --у -Г-Т-ТуГ + ..

L о п о

и .i l+4;;y;+8FFo 1. , + Т+ ( , J

л; о. f .А/2 /002 + f 02 -у- , , уу- .1 . I (I 1 -г KI о

1+4/гУп +

(2) ° (1 +kY,Y

Q У 8 О /о

де /ооь /002 - соответственно начальные выходные частоты индуктивных преобразователей 6 . и 7 при AFi АУ2 0;/bb /02 - соответственно полусумма , :приращения частот (средняя частота) генераторов 16, 17 ,или /8, 19;

УО -.полусумма начальных заsPfibB между сердечниками 12, 1, 14 п 15 и якорями 20, 21, 22 li 23 катушек ккдуктив Ности 5, 9, 10 и// . .для преобразователей б и - . ; 7; . .. / ; - „ k- коэффициент, зависящий от типа используемых сердечников 72, 13, 14 к 15 (например, для ферритовых сердечников типа Б-22:

,8). : .

Учитывая соотношение перемещений У1, АУ2 на верхнем и нижнем поддиапазоах измерения,

: ЛУ2МУ1 т, . пределяемое соотношением жесткостей

.т CE/C2 ;i;

ыражения (1) и (2) можно запи.сать так: .,. f- f Iml 1 .

- + +

21

т отздуз 1 + 4&КоЧ-

о

8 Кп

,Y

Разностная частота A/i Р выхода индуктйвного частотного преобразователя б используется как выходной информативй; рамётр нижнего поддиапазона и цо связи передается к цифровому част или вводится в соответствующий ИИС. Кроме того, разностная част послав деления на коэффициент л ци, ным делителем частоты 26 поступите; вход блока вычитания частот 27 и зуехся для повышения линейности : ристики верхнего поддиапазона путем шивания частот |Д/1/л и lAfa и выделенйя191:а .выходе цепи блока вычитания - частот-: 27 разности частот Д/з, принимаемой на вы- ходной информативный параметр верхнего / поддиапазона измерения. Тогда . , . - . , . ,- .л f -If/001 I f . ГУ, foi , А/3- 1 002--FJ+-p-(/02 + , 1.+ ш,:+ ту,- I.. foiiV +,8F7 (+kY,Y V , ., . . -1 . : 11. При выполнении условия- т bi J. Af - f /001 г /62 - /1 2 ДАЗ I /002 + -у 1 I hv vi-:) / .J о т /bJ о т. е. частот Д/з оказывается прО110рциональной измеряемому усилию с высокой степенью точности, что позволяет значительно повысить линей ность преобразования, используя ее в качестве выходного йнформативного параметра верхнего поддиапазона измерения, и значительно ра ширить рабочий диапазон измерения ; я;атчика . 17 Формула изобретения Датчик, содержащий механический упругий преобразователь с двумя под18йжными, одним неподвижным регелями и двумя последовательно соединенными пружинами, один конец одной из которых соединен с неподвижным ригелем, а один конец:вто-. рой - с одним из цодвижных ригелей, причем свободные .концы пружин соединены между собой вторым подвижным ригелем, два индуктивных частотных дреобразователя, каждый из которых содержит катушки индуктивности с сердечниками, расположенные на неподвижном: ригеле и включенные в контуры соответствующих генераторов, и якори, одни из которых закреплены на од1арм из подвижных ригелей, а другие .- -на втором, 5локи вычитания частот, к входам которых соответственно подключены выходы генераторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения -диапазона измерений, в пего введены делитель частоты, и дополнительный блок вычитания частот, к одному из входов которого подсоединен .выход одного ;из блоков вычитания частот,, а к другому - выход делителя частоты, вход которого соединение вьтходом второго блока вычитания частот.s Источники информации, принятые вовнимание при эксперт-изе: 1.Авторское свидетельство СССР № 421891, кл. G 01 L 1/04, 1972. .. 2.Вибрационйо-частотные- преобразователи. Под ред. Л. Г. Эткина. Ч. 2.- М., Энергия, 1970, с. 75, 96.. 3.Ветряк В. И. Разработка и исследование измерительных преобразователей динамометрических приборов для испытания моделей судов. Дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. - Л., 1975., .

/

TX

i

L.

m

ff

.J