Частотный преобразователь силы Советский патент 1982 года по МПК G01L1/10 

(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ

. . 1 .. Изобретение относится к измерительной техн ке и может найти применение в силоизмерительных устройствах. Известен частотный преобразователь силы содержащий два .резонатора, состоящих Из параллельных прямоугольных пластин, концы которых соединены попарно перемычками при зтом оба резонатора соединены попарно концами и согнуты в плоскости параллельной пластинам 1. Недостатком преобразователя является низкая точность измерения при измеиении теьспературы окружающей средьг и самого преобразователя и чувствительность к неизмеряемым составляющим усилия, а также нелинейность характеристики. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотный преo6jpa30BaTenb, содержащий силопередающие элементы и четыре параллельно и симмет-. рично расположенные упругие пластины, кажда из которых снабжена системой возбуждения и съема колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях 2. Недостатком итого преобразователя является то, что при такой схеме возбуждения и съема колебаний не может бь1ть получена компенсация температурной погреишости и линеариза- дня характеристики преобразователя,а также, чувствительность преобразователя к изгибающим моментам силы, действующим на упругне пластины преобразователя. Цель изобретения - повыщение точности измерения. Указанная цель дости ется тем, что в преобразователе обмотки возбуждения и съема . колебаний в вертикальной плоскости включены соответственно на выход н вход Первого усилителя автогенератора, а обмоткн возбуждения и съема колебаний в горизонтальной плоскости включены соответственно на выход и вход второго уснлителя автогенератора, а выходы усилителя включены в дифференциальную схему, при зтом концы упругих пластин соеди-. ненм с силопередающими элементами через фильтр пробку и одноплоскостной щарнир. 3964488 На фиг. 1 изображен частотный преобразователь с злектрической блок-схемой, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Частотный преобразователь силы содержит четыре прямоугольных пластины 1-4, расположенные параллельно. друг другу и симметрично относительно плоскостей XOZ и ХОУ параллельных смежных граням пластины. Пластины приварены концами к торцам фильтровпробок 5, на других концах которых расположены элементы 6 (одноплоскостные шарниры) для защиты от изгибающих нагрузок. Для возбуждения колебаний пластин служат электромагнитные системы съема 7 и возбуждения 8, включенные в цепь усилителей 9 и 10 по автогенераторной схеме, выходы усилителей подключены к смесителю 11 частот, выход которого подсоединен к частотомеру 12. Электромагнитные системы возбуждения и съема колебаний укреплены к торцам фильтров-пробок с помощью стоек 13. Расположение и включение обмоток системы возбуждения аналогичны (см. фиг. 2). Две обмотки 14 и 15 возбуждения (съема) колебаний двух пар пластин, лежащих в парал-. лельных плоскостях, включены последовательно и подключены на выход (вход) усилителя 9 (10), а обмотки 16 и 17 также включень последовательно и подключены на выход (вход) усилителя 10(9). Частотный преобразователь силы работает следующим образом. При ненагруженном преобразователе начальный импульс, возникающий при включении с выходов усилителей 9 и 10 поступает в электромагнитную систему 8, возбуждения колебаний, которая заставляет колебаться пластины 1-4 через каждые полпериода, как показано стрелками. Колебания пластин в двух плоскостях с частотой: foi в одной плоскости дая пар пластин 1-4 и fo2 в другой для пар пластин 1, 4, 2 и 3, воспринятые системой 7 съема колебаний, усиливается в усилителях 9 и 10 соответственно и вновь подаются в системы 8 возбуждения колебаний. Возникающие таким образом автоколебания в цепи усилителей 9 и 10 цмеют частоты foj и f,)2, близкие к собственным частотам пластин, , вследствии высокой добротности колебательной системы, обусловленной малой амплитудой колебания места закрепления пластин вследствии взаимной компенсации реакчч%

))

Сопоставляя выражение (В) и выражение (1) или (2) после подстановки в него формул ции ее к стин Ра теле 5 и (2 Пр 11 п турно fo2, турой разме ются b h Р Ё где t a ag 50 После форм

(4) - (7) и дифференцирования указанных выражений можно видеть, что каждой пластины в двух плоскостях олебаний. Начальные частоты колебаний плаfoi и foi определяются соотношениями -т У - постоянная, определяемая , формой колебаний пластины; Е - модуль упругости материала пластины; М - масса пластины; - длина пластины; статический момент инерции поперечного сечения в плоскости колебаний XOZ; - статический момент инерцри поперечного сечения в плоскости колебаний пластины ХОУ; - ширина пластины; п - толщина пластины. зностная частота, выделяемая в смесиИ, определяется с учетом формул (1) ) из соотношения г ., дг.,11°21(Ь-Ъ). Еоп 11 (3) -137 и вычитании частот f о i и f о 2 в смесителе оисходит частичная компенсация темперай нестабильности начальных частот foi и которая вызвана изменением с темперамодуля упругости и геометрических ров пластин b и h, которые изменясогласно соотношений Ьо(1 + at);(4) ho(l + at);-(5) 8b(l + at);(6) Eo(l + ),(7) - температура преобразователя; , - коэффициент линейного расширения пластины; , - температурный эффициент модуля упругости. подстановки уравнений (4) - (7) в улу (3) ПОЛУЧИМ дй , ад -эГ- at dt эГ Таким образом, в преобразователе по настоя щему изобретению температурная погрешност .от нестабильности 1ачальной частоты снижена При воздействии на преобразователь усили растяжения (сжатия) пластины 1-4 восприни мают приложенное усилие при этом частоты колебаний, поступающих с выходов усилителей 9 и 10 изменяются согласно соотнощенийN Р, 2- |5 Nn - усилие, действующее вдо (1J()E3 пластины; -эйлерова сила в плос КР,- gi кости XOZ; -эйлерова сила в плоскоРкра - Г-сти ХОУ. Разностная частота (fi-fj) колебаний, вы ляемая смесителем 11 возрастает под действием силы растяжения и уменьшается при воздействии на торцы преобразователя сил сжатия. Конструкция преобразователя позволяет производить линейную аппроксимацию функции преобразования при градуировке частотомера 12 в единицах силы. Предлагаемый преобразователь позволяет повысить точность измерения за счет указанной схемы соединения обмоток возбуждения я съема колебаний, а также за счет соединения упругих пластин с силопвредающими элементами через фильтр-пробку и одноппос-.. костной шарнир. Формула изобретения Частотный преобразователь силы, содержащий силопередающие элементы и четьфе параллельно и симметрично расположенные упругие пластины, каждая из которых снабжена системой возбуждения и съема колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, обмотки возбуждения и съема колебаний в вертикальной плоскости включены соответственно на выход и вход первого -усилителя автогенератора, а обмотки возбуждения и съема колебаний в горизонтальной плоскости включены соответственно на выход и вход второго усилителя автогенератора, а выходы усилителя включены в дифференциальную схему, при этом концы упругих пластин соединены с силопередающими элементами через фильтрпробку и одноплоскостной шарнир. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 662827, кл. G 01 L 1/10, 1977. 2.Патент США № 3127775, кл. 73-505, опублик. 1964 (прототип).

А-А