Способ измерения усилий

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, заключающийся в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Ба.ркгаузена в течение заданного временного интервала, о тfc;;: личающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности, начало временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгаузена, соответствующего половине верхнего предела диапазона измерений. 2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что конец временного интервала формируют посредством временной задержки. 3.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что конец временного интервала формируют посредством ограничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, ГЛ в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузена .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (11) 4(51) 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3605572/24-10 (22) 13.06.83 (46) 30.0!.85. Бюл. Ф 4 (72) А.И.Соколик и А.А.Штин (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт и Ижевский механический институт (53) 531.78 1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1603856, кл. С 01 L 1/12, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 717571, кл. G 01 Ь 1/12, 1978 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, заключающийся в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена в течение заданного временного интервала, о тличающийся тем, что, сцелью повышения чувствительности, нача ло временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков Баркгаузена, соответствующего половине верхнего предела диапазона измерений.

2. Способ по п.1, о т л-и ч а юшийся тем, что конец временного интервала формируют посредством временной задержки.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что конец временного . интервала формируют посредством огра- © е ничения амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузена. с

1137347

Изобретение относится к способу измерений неэлектрических величин и может быть использовано в приборах для измерения усилий с цифровой обработкой или представлением результатов измерения в цифровом виде.

Известен способ для измерения усилий,состоящий в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник 10 периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена (СБ). Суть способа заключается в том, что усилие, приложенное к ферромагнитному 15 сердечнику, приводит к изменению величины внутренних напряжений в сердечнике, непосредственно влияющих на параметры CS (1).

Недостатком способа является зна- щ чительная нелинейность характеристики.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности способ измерения усилий, заключающийся в том, что р5 измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число выбросов ЭДС от СБ в течение задан-.

-ного временного интервала. Способ ос" нован на однозначной зависимости параметров СБ и величиной внутренних напряжений, создаваемых усилием, приложенным к ферромагнитному сердечнику f23.

Недостаток известного способа заключается в его сравнительно невысокой чувствительности, ограниченной коэффициентом магнитострикции материала сердечника.

Цель изобретения — повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения 45 усилий, заключающемуся в том, что измеряемое усилие прикладывают к ферромагнитному сердечнику, перемагничивают сердечник периодически изменяющимся полем и регистрируют число 50 выбросов ЭДС от скачков Баркгаузена а течение заданного .временного интервала, начало временного интервала совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля, а 55 конец временного интервала формируют в момент максимума ЭДС от скачков

Баркгауэена, соответствующего половине верхнего предела диапазона измерений.

Конец временного интервала может формироваться посредством временной задержки.

Кроме того, конец временного интервала может формироваться посредством ограничения амплитуды íanряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от скачков Баркгаузена.

На фиг.1 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие принцип измерения усилия, на фиг.2 и 3 — блоксхемы устройств, реализующих способ.

На временных диаграммах фиг.1

u„(t)- сигнал, пропорциональный переменному току, имеющму пилообразную фоРму;() Щ(J> (4) U<(y) — вид ЭДС от

СБ соответственно для нулевой, сред— ней и максимальной величин измеряемого усилия; 0 (4) — управляющий сигнал, длительность которого равна длительности заданного временного интервала; U (t), U„(t) H Ua(k) вид ЭДС от СБ внутри временного ин,.тервала

Измерение усилия производится следующим образом.

Ферромагнитный сердечник, к которому прикладывается измеряемое усилие; перемагничивают полем,периодически изменяющимся в соответствии с сигналом и (41 . ЭДС от СБ имеет вид шумовой пачки. Воздействие измеряемого усилия на сердечник приводит к изменению внутренних напряжений в сердечнике, и как следствие, к изменению величины ЭДС от СБ. Поскольку среднее число выбросов случайного процесса пропорционально дисперсии процесса, то показания аппаратуры, регистрирующей среднее число выбросов ЭДС от СБ будут пропорциональны измеряемому усилию. Для повышения чувствительности в предлагаемом способе использован тот факт, что усилие, приложенное к ферромагнитному сердечнику, изменяет не только величину ЭДС, но и временное положение шумовой пачки относительно перемагничивающего. поля. В подавляющем большинстве ферромагнитных материалов при увеличении ЭДС шумовая пачка смещается в сторону меньших значений перемагничивающего поля, а при уменьшении — в сторо3 1!3 ну больших значений, как показано на граФиках 0 (Н,О (Ци 0д() фиг.1.

В отличие от прототипа положение временного интервала, в течение которого регистрируют среднее число зыбросов, фиксировано. В частности, начало его совмещают с началом одного из полупериодов перемагничивающего поля (момент t„ ), а конец формируют в момент максимума ЭДС от СБ на вышеуказанном полупериоде, соответствующем средней величине измеряемого усилия (момент 1 ). При этом регистрируемая ЭДС будет иметь вид, показанный на гРаФиках О (11, " (Ц 0а (<) фиг. 1 . Число выбросов ЭДС от СБ (регистрируемое, например, счетчиком) зависит не только от изменения величины ЭДС,но и от изменения временного положения шумовой пачки. Совмещение начала временного интервала с, началом одного из полупериодов необходимо для получения минимальной продолжительности временного интервала, способствующей повышению помехоустойчивости, так как уменьшается вероятность регистрации помех, снижающих чувствительность. Конец временного интервала необходимо формировать в мрмент максимума ЭДС от СБ для пре30 дотвращения сужения рабочего диапазона. Объясняется это тем, что при других положениях конца временного интервала шумовая пачка может смещаться

: за его пределы,что ограничивает рабочий диапазон измеряемых усилий.

Конец временного интервала может формироваться двумя методами.

Первый метод основан на временной задержке начала временного интервала (например, с помощью ждущего мультивибратора), при этом среднее число выбросов можно регистрировать на обоих полупериодах перемагничивающего поля.

Второй метод основан на ограничении амплитуды напряженности перемагничивающего поля на полупериоде, в течение которого осуществляется регистрация ЭДС от СБ. При этом в момент времени t> напряженность поля начинают уменьшать (сигнал U, (t1 на фиг.1, показанный пунктиром). При изменении частоты перемагничивания заданное положение конца временного интервала сохраняется, однако ЭДС может регистрироваться только в течение одного полупериода. Объяс7347 4 няется это тем, что предот=ращения нестабильности, обусловленной перемагничиванием сердечника по частным циклам, амплитуда напряженности поля во время второго полупериода должна быть достаточной для насыщения сердечника.

На фиг.2 и 3 показаны блок †схе-. мы устройств, реализующих способ измерения усилий.

Устройство по фиг.2 содержит источник 1 переменного тока, индукционный преобразователь 2 с ферромагнитным сердечником, блок 3 регистра.ции, нуль-орган 4 и ждущий мультивибратор 5.

Источник 1 перемагничивает сердечник посредством индукционного преобразователя 2. ЗДС от СБ усиливается в блоке 3 регистрации, который одновременно осуществляет измерение среднего числа выбросов. Нуль-орган 4 формирует перепад уровня выходчого сигнала в момент начала полупериода °

Этот перепад запускает ждущий мультивибратор 5, который формирует вре;менной интервал длительностью Т (фиг. 1). Выходной сигнал ждущего мультивибратора 5 управляет работой блока регистрации 3.

Блок-схема устройства на фиг.3 реализует второй метод формирования конца временного интервала. Схема содержит источник 6 переменного тока, индукционный преобразователь 7 с ферромагнитным сердечником, блок 8 регистрации и нуль- орган 9, Источник 6 перемагничивает сердечник посредством, индукционного преобразователя 7.

ЭДС усиливается в блоке 8 регистрации, который одновременно осуществляет измерение среднего числа выбросов. Нуль-орган 9 -формирует прямо угольный сигнал, фронты которого совпадают с моментом перехода переменного тока через нуль. Этот сигнал поступает в блок 8 регистрации, управляя его работой. При этом конец временного интервала формируется автоматически за счет прекращения СБ в момент tg (фиг. 1) .

Повышение чувствительности при измерении усилий позволяет в конечном счете уменьшить погрешность измерения и повысить достоверность контроля в приборах для контроля механических свойств тонких проволок и тонкопленочных изделий °

I l 37347

ВНИИ ПИ Заказ 10512/30

Тираж 898 Подписное

Филиал ППП "Патент", F. Ужгород. ул. Проектнан, 4