Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для создания точных устройств для измерения сил. Цель изобретения - повьшение точности измерения . Способ измерения сил реализуется с помощью устройства. При градуировке силоизмерительного устройства при каждом фиксированном через определенные интервалы значении эталонной силы через коммутатор 23 цепь выходной обмотки 22 магнитоупругого преобразователя 20 поочередно замыкается на резисторы 25, 26 и 27. Напряжения, действующие на этих резисторах , через коммутатор 24 подаются на вход цифрового измерительного прибора 28 и измеряются. Измеренные значения вместе с соответствующими значениями эталонной силы записываются в память микро-ЭВМ 29, где хранится информация. При рабочем измерении так же, как. и при градуировке , результаты измерений вводят в ЭВМ, где вычисляют уточненное значение выходного напряжения и по функции преобразования определяют значение измеряемой силы. 5 ил. i СЛ tsD ГчЭ 4 О5 со Фиг f

СО1ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 С 01 1. 1/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь ь

Р .3 .с ь (61) 887948 (21) 3794959/24-10 (22) 01. 10. 84 (46) 15. 04. 86. Бюл. М - 14 (71) Тюменский индустриальный институт им.Ленинского комсомола (72) М.И.Столбун (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 887948, кл. С О 1 L 1/12, 1978. (54} СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ МАГНИТОУПРУГИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ (») Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для создания точных устройств для измерения сил. Цель изобретения — повышение точности измерения. Способ измерения сил реализуется с помощью устройства. При градуировке силоизмерительного устройства при каждом фиксированном через определенные интервалы значении эталонной силы через коммутатор 23 цепь выходной обмотки 22 магнитоупругого преобразователя 20 поочередно замыкается на резисторы 25, 26 и 27.

Напряжения, действующие на этих резисторах, через коммутатор 24 подаются на вход цифрового измерительного прибора 28 и измеряются. Измеренные значения вместе с соответствующими значениями эталонной силы записываются в память микро-ЭВМ 29, где хранится информация. При рабочем измерении так же, как.и при градуировке, результаты измерений вводят 3 в ЭВМ, где вычисляют уточненное значение выходного напряжения и по функ- %ФУ ции преобразования определяют значение измеряемой силы. 5 ил.

1224619

Изобретение относится к силоиэмерительной технике и может быть использовано для создания точных устройств для измерения сил и является усовершенствованием способа измерения сил магнитоупругим преобразователем по авт.св. В 887948.

Цель изобретения — повьшГение точности.

На фиг. 1 показан сердечник магнитоупругого преобразователя и схема замещения его магнитной цепи; на фиг.2 — схема замещения магнитной цепи в виде магнитного моста; на фиг.3 — веберамперные характеристики плеча магнитного моста; на фиг,.4— функции преобразования магнитоупругого преобразователя; на фиг.5 — схема силоизмерительного устройства.

Сердечник 1 магнитоупругого преобразователя состоит из пластин электротехнической стали, собранных в пакет. Выступы пластин образуют гребешки, к которым приложена действующая на преобразователь сила F. Сердечник имеет четыре отверстия для взаимно перпендикулярных обмоток. 0 1 верстия 2 и 3 предназначены для намагничивающей обмотки, отверстия 4 и 5 — для выходной обмотки.

Намагничивающая обмотка питается переменным током и создает магнитный поток где 1 „ — магнитный поток в горизонтальных участках сердечника, расположенных между отверстиями 3 и 5 и между отверстиями 2 и 4,"

, — магнитный поток в вертикальных участках сердечника, расположенных между отверстиями 3 и 4 и между отверстиями 2 и 5.

Под действием силы Р магнитное сопротивление вертикальных участков увеличивается. При этом магнитный поток. < перераспределяется между горизонтальными и вертикальными участками сердечника, расположенными между отверстиями для обмоток. Часть потока Р, обозначенная на фиг.1 через

9>„, охватывает отверстия 4 и 5, в которых расположена выходная обмотка, Поток Ч наводит в выходной обмотке электродвнжущую силу, зависящую от приложенной к преобразователю измеряемой силы F. (2) V - V = V

«4 где V„, Vx комплексные амплитуды магнитных напряжений соответственно активного Z и компенсационного 2 плеч моста;

7 - комплексная амплитуда магнитного напряжения измерительной диагонали моста.

На фиг.3 показаны веберамперные 5 характеристики плеча магнитного моста для двух значений температур.

Кривая б соответствует температуре

20 С, кривая 7 — 260 С. Кривые 6 и

На зажимах питания схемы замещения магнитной цели (фиг.1) действует магнитодвижущая сила V„ созданная намагничивающей обмоткой. Под дей5 ствием V„ по магнитной цепи протекает магнитный поток р, пропорциональный приложенному к намагничивающей обмотке синусоидальному напряжению переменного тока. На фиг.1 магнитные

10 сопротивления обозначены

Z„, Е„ — сопротивления соответственно вертикальных .и горизонтальных участков, расположенных между отl5 верстиями для обмоток;

Z — сопротивления внешних

6 участков, по которым замыкается поток Р;

Z - сопротивления участков, 20 по ко то рым з амыкае тс я поток, сцепленный с выходной обмоткой;

Z, — магнитное сопротивление, вносимое в магнитную

25 цепь выходной обмоткой.

Схема замещения, приведенная на фиг.2, эквивалентна схеме на фиг.1, при этом в измерительную диагональ моста включен элемент сопротивление которого Z эквивалентно сопротивле3 униям участков, по которым проходят магнитный потокЧ>, сцепленный с выходной обмоткой. На фиг.2 плечи моста с сопротивлением Z являются активными, т.е. воспринимающими изме35 ряемую величину. Сопротивление Z„ зависит от измеряемой силы F. Плечи моста, сопротивление которых обозначено через Е„, являются компенсационными.

Для показанной на фиг.2 мостовой цепи справедливо равенство

1224619

7 построены по кривым намагничивания электротехнической стали 3330. Веберамперные характеристики соответствуют отсутствию внешней механической нагрузки (F =. О) и представлены в координатах амплитуда магнитной индукции — амплитуда магнитного напряжения. Кривая 6 отвечает условиям градуировки магнитоулругого преобразователя.

Если мост сбалансирован, то

<Р = Р = — —; Р = О. (3)

СР

2 *

Такое состояние моста отмечено точкой 8 на кривой 6 и точкой 10 на кривой 7. При изменении влияющих условий, например, вследствие магнитоупругого гистерезиса или изменения температуры, сопротивления активных и компенсационных плеч могут измениться не в равной степени. В результате балансировки моста нарушается и по измерительной диагонали протекает начальный магнитный поток д Р (при

F = О). При положительном значении Р поток в активном плече уменьшится на 0,5д Р. Этому состоянию соответствует точка 11 на кривой 7. Если при нормальных условиях начальное сопротивление плеча моста определялось углом между горизонтальной осью и прямой 9, то при наличии аддитивной погрешности это сопротивление определяется углом между осью и прямой 12.

По мере роста силы F, действующей на магнитоупругий преобразователь, увеличивается сопротивление активного плеча. Поток в активном плече уменьшается, а в компенсационном увеличивается. Наличию полезного сигнала в измерительной диагонали моста соответствует точка 13. Увеличение сопротивления активного плеча с ростом F обусловлено работой магнитного поля против внешней силы, которая осуществляется благодаря магнитострикции. B компенсационном плече наличию начального выходного потока д% и полезного сигнала Р соответА ствует перемещение точки, характеризующей магнитное состояние плеча, вправо от точки 10.

Та часть погрешности магнитоупругого преобразователя, которая может быть найдена при измерении по предлагаемому способу, определяется благодаря зависимости ее от сопротивления диагонали моста 2 . Поэтому из9 мерения производятся при нескольких значениях сопротивления в цепи выходной обмотки преобразователя.

Нужное значение сопротивления

Z устанавливается путем подключения к зажимам выходной обмотки нагрузки с соответствующим электрическим сопротивлением.

10 фиксированные значения эталонной силы, прикладываемой к преобразователю при градуировке; значение силы, прикладываемой к преобразователю при рабочем измерении; выходные напряжения преобразователя при раоочем измерении, соответствующем трем значениям сопротивления нагрузки в цепи выходной обмотки преобразователя; выходные напряжения преобразователя, соответствующие трем значениям сопротивления нагрузки в цепи выходной обмотки преобразователя, которые могли бы быть получены при приложении к преобразователю силы

F„ в условиях градуировки; выходные напряжения преобразователя, соответствующие трем значениям сопротивления нагрузки в цепи вы30

F и

U

3И

U, U „, 45

2 3.

При градуировке получают три функции преобразования 14, 15 и 16 (фиг.4) магнитоупругого преобразователя при трех значениях сопротивления нагруз15 ки, подключенной к выходной обмотке, соответственно Z,„, Е и Е, причем Е,„> 2 а Z, . Самое большое сопротивление Z может быть равно входному сопротивлению прибора, применен20 ного для измерения выходного напряжения магнитоупругого преобразователя.

Каждому значению 7., соответствует свое значение Z . При Z = Z = О.

31

На фиг.4 приняты следующие обоз25 начения:

Ч., F .Ф (14) Ф и

3 1 К з (15), (17) V V б

Л

1 — К вЂ” К

1-К, а 3

30 (18) (8)

50 (9) (10) (11)

VÎà ф=ЧР

Чэ Чэр чз к (ч — v„);

3 1Р где Ч = Ч „. +

V Ч + эо 3i

Если положить, что

Ф

= э =4э (12) (13), S 12246 ходной обмотки преобразователя при градуировке;

Д F — погрешность преобразователя при рабочем измерении по функции преобразования 14; д, д, д, — соответствующие отклонения значений V,ð, Ч и Ч от значений 10

Ч1< ° аи Эи1

V, Чд — образцовые напряжения вo эо и соответствующие им параметры ч и ч определяемые по ре- 15 зультатам рабочих измерений из функций преобразования 14, 15 и 16.

При этом точками 17, 18, 19 поме- 20 чены координаты значений V, Ч р, 1Р

Ч, при рабочем измерении.

Участки а Ь, de mn функций преобразования 14, 15 и 16 соответствуют погрешности Ь F, причем из геометрических соображений следует, что

Ч =.й,— й1 К,; (4)

Чь (1 э КЗ где К вЂ” отношение чувствительноса ти по функции преобразования 15 к чувствительности по функции преобразования ., 14 при данном F

К вЂ” отношение чувствительности

Э по функции преобразования !

6 к чувствительности по функции преобразования 14 при данном Г„.

При этом, если Ч,„< V (V .,) > то

Ча «(11) V24 к = — — " — - — — — ° (6

2 ч . — ч Ф

1(4 + 1) 1Д

V (+ 1) V3,) (7) Из графика на фиг.4 следует, что

19 Ь где и Л вЂ” некоторые условные э погрешности, то из (4) и (5). следует, что: причем отклонение Л, можно опрелелить как. о — 6 (1 — K ). (16)

1 2 К вЂ” K, г

При этом уточненное значение выходного напряжения преобразователя, по величине которого судят об измеряемой силе, определяют из выражения или с учетом выражений (8), (9), (10) „ (11), (14), (15) (16) Va P — Ч вЂ” К (V1P - Ч1 ) »»,— ч; — к <>, — >,„) v„>- ч,„- к.(ч„- ч )

1 — К э

Предложенный спосоо измерения сил магнитоупругим преобразователем может быть реализован с помощью силоизмерительного устройства (фиг.5).

Силоизмерительное устройство содержит магнитоупругий преобразователь

20 с намагничивающей 21 и выходной

22 взаимно перпендикулярными обмотками, коммутаторы 23 и 24, резисторы

25, 26 и 27, сопротивления которых неодинаковы, цифровой измерительный прибор 28, микро-ЭВИ 29 и каналы для передачи измерительной информации и сигналов управления 30 — 33.

Через коммутатор 23 выходная обмотка 22 магнитоупругого преобразователя 20 замыкается на один иэ резисторов 25, 26 или 27. Резистор, подключенный к выходной обмотке 22 магнитоупругого преобразователя 20, через коммутатор 24 присоединен к входу цифрового измерительного прибора 28.

Цифровой измерительный прибор 28 и коммутаторы 23 и 24 связаны с микро3ВМ 29 каналами для передачи измерительной информации и сигналов управления 30 — 33. Управление цифровым

224619 о а

1 — К

1 — К з

1-К

К вЂ” К э

Ч . — Ч

Ч4 ) Ч14

Чл

V,(„,,) — ViJ

1(+1 )

Ч (Ч <Ч

7 1 измерительным прибором 28 и коммутаторами 23 и 24 осуществляется микроЭВМ 29, которая выполняет. также все вычислительные операции, предусмотренные процедурой измерения.

При градуировке силоизмерительного устройства при каждом фиксированном через определенные интервалы значенияэталонной силы g через коммутатор 23 цепь выходнои обмотки 22

И магнитоупругого преобразователя 20 поочередно замыкается на резисторы

25 — 27. Напряжения V.„, V ..,,V ..,, действующие на этих резисторах, че— рез коммутатор 24 подаются на вход цифрового измерительного прибора 28 и измеряются. Измеренные значения напряжений V „, Ч,, V вместе с

3 соответствующими значениями эталонной силы (g„) записываются в память микро-ЭВМ 29, где эта информация хранится.

При рабочем измерении также, как при градуировке, поочередно к выходной обмотке 22 магнитоупругого преобразователя 20 подключаются резисторы

25 — 27 и измеряются действующие на них напряжения Ч„, Ч, Ч р . Результаты измерений вводятся в микро-ЭВМ, где по описанному выше алгоритму вычисляется уточненное значение выходного напряжения V и по функции преобразования основанной на совокупности значений V„ определяют значение измеряемой силы.

Формула изобретения

Способ измерения сил магнитоупругим преобразователем по авт.св.

9 887948, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, при градуировке и рабочем измерении дополнительно измеряют выходные напряжения преобразователя при третьем значении сопротивления нагрузки в цепи выходной обмотки преобразователя, а уточненное значение выходного напряжения преобразователя, по величине которого судят об измеряе10 мой силе, определяют из выражения

Ч„- V — к(Ч,Р- Ч„, ) f 5 — V> L Ч » К%(ЧЯ Р ЧЫ )

1 — К

25 где индексы 1,2,3 относятся к значениям выходных напряжений преобразователя, соответствующих трем различным значениям сопротивлений нагрузки в цепи его выходной обмотки; индекс р относится к значениям выходных напряжений преобразователя, измеренных при рабочем измерении; индексы j u j + 1 относятся к значениям выходных напряжений Ч преобразователя, измеренных при фиксированных значения эталонной силы при градуировке, которые выбираются из условия

1224á19 и gJ ll б

Фиа 4

+3!

Составитель А.Амаханов

Техред И,.Попович Корректор С.Черни

Редактор М.Товтин

Заказ 1941/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4