Устройство для определения жесткости и гистерезиса упругой опоры

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность и быстродействие измерения. В коромысле 1 выполнены выемка и окно, в которых устанавливают сменные корпуса с базовыми поверхностями под измеряемую упругую опору. При измерении к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается задатчик 27 перемещения коромысла 1. Регистры памяти 32 и 33 запоминают сигналы аналого-цифрового преобразователя 24 при отклонении на одну величину коромысла 1 без измеряемой опоры и с измеряемой опорой. Блок вычитания 35 определяет разность сигналов, запомненных в регистрах 32 и 33, которая характеризует жесткость измеряемой опоры. 3 ил.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5! )5 G 01 G 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTVlRM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АИ70РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4658291/24-10 (22) 12,01.89 (46) 23.12.90. Бал. ЬЬ 47 (71) Ленинградский завод Госметр" (72) В.Л. Романов и Е.И. Деньщиков (53) 681.269(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 1154542, кл. 6 01 6 7/04, 1983.

Весы лабораторные 4-го класса модели

ВЛЭ-1кг. Информационный листок М ПО923, Л-8, — M.;Внешторгиздат, 1967, с. 21-22, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ И ГИСТЕРЕЗИСА УПРУГОЙ ОПОРЫ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точ„„ Д „„1615564 А1 ность и быстродействие измерения. В коромысле 1 выполнены выемка и окно, в которых устанавливают сменные корпуса с базовыми поверхностями под измеряемую упругую опору. При измерении к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается задатчик 27 перемещения коромысла 1.

Регистры 32 и 33 памяти запоминают сигналы аналого-цифрового преобразователя 24 при отклонении на одну величину коромысла 1 без измеряемой опоры и с измеряемой опорой. Блок 35 вычитания определяет разность сигналов, запомненных в регистрах

32 и 33, которая характеризует жесткость измеряемой опоры. 3 ил.

1615564

Изобретение относится к весоизмерительной технике и предназначено для определения жесткости и гистереэиса упругих элементов, используемых, например, в электронных весах, 5

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.

На фиг. 1 схематично показан общий вид устройства и блок-схема его электрической части; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; íà 10 фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 2.

Устройство содержит коромысло 1, основание 2, горизонтальные упругие опоры 3 и 4, вертикальные упругие опоры 5 и 6, датчик 7 положения, подвижная часть 8 которо- 15

ro закреплена на коромысле 1, а неподвижная часть 9 — на основании 2, катушку 10 электромагнитного компенсатора

11, которая с помощью планки 12 жестко закреплена на коромысле 1. 20

Сменный корпус 13 закреплен в выемке

14, которая выполнена в одной части середины коромысла 1. В другой части коромыс ла 1 выполнено окно 15, в пространстве, которого расположена плита 16, закреплен- 25 ная на основании 2. На плите 16 установлен . сменный корпус 17. Сменные корпуса 13 и 17 снабжены базовыми поверхностями 18 и

19, относительно которых базируется и на которые устанавливаешься измеряемая упру- 30 гая опора 20.

Базовые поверхности 18 и 19 сменных корпусов 13 и 17 расположены в одной плоскости с горизонтальными упругими опорами 3 и 4 коромысла 1 и симметрично 35 относительно оси 1-1, проходящей через точки пересечения крестообразных упругих опар 3 и 5,4 и 6, благодаря чему измеряемая

,упругая опора 20 располагается симметрич но относительно горизонтальных исходных 40 опор 3 и 4 и симметрично относительно центра крестообразных упругих опор 3 и 5, 4 и 6, Геометрический центр измеряемой упругой опоры 20 расположен на оси Н, а 45 сама опора 20 расположена s одной плоскости с горизонтальными исходными упругими опорами 3 и 4. Такое расположение йзмеряемой упругой опоры 20 необходимо для того, чтобы приращение жесткости ис- 50 .Модной упругой системы было только за счет

Жесткости измеряемой упругой опоры 20 и чтобы ее работа на коромысле 1 была идентична работе ее в чувствительном элементе электронных весов. Сменные корпуса 13 и 55 17 позволяют измерять жесткость различных упругих опор 20, имеющих другие размеры по сравнению с исходными упругими

< порами 3- 6. Базовые поверхности 18 и 19

Сменных корпусов 13 и 17 выполняются пол конкретную измеряемую упругую опору 20 и располагаются относительно коромысла 1 соответствующим образом, Для получения высокой чувствительности коромысла 1 эа счет распределения масс применяются регулятор 21 центра тяжести и регулятор 22 равновесия.

Устройство содержит систему автоматического уравновешивания, состоящую из датчика 7 положения регулирующего усилителя 23 с электромагнитным компенсатором

11, с цепью катушки 10 которого соединены аналого-цифровой преобразователь 24 (АЦП) и опорный резистор 25, подключенный к общей шине питания, Для определения жесткости и гистереэиса упругой опоры в устройство введены аналоговый сумматор

26, задатчик 27 перемещения, ключ 28, блок

29 управления, логтический ключ 30, схема

31 установки нуля, два регистра 32 и 33 памяти, цифровой индикатор 34, вычитающий блок 35 и отсчетный блок 36. Для исключения деформации исходных опор 3 — 6 при установке на коромысло 1 измеряемой упругой опоры 20 устройство содержит изолирующий механизм, содержащий электропривод 37, кулачок 38, штанги 39, упоры 40.

Блок 29 управления имеет несколько режимов работы. В режиме "Настройка" включается схема 31 установки нуля, и ключ 28 отключает от аналогового сумматора 26 задатчик 27 перемещения, логический ключ 30 отключен, В режиме "Калибровка" схема 31 установки нуля отключена, логический ключ

30 подключает выход АЦП 24 на регистр 32 памяти, ключ 28 подключает эадатчик 27 перемещения к "íàëîãîâîìó сумматору 26, Если при установке измеряемой упругой опоры 20 необходима фиксация коромысла для повышения надежности, то включается режим "Иэолир", при этом электропривод 37 поворачивает кулачок 38, перемещая штанги 39, которые конусной поверхностью поднимают упоры 40 вверх до соприкосновения с коромыслом 1, котооое фиксируется упорами 40. В режиме

"Измерение жесткости" схема 31 отключена, логический ключ 30 подключает выход

АЦП 24 к регистру 33 памяти, эадатчик 27 перемещения через ключ 28 подключен к аналоговому сумматору 26.

В режиме "Измерение гистерезиса" схема 31 отключена, логический ключ 30 отключен, ключ 28 выключен и задатчик 27 перемещения отключен от аналогового сумматора 26. Аналоговый сумматор 26 предназначен дг.я алгебраического суммирования сигналов с датчика 7 положения и с задатчика 27 перемещения, ". 615564

3адатчик 27 перемещения предназначен для выработки выходного сигнала 0э.п, поступающего на аналоговый сумматор 26.

Выходное напряжение 0э.п задатчика 27 перемещения устанавливается иэ соотноше. ния

0э.n Sp.n и, где Ь h — требуемая контролируемая величина перемещения подвижной части в относительно неподвижной части 9 датчика 7 положения, мм;

$д.п — крутизна датчика 7 положения, В/мм.

Задатчик 27 перемещения предназначен для создания калиброванного по величине напряжения.

Схема 31 установки нуля служит для приведения показаний АЦП 24 к нулю, показаний, передаваемых на цифровой индикатор 34. Регистры 32 и 33 памяти предназначены для хранения выходных кодов АЦП 24. Вычитающий блок 35 предназначен для вычитания кодов регистров 32 и

33 памяти. Блок 29 управления предназначен для задания оператором с помощью коммутационных элементов электрических сигналов включения соответствующих элементов схемы устройства в соответствии с включаемым режимом работы.

Исходные упругие опоры 3 — 6 коромысла 1 имеют плоскую форму и изготавливаются из материалов, не имеющих гистерезиса или с минимальным гистерезисом. Название "крестообразные упругие опоры" относится не к форме упругих опор (они плоские), а к взаимному их расположению, т. е. две смежные плоские опоры 3 и 5, 4 и 6 расположены друг относительно друга крестообразна.

Устройство работает следующим образом.

Коромысло 1 без измеряемой упругой опоры 20 находится в равновесии, при котором с датчика 7 положения на один из входов аналогового сумматора 26 поступает напряжение 0д,п, близкое к нулю, 0 д.п - 0; входное напряжение 0», поступающее на регулирующий усилитель 23 с выхода аналогового сумматора 26, также близко к нулю

0» 0; компенсационный ток !к, вырабатываемый регулирующим усилителем, также близок к нулю; падение напряжения 00 = l» . Ro на опорном резисторе 25 также близко к нулю и выходной код с АЦП 24 близок к нулю, на цифровом индикаторе 34 — "нули".

В режиме "Настройка" оператор с помощью схемы 31 установки нуля обнуляет выходную информацию с АЦП 24, контролируя ее по показаниям цифрового индикатора 34 . В

55 режиме "Калибровка" к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается эадатчик 27 перемещения, на выходе которого задается выходное напряжение 03.п., соответствующее требуемой заданной величине перемещения Ah подвижной части 8 датчика 7 положения. Появление напряжения на втором входе аналогового сумматора 26 вызывает изменение его выходного сумматора сигнала. Входное напряжение U» регулирующего усилителя 23 будет равно U» - 0д.п0э.п., а поскольку 0д.п, О, то U» = Us.n.

Под действием сигнала 0» изменится выходное напряжение регулирующего усилителя 23, а протекание компенсационного тока! к через обмотку катушки 10 компенсатора 11 вызовет приращение напряжения на опорном резисторе О«» = !» . Ro. Это напряжение пропорционально величине перемещения и исходной жесткости исходной упругой системы коромысла, содержащей упругие опоры 3 — 6.

Усилие Fgcx нэ катушке 10 компенсатора 11 заклоняет коромысло 1 на угол, при котором величина перемещения Л h датчика 7 положения соответствует величине, за-. данной задатчиком 27 перемещения, При этом с выхода АЦП 24 поступает сигнал, пропорциональный напряжению 0ис» на опорном резисторе 25, усилию F«x и исходF«x ной жесткости Z cx = - - - исходной упругой системы коромысла, поэтому выхоДной код

АЦП 24 может быть проградуирован в единицах жесткости (Н/м) и значение исходной жесткости Z«x исходной упругой системы коромысла 1 через логический ключ 30 поступает в регистр 32 памяти и там хранится.

Включают на блоке управления режим

"Изолир", устанавливают . измеряемую упругую опору 20 на сменные корпуса 13 и 17, один из которых находится на коромысле 1, другой — на плите 16 основания 2. Включают режим "Настройка", при котором с помощью схемы 31 установки нуля устанавливают "Нули" на цифровом индикаторе 34, поскольку при установке измеряемой упругой опоры 20 возможно на рушение равновесия коромысла 1., Включается режим "Измерение жесткости", к аналоговому сумматору 26 через ключ 28 подключается задатчик 27 перемещения, на выходе которого напряжение

0э.п имеет ту же величину, что и в режиме

"Калибровка", следовательно, так же, как и в режиме "Калибровка", величина перемещения датчика 7 положения ЬЬ = const, но при этом новая суммарная жесткость системы стала больше по сравнению с исходной

1615564

40 жесткостью исходной упругой системы на величину жесткости измеряемой упругой

1 опоры.

Чтобы заслонить коромысло на тот же, угол, соответствующий смещению датчика 7 перемещения Л h - const при новой жесткости упругой системы, компенсационный ток!»1увеличивается и напряжение на опорном резисторе 0нов - l»t . Rp будет больше

Ой ». = I» ° Rp, следовательно, усилие F808 на катушке 10 компенсатора 11 будет пропорционально новой жесткости новой упру-! гой системы коромысла 1, а сигнал с выхода АЦП 24, пропорциональный усилию Г«в tn ! новой жесткости Z«8 = новой упругой системы коромысла 1, содержащей упругие ! опоры 3 — 6 и 20 (измеряемую упругую опо ру), поступает через логический ключ 30 на регистр 33 памяти.

В режиме "Измерение жесткости" на вход вычитающего блока 35 с регистров 32 и 33 памяти поступают коды значений ис ходной жесткости Ъс» исходной упругой си ; стемы коромысла 1 и новой жесткости 2«в новой упругой системы коромысла 1, отличающейся от исходной только наличием из меряемой упругой опоры 20, следовательно значение жесткости измеряемой упругой опоры равно разности Е«в - исх, которая, определяется в вычитающем блоке 35, Включают режим "Измерение гистерезиса", при котором задатчик 27 перемещения отключается от аналогового сумматора, 26, на регулирующий усилитель поступает

I сигнал только с датчика 7 положения, рав .ный нулю. Если измеряемая упругая опора

20 не имеет гистерезиса (остаточных упругих напряжений от деформаций при заклонении коромысла на угол, соответствующий смещению датчика 7 положения на Л h =

=const), то на цифровом индикаторе 34 будут нули.

Ф.

Если измеряемая упругая опора имеет гистерезис, чтобы вернуть коромысло 1 в исходное положение, потребуется увеличение компенсационного тока 1К на величину

Ж», пропорциональную гистерезису измеряемой упругой опоры 20, приращение компенсационного тока !» создаст падение напряжения Огнист - At» . йо на опорном . резисторе и с выхода АЦП 24 поступит код, пропорциональный величине гистерезиса измеряемой упругой опоры 20, цифровое значение которого считывается с цифрового индикатора 34 в режиме "Измерение гистерезиса", поскольку после установки измеряемой упругой опоры 20 в режима

"Настройка" на цифровом индикаторе 34 с помощью схемы 31 установки нуля были выставлены "нули".

При измерении гистерезиса измеряемой опоры 20 исходные упругие опоры 3 — 6 подбирают из такого материала, чтобы гистерезис их был равен нулю или близок к этой величине, если это не удается, то гистереэис измеряемой упругой опоры 20 может быть определен оператором как разность гистерезиса новой упругой системы (с измеряемой упругой опоры) и исходной упругой системы, гистерезис которой легко может быть определен тем же методом по цифровому индикатору 34, Формула изобретения

Устройство для определения жесткости и гистерезиса упругой опоры, содержащее чувствительный элемент, закрепленный на упругих опорах, датчик положения, подвижная часть которого соединена с чувствительным элементом, и электромагнитный компенсатор системы уравновешивания, катушка которого жестко закреплена на чувствительном элементе и подключена одним концом к выходу регулирующего усилителя, а другим концом — к входу аналогоцифрового преобразователя и к опорному резистору, соединенному с общей шиной питания, цифровой индикатор, подключенный к выходу аналого-цифрового преобразователя, и Отсчетный блок, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия. в нега введены опорная плита, два сменных корпуса с базовыми поверхностями под измеряемую упругую опору, аналоговый сумматор, эадатчик положения чувствительного элемента, ключ, блок управления, два регистра памяти, схема установки нуля, логический ключ и вычитающий блок, причем чувствительный элемент выполнен в виде коромысла, закрепленного на крестообразно расположенных вертикальных и горизонтальных упругих опорах, в одной части середины которого выполнена выемка, в которой закреплен один сменный корпус, а в другой части середины коромысла выполнено окно, в котором на опорной плите расположен второй сменный корпус, базовая поверхность которого и базовая поверхность первого сменного корпуса расположены в одной плоскости с горизонтальными упругими опорами коромысла и симметрично относительно Оси, проходящей через точки пересечения крестообразно расположенных упугих опор, при этом выход датчика положения чувствительного элемента подключен к одному входу аналогового сумматора, к другому входу которого через ключ

Составитель В. Ширшов

Техред M.MîðãåHòýë Корректор О. Кравцова

Редактор Е. Папп

Заказ 3980 Тираж 419 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 подключен выход задатчика положения чувствительного элемента, а выход аналог080го сумматора соединен с входом регулирующего усилителя, первый выход блока управления подключен к входу схемы установки нуля, выход которой соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к одному входу логического ключа, к другому входу которого подключен второй выход блока управления, соединенный с управляющим входом ключа, а выходы логического ключа соответ5 ственно через первый и второй регистры памяти подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к входу отсчетного блока.