Преобразователь механических сил в широтно-модулированный сигнал
Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерений обобщенных механических сил или давлений. Измеряемое усилие F прикладывается к рычажному элементу 1 сравнения. Сигнал отклонения элемента сравнения с датчика 4 суммируется суммаФиг .1 тором, содержащим два постоянных сопротивления 5 и 6, усилитель 7 постоянного тока и переменное сопротивление 8, с сигналом скорости, снимаемым с катушки 10. Напря сние на выходе сумматора в зависимости от знака этой суммы принимает два фиксированных уровня. Переключение уровня происходит с коррекцией во времени , определяемой шириной зоны гистерезиса сумматора В зависимости от уровня выходного напряжения сумматора силовой элемент на катушке 11 или включает встречное по отношению к F усилие F0c. большее, чем F по абсолютному значению, или выключает его. В моменты отсчета механический элемент 1 сравнения находится в состоянии автоколебаний, отношение времени действия усилия F0c к периоду автоколебаний пропорционально измеряемой силе F. 2 ил. Ј О ьо -N hO 00 го
СОЮЗ COBETCКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5Н5 G 01 1 1/08
t ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР т т
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
5 7 11
Hoax (21) 4604624/10 (22) 14.11.88 (46) 30.01.91, Бюл. № 4 (: 1) Ярославский политехнический институт (72) Е.В. Гордеев и М. П, Цы ган ко в (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 93593. кл. G 01 L 1/08, 1950.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1377628, кл. G 01 L 1/08, 1986, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ
СИЛ В ШИРОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЙ
СИГНАЛ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерений обобщенных механических сил или давлений. Измеряемое усилие
F прикладывается к рычажному элементу 1 сравнения. Сигнал отклонения элемента сравнения с датчика 4 суммируется сумма. Ы,, 1624282 А1 тором. содержащим два постоянных сопротивления 5 и 6, усилитель 7 постоянного тока и переменное сопротивление 8, с сигналом скорости, снимаемым с катушки 10.
Напряж=ние на выходе сумматора в зависимости от знака этой суммы принимает два фиксированных уровня. Переключение уровня происходит с коррекцией во времени, определяемой шириной зоны гистерезиса сумматора. В зависимости от уровня выходного напряжения сумматора силовой элемент на катушке 11 или включает встречное по отношению к F усилие Foc. большее, чем F по абсолютному значению, или выключает его. В моменты отсчета механический элемент 1 сравнения находится в состоянии автоколебаний, отношение времени действия усилия F«к периоду автоколебаний пропорционально измеряемой силе F. 2 ил.
1624282
Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в системах измерений обобщенных механических сил или давлений с применением вычислительной техники, Цель изобретения — повышение точности измерений за счет возможности изменения амплитуды и периода автоколебаний.
На фиг, 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг. 2 — фаэовые диаграммы работы преобразователя.
Преобразователь (фиг. 1) содержит механический элемент 1 сравнения, постоянный магнит 2, внутри которого движется сердечник 3, датчик 4 положения элемента сравнения, суммирующий релейный элемент, включающий два постоянных сопротивления 5 и 6, усилитель 7 постоянного тока, переменное сопротивление 8, опору 9, вокруг которой вращается элемент сравнения, катушку 10 скоростной коррекции и исполнительную катушку 11, намотанные на сердечнике 3. Катушки 10 и 11 соединены с соответствующими выходами суммирующего элемента, Выход суммирующего элемента является выходом всего и реобразователя.
Преобразователь работает следующим образом.
Измеряемое усилие F прикладывается к рычажному элементу 1 сравнения, Сигнал отклонения элемента сравнения с датчика 4 суммируется сумматором 5-8 с сигналом скорости, снимаемой с катушки 10, так что напряжение на выходе сумматора в зависимости от знака этой суммы принимает два фиксированных уровня, Переключение уровня происходит с коррекцией во времени, определяемой шириной зоны гистерезиса сумматора. Зона гистерезиса ре гул и руется п оте н цио метром 8.
В зависимости от уровня выходного напряжения сумматора силовой элемент на катушке 11 или включает встречное по отношению к F усилие Foc большее, чем F no абсолютному значению, или выключает его.
В соответствии с работой взвешигающего сумматора 5-8 значение усилия F«обратной связи определяется следующим выражением
Foc = sign (\/-aX-b signV), где условно принято Foc —— — - -1, причем Fpc =
=1 соответствует включенному силовому элементу; Г; = -1 — выключенному, диапазон измеряемых усилий в этих условиях F (-1,1); V — скорость элемента сравнения; X— его отклонение от положения равновесия; а.
Ь -- коэффициенты. определяемые сопротивления ":и >. 6 8 сумматора а = -Ka R5/Rá, Ь = Кь R5/R8, где R5, Rá, R8 — сопротивления резисторов
5, б, 8 соответственно;
Ka, Kb — коэффициенты пропорциональ5 ности;
Ь вЂ” ширина зоны гистерезиса, а — скорость сходимости переходных режимов.
При таком законе переключения Foc yc10 тановившемуся режиму преобразования соответствуют автоколебания, в которых переключение силового элемента следует сразу за отклонением элемента 1 сравнения
Foc = slg4X
15 Предельный цикл установившихся автоколебаний образован участками парабол, соответствующих Foc = 1 и Foc = -1, сопрягающихся в точках (о, Ь) и (о, -Ь) фазовой плоскости (фиг. 2). Это следует из анализа
20 уравнений движения рычажного механизма. Уравнения имеют вид где! — момент инерции;
25 t -- время.
Из этих уравнений следуют выражения для фазовых траекторий
dХ V
Foc
30 или, интегрируя
Х=Х - < (Чг — V.2 ), (2} ос где Х„, Vo — координаты точек, соответствующих начальным условиям.
35 Нетрудно видеть, что уравнение (2) соответствует параболе в координатах (Х, V), параметры которой определяются значениями F, Xo, Ч<>(при постоянных!, Foc), Периодическому режиму соответствуют
40 следующие значения начальных условий
Xo = О, Vo = +b, поэтому при некотором F период и амплитуда автоколебаний зависят только от b. Требуемую величину b выбирают изменением сопротивления потенцио45 метра 8.
Выходной сигнал катушки 10, пропорциональный скорости движения элемента сравнения, вводят для коррекции переход50 ных режимов преобразования. Он приводит к наклону полупрямых фазовой плоскости, на которых происходит переключение yposня Fpc против часовой стрелки на угол а, тоа= а, вокруг точек (о, Ь) и (о, -b). Параметры установившихся колебаний от угла а не зависят, а зависит только скорость затухания переходных процессов.
Статическую характеристику преобразования определяют, интегрируя уравнение
1624282
l также гистерезис силового элемента обратной связи, практически не вносят вклада в средний небаланс сравниваемых усилий, что повышает точность измерений. юг г
Составитель В. Родин
Редактор И. Касарда Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид
Заказ 182 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 701 (1) на двух последовательных участках постоянства Fpc
Ч7 = Vp+ I(F — 1)»
V, = Ч7+1(F+1) „ где t> — интервал времени, на котором Fpp = 5
=1:
tp — интервал, соответствующий Fpp =
= — 1, В силу периодичности значение V в начале одного участка равняется значению
V в конце предыдущего. 10
Из этих уравнений имеют
1 2tr
I(t +Ф где ср + tT = Т вЂ” период автоколебаний.
Очевидно, что отношение tr/Т вЂ” величи- 15 на, пропорциональная F, и статическая характеристика tT/Ò линейна, Режим преобразования является динамическим. В моменты отсчета механический момент сравнения находится в состоянии 20 автоколебаний. Поэтому сухое трение в опорах рычажного механизма и элементах, передающих на него измеряемое усилие, а
Формула изобретения
Преобразователь механических сил в широтно-модулированный сигнал, содержащий механический элемент сравнения, датчик положения элемента сравнения, силовой элемент обратной связи с постоянным магнитом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет воэможности изменения амплитуды и периода автоколебаний, в него введены катушка скоростной коррекции, расположенная в поле магнита силового элемента обратной связи, и суммирующий релейный элемент с настраиваемой зоной гистерезиса, причем катушка подключена к одному из входов суммирующего релейного элемента, а к другому его входу подключен датчик положения элемента сравнения.
