Устройство для измерения силы

 

Сущность изобретения: устройство содержит механотронный датчик в виде сдвоенного диода, анодную нагрузку, высокоча°стотный генератор, блок преобразования высокочастотного сигнала и измерительный прибор. На датчике установлена упругая мембрана, соединенная с узлом перемещения анода, и образующая с металлическим диском, закрепленным на корпус, конденсатор, который вкл очен в колебательный контур высокочастотного генератора , вход которого подключен к анодам механотронного датчика. Выход высокочастотного генератора через блок преобразования высокочастотного сигнала подключен к измерительному прибору. 2 ил.

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ сОциАдистических

РЕСПУЕЛИК

is/)5 G 01 1 1/14

ГОСУДАР СТ Г Е i- ÍÛ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕпИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828156/10 (22) 15.03.90 (46) 07,09.92, Бюл. N 33 (71) Московский институт стали и сплавов (72) А.Г.Фохтин, В.П.Золотов, П.П.Боровой, М.Р,Меньшиков, Ф,А.Петрище, M,È.Àíòîíîâ, С,И.Пинчуков, В.Г.Фохтин и С.П.Андреев (56) Преображенский В.П. "Теплотехнические измерения и.приборы". M., Энергия, 1978, с. 702.

Берлин Г.С. "Электронные приборы с механически управляемыми электродами", М., Энергия, 1971, с. 160, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СИЛЫ

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано, в частности, в сталеплавильном производстве для контроля массы..

Известно устройство, содержащее датчик омического сопротивления (тензорезистор), упругую балку, источник постоянного тока, измерительный прибор. Тензорезисторы, изгоi0нленные на бумажной или пленочной основе, "",àêðåïëÿþòñÿ с помощью клея БФ-2 или бакелитового клея на упругой балке и образуют электрическую схему моста, в диагональ которого подключают источник постоянного тока, а другая диагональ является выходной и подключается на вход изл1ерительного прибора. Под действием приложенной силы упругая балка деформируется. Эта деформация (прогиб) балки вызывает деформацию тензорезистора и изменение его омического сопро.тивления, в результате чего на выходе

„„59„„1760387 Al (57) Сущность изобретения; устройство содержит механотронный датчик в виде сдвоенного диода, анодную нагрузку, высокочастотный генератор, блок преобразования высокочастотного сигнала и измерительный прибор, На датчике установлена упругая мембрана, соединенная с узлом перемещения анода. и образующая с металличсским диском, закрепленным на корпус. конденсатор, который вкл. очен в колебательный контур высокочастотного генератора, вход которого подключен к анодал1 механотронного датчика. Выход высокочастотного генератора через блок преобразования высокочастотного сигнала подключен к измерительному прибору. 2 ил. моста появляется электрический сигнал, пропорциональный приложенной нагрузке. Величина сигнала является мерой приложенной к балке силы. 1

Основным недостатком проволочных ()» тензорезисторов является их малый коэффициент тензочувствительности, а для полупроводниковых тензорезисторов характерно более высокая степень зависимости их характеристик от температуры, особенно при отрицательных температурах, кроме того при наклеивании тензореэисторов на упругую балку необходимо учитыва различия тел1пературных коэффициентов расширения тензоэлементов и балки, Температурные условия эксплуатации тензопреобразователей и разные коэффициенты расширения элементов преобразователей и балки ограничивают их применение в качестве преобразователей для изл;ерения силы под действием приложенной массы.

1760387

Известно устройство, которое по большинству признаков выбрано нами за прототип, содержащее механотронный датчик усилий, выполненный в виде сопрях енного с узлом перемещения анода сдвоенного диода, который через анодные нагрузки подключен к источнику питания и измерительный прибор.

Недостатком этого устройства является то, что при выборе диапазона чувствительности в соответствии с величиной действующих усилий .необходимо изменить поло>кение наконечника по штырю узла перемещения анода, в результате чего увеличивается начальный ток через сдвоенный диод, что приводит к повышенной чувствительности прибора в целом, к вибрации и шуму. Кроме того, упругая пластина механотрона, через которую проходит штырь, находится под действием температуры нити накаливания сдвоенного диода, что вызывает непрерывный дрейф шкалы измерительного прибора, в результате. чего в измерения усилий вносятся случайные ошибки, Все зто значительно снижает точность измерения усилий под действием прилагаемых нагрузок. При включении механотрона в измерительную схему, питание которой осуществляется от стабилизированного источника напря>кения, требуется применять более сложные технические ре-. шения для приема и усиления сигналов поотоянного тока. особенно, при передачи их на большие расстояния, Применяемая ап. паратура для приема и усиления сигналов постоянного тока не обладает высокой стабильностью температурных и временных характеристик. Следовательно, перечисленные недостатки значительно ограничивают применение указанного механотрона в качестве преобразователя механических усилий в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение точности за счет компенсации температурного дрейфа и увеличение чувствительности механотронного датчика усилий, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения силы, содержащее механотронный датчик усилий, выполненный в виде сопряженного с узлом перемещения анода сдвоенного диода, который через анодные нагрузки подключен к источнику питания и измерительный прибор, согласно изобретению, введены упругая мембрана, установленная на механотронном датчике и соединенная с узлом перемещения анода, металлический диск, неподвижно размещенный параллельно мембране с зазором 0,3-0,5 мм, высокочастотный генератор, в колебательный

55 контур которого включен конденсатор, обкладками которого являются мембрана и металлический диск, вход которого подключен к анодам механотронного датчика, а выход — через введенный блок преобразования высокочастотного сигнала подключен к измерительному прибору, Преобразование механических усилий с помощью механотронного датчика, подвижный анод которого сопряжен со штырем, в электрический сигнал осуществляется обычно по постоянному току. При передаче сигнала на большие расстояния обычно в этих случаях применяют усилители постоянного тока (УПТ). УПТ обладают малым коэффициентом усиления, большим временным и температурным дрейфом, поэтому их применение вносит в результат измерения значительные ошибки. Высокая чувствительность механотронного датчика со штырем к вибрации сужае диапазон его применения. Расширение диапазона преобразований для данного датчика связано с изменением размеров упругой балки и установочных размеров самого устройства, Введение высокочастотного преобразования за счет дополнительного диска, образующего с мембраной механотрона конденсатор, предусматривает п рименение усилителей переме нного тока, которые по своим параметрам в значительной мере превышают УПТ. Используемое двойное преобразование, сочетаощее преобразование по постоянному и переменному токам, увеличивает коэффициент преобразования, повышает точность измерения, выделение полезного сигнала на фоне действующих электромагнитных полей. Предлагаемая конструкция преобразователя допускает расширение диапазона преобразования механических усилий за счет регулирования предварительного нагружения мембраны механотрона, не уменьшая при этом чувствительности устройства.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1 и 2.

1Леханотрон 1 устанавливают в октальную панель 2, закрепленную на фланце-панели 3, на котором затем располагают кольцо 4, имеющее высоту 100 мм, а внутренний и наружный диаметры 38 и 42 мм соответственно. В кольцо 4 вставляют упор

5, выполненный в виде полусферы, сопряженной с цилиндром, через которые выполнена сквозная резьба М 2,5, Фланец-панель

3, кольцо 4, упор 5 выполнены из стали марки 40Х и закалены. Крышка 6 и втулки 7 выполнены отдельно из гетинакса, а затем склеены между собой клеем БФ-2. йток 8 выполнен в виде двух цилиндров из винип17б0387 обеспечены схемным решением устройстеа. Использование двойного преобразова,яя механических усилий в сигнал сложной . ормы по постоянному току и по сокой частоте обеспечивает увеличение чувстви- 5 тельности и динамики преобразования, стабильность параметров устройства по времени и по температуре, обеспечивает в целом точность преобразования и надежность в работе, 10

Пример конкретной реализации, Сборка устройства (датчик была установлена на рельсе, па которому перемещалась тележка с мульд:-.ми для доставки шихты в мартеновскую и= ь. Устройство для 15 измерения усилий было протарировано на прессе по нагрузке до знач=-ния .-. более 25 тонн с точностью + 125 кг в соответствии с точностью измерительного прибора 13.

Операция взвешивания занимала не болсе 20

5 т/с. Средняя масса груженных шихтой мульд составляла в зависимости ат плотности взвешиваемой шихты и других материалов 8 — 9,45 т, а масса шихты — 3 — 4,55 т.

Временной дрейф устройства составлял не 25 более 7,5 кг/ч, а температурный дрейф не более 4,5 кг/ С в диапазоне температур от

-35 до+70 С.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволит "0 получить следующие технико-экономические преимущества: позволит производить взвешивание от

125 кг до 25 т; иметь малый временной и температур ный дрейф 7,5 кг/ч и 4,5 кг/ С соответственно; улучшить помехозащищенность устройства при работе в условиях действия сильных электромагнитных полей; расширить диапазон взвешивания масс, не изменяя конструкции и габаритов элементов устройства.

Формул" изобретения

Устройство для измерения силы, содержащее MexBHorpoHHblA датчик усилий, eblпалненный в виде сопряженного с узлом перемещения анода сдвоенного диода, который через анодные нагрузки подключен к источнику питания, и измерительный прибор, отл ича ю щее с я тем, что, с целью повь,шения точности за счет компенсации температурного дрейфа и увеличения чувствительности, в него введены упругая мембрана, установленная на механотронном датчике и соединенная с узлом перемещения анода, металлический диск, неподвижно размещенный параллельно мембране с зазором 0,3-0,5 мм, высокочастотный генератор, в колебательный контур котарога включен конденса-îð,,обкладками которого являются мембрана и металлический диск, вход которого подключен к анодам механотронного датчика. а выход через введенный бл:.ê .преобразования высокочастотного сигнала подключен к измеоительному прибору

1760387

Составитель А, Фохтин

Редактор Т,Никольская Техред М.Моргентал Корректор И,Муска

Заказ 3180 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101