Устройство для определения массы тела в невесомости
Иллюстрации
Реферат
. СОЮЗ ССОЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (И) А
3(д) Cj 01 G 9/00 В 64 Q 1/22
ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ
К АВ ТОРСЙОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Zu 1S 1
1б 7
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
Fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИИ (21) 3388471/40-23
j 22) 25. 01. 82 (46) 15.02. 84 Вюл. Р 6 (72) Р.С.Горденко (72) Институт медико-биологических проблем (53) 531.3:629.78 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 732681, кл. G 01.$ 9/00, 1978 (прототип), (54) < 57) 1.. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАССЫ ТЕЛА В НЕВЕСОМОСТИ, содержащее корпус с опорой, платформу установленную с возможностью вращения относительно опоры, электро.привод вращения платформы, грузо- вую чашу с механизмом ее перемещения относительно платформы и силоизмерительный блок, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью по.— вышения точности определения массы . тела эа счет обеспечения контроля влияния деформируемости тела на ре= зультаты измерений и стабилизации динамического режима определения массы, опора выполнена в виде непод-. вижней относительно корпуса оси, механизм перемещения грузовой, чаши выполнен в виде суппорта, установленного с возможностью поступательного перемещения в направлении, непараллельном оси вращения платформы, и кинематически связанного с неподвижной осью, чаша установлена в направляющих, жестко связанных с суппортом, и снабжеиа ограничителем перемещения в этих направляющих, силоизмерительный блок содержит датчик составляющей силы вэаимодей- Я ствия между чашей и суппортом в направлении их взаимного перемещения, а также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и дифференциатор, вход которого электрически связан с датчиком.
1073580
2. Устройство по и. 1, о т л и,ч а ю щ е е с я тем,что электрическая связь выполнена в виде контактных колец, установленных на корпусе платформы и подключенных- к выходу днфференциатора, а также электрических щеток, взаимодействующих с кольцами и подключенных к входу . аналого-цифрового преобразователя.
3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я .тем, что кинематическая связь суппорта с неподвижной .осью выполнена в виде звена, образующего с суппортом винтовую пару, н двух конических шестерен, одна из которых. закреплена на конце звена, а другая установлена на оси и снабжена средством регулирования ее сцепления с осью.
4. Устройство по пп. 1 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, средство регулирования сцепления выполнено в виде подпружиненной фрикционной муфты с механизмом изменения затяжки пружины.
Изобретение относится к весоизмерительным приборам специальнОго назначения, в частности, к устройствам для определения массы относительно небольших объектов в условиях космического полета.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения массы тела в невесомости, содержащее корпус с опорой, платформу, установленную с воэможностью вращения относитель-. но опоры, элактропривод вращения платформы, грузовую чашу с механизмом ее перемещения относительно . платформы и силоизмерительный блок 1 . Работа устройства основана на принципе уравновешивания, рычага с телом, массу которого определяют. в поле центробежных сил ивер ции. Яля уравновешивания рычага используется магнитное взаимодействие элементов механизма перемещения и силоизмерительного блока.
-Недостатком известного устройст:— ва является низкая точность определения массы деформируемых тел и неустойчивый динамический режим уравно-. вешивания рычага, причем неустойчивость возрастает вследствие зависимости деформации тела от величины действующей на него силы реакции со стороны грузовой чаши.
Цель изобретения — повышение точности определения массы тела эа счет
5. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения про. изводительности измерений при сохранении габаритов устройства и улучшении балансировки платформа, оно снабжено несколькими груэовымн чашами с механизмами их перемещения, а силоизмерятельный блок содержит соответствующее количеству чаш число датчиков и дифференциахоров, при,этом чаши и механизм размещены с обеспе.чением конгруэнтности отрезков перемещения суппортов относительно поворотов платформы на угол, кратный
360 /М, где М - число чаш, б. Устройство по пп. 1 и 3, о л и ч а ю щ е е с я тем, что электропривод содержит систему регулирования величины н знака скорости вра щения электродвигателя, а также предохранительные средства для его отключения от источника питания прн превышении нагрузки на привод ее порогового значения. обеспечения контроля влияния деформируемости тела на результаты измерений н стабилизации динамического режима определения массы.
t м
Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для определения мас-. сы тала в невесомости, содержащем .корпус с опорой, платформу, уста1п новленную;с возможностью вращения относительно опоры, электропрнвод вращения платформ, грузовую чашу с механизмом ее перемещения относитю ьно платформы н силоиэмерительный блок, Опора выполнена в виде неподвйжной относительно корпуса оси, механизм перемещения грузовой чаши. выполнен в виде суппорта, установленного с возможностью поступательного перемещения в направленин, непараллельном оси вращения платформы, н нмнематически связанного с неподатной осью, чаша установяена в направляющих жестко связанных с cynrreyeyne, и
25 снабжена ограничителем перемещения
s этих направяяющих, силоизиерительный блок содержит дачек составляющей силй взаимодействия между чащей и суппортом в напраепении нх взаимного перемещения, а также последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и дифференциатор, вход котороге электрически связан с датчиком.
1073580
Электрическая связь может быть выполнена в виде контактных колец, установленных на корпусе платформы и подключенных к выходу дифферен,циатора, а также электрических щеток, взаимодействующих с кольцами и подключенных ко входу аналогоцифрового преобразователя.
Кроме того, кинематическая связь суппорта с неподвижной осью может быть выполнена в виде звена, образуюцего-.с суппортом винтовую пару, и двух конических шестерен, одна из «оторых закреплена на конце звен а другая установлена на оси и снабжена средством регулирования ее сцепления с осью.
При этом, средство регулирования сцепления сюжет быть выполнено в вйде подпружиненной фрикционной муф ты с механизмом изменения затяжки пружины.
С целью расширения диапазона и повышения производительности изме.рений при сохранении габаритов устройства и улучшения балансировки платфорМы оно может быть снабжено несколькими грузовыми чашами с механизмами их перемещения, а силоизмерительный блок может содержать соответствующее количеству чаш число датчиков и дифференциаторов, при. этом чаши и механизмы могут быть размещены с обеспечением конгруэнтности отрезков перемещения суппортов относительно поворот >в платформы на угол, кратный 360 / И, где
- число чаш. .Электропривод устройства может содержать систему регулирования ве» личины и знака скорости. вращения электродвигателя, а также предохранительные средства для его отключения от источника питания при превышении нагрузкой на привод ее порогового значения.. Сущность изобретения состоит в том, что устройство для определения массы .тела в невесомости реализует устойчивый рещцм равномерного нарастания действующей на тело центробежной силы инерции и уравновецивающей ее силы реакции чаши при его линейном перемещении с постОййнай скоростью относительно вращающейся платформы в направлении,: близком к радиальному, что козволяет вычислить массу тела по. скорости изменения величины ука- зайной силы и одновременно проконтролировать влияние деформируемости тела на непрерывно измеряемое значение .его массы. В результате, можне выбрать наиболее благоприятные, с тощем зрения точности, параметры процесса измерения. Типичный диапазон измеряеиах массг 0,02-3,0 кг.
На фиг. 1 приведена конструктив« но-кинематическая схема устройства для определения массы тела в невесомости, на фиг. 2 — схема, поясняюцая работу системы регулирования электропривода врацения платформы.
Устройство для определения массы тела в невесомости содержит корпус 1, на котором укреплены электродвигатель 2, блок управления элекэt0 родвигателем 3, группа контактных . электрических щеток 4, аналого-цифровой преобразователь 5, сиабжена,- ный цифровым индикатором, и неподвижная ось б . На оси 6, например в
35 подшипниковых опорах 7, укреплена
" платформа 8,. на которой, например, зеркально симметрично по отношению к плоскости, проходящей через ось вращения платформы 8, установлены,, два механизма пЕремещения, каждый из которых состоит из червяка 9 в опорах 10, неподвижно укрепленных на платформе 8, и суппорта 11, образующего с червяком 9 винтовую паРу. две подвижные рамы 12, каждая из которых. укреплена на суппорте 11 и имеет направляющие 13„.в:которых установлена грузовая чаша 14, снабженная крышкой 15 с защелкой 16 и съемной парой упругих уплотнителей 17 и 18 для фиксации тела, массу которого определяют. Свободное поступательное перемецение грузовой, чаши 14 в направляюцих 13 ограничено упором с силовым датчиком 19, укрепленных на раме 12, причем ось направляющих 13 параллельна оси винта 9, ориентированной вдоль радиуса вращения. Выход датчика 19 последовательно связан с днфферен40 циатором 20, имеющим калиброванный выход, неподвижно укреппеннымна раме 12, и аналого-цифровым преобразователем 5 с цифровым индика-.. тором, который электрически связан с
45 дифференцяатором 20 посредствои контактных колец токосъемников 21, уетановленных на платформе 8, и элект- рических цеток 4. Нлатформа 8 и электр
Ф родвигатель 2 соединены, например, 5О зубчатой передачей, состоящей as шес- терен 22, укрепленной на вану электродвигателя 2, и шестерни 23, выполненной в виде обода платформы 8
:Оба механизма перемещения .соединены
55 с электродвигателем 2, еапример,,посредством конической передачи, включающей симметрично укрепленные на валах червяков 9 шестерни 24 и обцую шестерню 25, которая установлена иа концентрическом валу 26, укрепленном в опорах вращения на неподвижной оси 6, при этом вал 26 и ось б связаны между собой при помощи предохранительной фрикционной муфты, в кото65 рой, например, полумуфта, жестко
1073580 l0 связанйая с валом 26, включает в себя коническую шестерню 25 с неподвижно укрепленным на ней диском 27, а полумуфта, связанная с осью 6, выполнена в виде корпусированного диска. 28, поступательно перемещающегося на оси 6, причем осевое нажатие дисков
27 и 28 обеспечено цилиндрической пру жиной 29, одним своим торцом опертой на корпус диска 28, а другим на дно опорного стакана 30. ОпОриый стакан
30 и ось 6 образуют винтовую пару, положение которой Фиксировано контргайкой 31 °
Система регулирования скорости вращения электродвигателя 2 (фиг. 2) 15 содержит блок 32, управляющий напряжением в обмотке двигателя, операционный усилитель 33 с обратной связью в его цепи, потенциометр 34, диод
35 включенный в цепь обмотки электродвигателя 36, контактную планку
37 коммутатора с якорем 38 ° Пороговое устройство в данной схеме выполнено на базе триггера Шмидта, для чего отрицательный вход усилителя 33 25 подключен к управляющему выходу блока 32, а потенциометр 34 включен в цепь обратной положителЬной .Связи данного усилителя. устройство для определения массы 3Q работает слЕдующим образом.
Тело, массу которого определяют, размещают на дне грузовой чаши 14, которое предварительно устилают
: cnoeM упругого уплотнителя 18, после чего на тело накладывают еще один слой упругого уплотнителя 17, причем толщины слоев выбирают с таким расчетом, чтобы после прижатия, их крышкой 15, Фиксируемой защелкой
16, расположение тела внутри чаши 40 .14 оставалось неизменным. Пода от питание в измерительную цепь в составе силового датчика
19, дифференциатора 20, аналого-цифрового преобразователя 5, снабжен- 45 ного цифровым индикатором, и устанавливают заданное направление вращения. электродвигателя 2, Включают блок 3, который обеспечивает вращение электродвигателя 2 и» постоян- 5О . ство. заданного значения угловой скорости. Равномерное вращение ва- ла электродвигателя 2 при помощи .шестерен 22 и 23 передается платформе 8, вращающейся вокруг оси
6- в опорах 7, ври этом коническая шестерня 24 катится по неподвижной конической шестерне 25, которая Фиксирована на оси 6 благо.даря сцеплению между дисками 27 и 28 предохранительной муфты, соединяющей с осью б вал 26.
Вращение шестерни 24 вызывает ...скольжение суппорта 11 совместно с раьюй 12 в радиальном направлении ° При этом грузовая чаша 14 с фиксированным s ней телом под действием переменной по величине центробежной силы оказывает давление на датчик 19, удерживаясь неподвижно на раме 12 направляющими 13 и силой реакции со стороны датчика
19. Переменный электрический сигнал от датчика . 19, пропорциональный величине действующей на грузовую чашу 14 .центробежной силы, усиливается и дифференцируется дифференциатором 20 н калибруется в единицах массы при помощи, например, выходного делителя напряжения. Откалиброванный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, где преобразуется в число и визуализируется на табло его цифрового индикатора. Калибровка выхода дифференциатора 20 осуществляется при постоянных угловой скорости вращения платформы 8 и скорости скольжения суппорта 11, в силу чего масса оказывается пропорциональной модулю производной центробежной силы по времени. Измерение массы считается достоверным, если визуально наблюдаемые колебания ее величины, обусловленные деформацией тела в переменном силовом цоле, не выходят за установленные пределы погрешности измерений.
Для вычисления массы тела М используют Формулу
®= ((ЛЯ>-РЯ О" еЯ, где — производная по. времени
Ь составляющей силы, измеряемой датчиком 19; (а — постоянная угловая скорость вращения платформа, - постоянная скорость па- . раллельного переноса тела относительно платформы — единичный вектор в направлении переноса. тела," — единичный вектор вдоль оси вр щения платформы; единичный вектор в направ лении измерения составляющей силы.
Вращение червяка и скольжение суппорта 11 прекращают.ся в одном из крайних положений суппорта 11, при этом прекращается вращение конйческой шестерни 24 одновременно в приводах обоих тяговых механизмов, что приводит к скачку крутящего момента на валу 26 и обуславливает взаимное скольжение дисков 27 и 28, соответствукчцее срабатыванию предохранительной Фрйкционной муфты, причем ограничительное значение крутящего -момента устанавливается путем регулировки степени сжатия пружины 29 при помощи поступательно
1073580
6 г вращательного перемещения опорного азакана 30 и его фиксации в требуемом положении контргайкой 31.
Торможение платформы.8 при сколь:жении дисков 27 и 28 вызывает скачок тока в обмотках электродвигателя 2, в результате чего величина тока выходит за пределы установленного значения порога, и срабатывает „пороговое устройство, вмонтированное в блок управления электродвигателем 3.
Система регулирования скорости вращения электродвигателя 3 (фиг.2) работает следующим образом. Постоянство оборотов электродвигателя
-2 контролируется блоком автоматического регулирования 32, в котором например, отрицательная обратная связь .в цепи операционного усилителя мощности 33-обеспечивает привод двигателя 2 от управляющего напряжения. Потенциометр 34, включенный . в цепь обратной положительной свя. зи, регулирует чувствительность по отношению к напряжению порога М .
Диод 35 обеспечивает срабатывание электромагнита Зб в составе коммутатора при напряжениях на отрнцаВНИИПИ Заказ 313/38
Тираж 610 Подписное
Филиал ПНП "Патент", .r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 тельном входе усилителя 32,больших порогового значения Чп . Под действием электромагнита Зб контактная: планка 37 коммутатора с якорем 38 переключается иэ положений А или Ь соответстэунн.,их различным полярнос" тям питания (направлениям вращения} двигателя 2, в положение Ц соответствующее останову двигателя
2. Самопроизвольное переключение
10 планки 37 из положений А или 9 в положение Н исключено. Переключение коммутатора в эти положения осуществляется оператором, например, вручную.
15 Использование предложенного изобретения позволит существенно повысить точность. определения массы широкого класса деформируеькх тел на борту космических кораблей и орбитальных станций, преимущест- . венно в диапазоне 0,02-3,0 кг, который имеет важное значение для целей бортового медицинского контроля. Это, в свою очередь, обеспе-. чит более качественное проведение ряда исследований и работ в космосе увеличив тем самым полезную отдачу космических программ.