Силоизмерительное устройство

Силоизмерительное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в конструкциях, предназначенных для автоматического взвешивания железнодорожных вагонов, автомобилей, для автоматизации работы дозаторов и т.п. Цель изобретения - повышение точности. В основу работы устройства положена экспериментальная зависимость погрешности магнитоупругого преобразователя 1 от магнитной индукции в сердечнике. На обмотку 2 возбуждения от источника 9 переменного тока подают напряжение прямоугольной формы. Выходное напряжение с измерительной обмотки 3 поступает на входы выпрямителей 4,5. Напряжение U<SB POS="POST">1</SB> с выхода выпрямителя 4 в делителе 6 умножается на величину, равную 0,5К, и поступает на вход сумматора 7, на второй вход которого поступает напряжение U<SB POS="POST">2</SB> с выхода выпрямителя 5. Величина К равняется среднему отношению U<SB POS="POST">2</SB> и U<SB POS="POST">1</SB> в диапазоне измерения. Выпрямитель 4 выполнен в виде выпрямителя амплитудного значения напряжения, а выпрямитель 5 - в виде выпрямителя наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (51)5 С 01 Ь 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4410838/24-10 . (22) 18. 04. 88 (46) 30.01. 90. Бюл. Р 4 (71) Тюменский индустриальный институт им. Ленинского комсомола (72) М.И.Столбун (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 767552, кл. С 01 G 23/36, 1978.

"Метрология", 1981 Р 12, с. 2935. (54) СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в конструкциях, предназначенных для автоматического взвешивания железнодорожных вагонов, автомобилей, для автоматизации работы дозаторов и т.н. Цель изобретенияповышение точности. В основу работы устройства положена эксперименталь2 ная зависимость погрешности магнитоупругого преобразователя 1 от маг— нитной индукции s сердечнике. На обмотку 2 возбуждения от источника

9 переменного тока подают напряжение прямоугольной формы. Выходное напряжение с измерительной обмотки 3 поступает на входы выпрямителей 4, 5.

Напряжение U с выхода выпрямителя

4 в делителе 6 умножается на величину, равную 0,5К, и поступает на вход сумматора 7, на второй вход которого поступает напряжение U с выхода выпрямителя 5. Величина К равняется среднему отношению U< и Ug a диапазоне измерения. Выпрямитель 4 вынблнен в виде выпрямителя амплитудного значения напряжения, а выпрямитель 5 — в виде выпрямителя наибольmего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения.

4 ил.

1539547

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано, например, в конструкциях, предназначенных для автоматического взвешивания железнодорожных вагонов, автомобилей, для автоматизации работы дозаторов и T ne

Цель изобретения — повьппение точности. 10

На Фиг. 1 показана блок-схема силоизмерительного устройства; на фиг.

2 — схема магнитоупругого преобразователя; на Фиг. 3- графики изменения во времени напряжения питания Uï, 15 магнитного потока Р намагничивающей обмотки и выходного напряжения U магнитоупругого преобразователя; на

Фиг. 4 — схема выпрямителя наибольшего значения напряжения в заданной 20 части полупериода его изменения.

Силоизмерительное устройство (Фиг. 1) содержит магнитоупругий преобразователь 1 с намагничивающей

2 и сигнальной 3 обмотками, выпрямитель 4 амплитудного значения, выпрямитель 5 наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения, делитель напряжения б, сумматор 7, цифровой измерительный прибор 8 и блок питания 9.

Выход магнитоупругого преобразователя соединен с входами выпрямителей 4, 5. Выход выпрямителя 4 через делитель б соединен с входом

35 сумматора 7. С вторым входом сумматора соединен выход выпрямителя 5.

К выходу сумматора подключен вход цифрового измерительного прибора 8 40

Намагничизающая обмотка 2 магнитоупругого преобразователя подключена к блоку питания 9, с выходом которого через линию 10 связан также и выпрямитель 5, в котором напряжение питания преобразователя 1 используется как управляющий сигнал.

Магнитоупругий преобразователь 1 (Фиг. 2) имеет воспринимающий измеряемую силу Р сердечник 11 в виде ,пакета ферромагнитных пластин, в

50 центральной части которого имеется четыре .отверстия для двух взаимно перпендикулярных. обмоток: намагничивающей 2 и сигнальной 3.

Питание магнитоупругого преобразо- вателя осуществляется от блока 9 переменным током с прямоугольным напряжением.

Под действием приложенной к магнитоупругому преобразователю измеряемой силы F на его выходе появляется напряжение U, зависящее от силы. Форма кривой выходного напряжения U, вследствие нелинейности магнитной цепи и зависимости потерь в магнитопроводе от частоты, существенно отличается от прямоугольной. На фиг.3 кривые 12, 13, 14 — это зависимости от времени t соответственно напряжения Бн на зажимах намагничивающей обмотки 2, магнитыoro потока Ч, сцепленного в этой обмотке, и выходного напряжения U действующего на зажимах сигнальной обмотки 3 магнитоупругого преобразователя.

В основу работы устройства положена экспериментально установленная зависимость погрешности магнитоупругого преобразователя от магнитной индукции в сердечнике. У преобразователей, сделанных из холоднокатаной текстурованной электротехнической стали при изменении магнитной индукции в сердечнике между отверстиями для намагничивающей обмотки 2 от нуля до

1 5 Тл и выше относительная погрешность умень1нается вдвое.

Кривые 12, 13, 14 на фиг. 3, хотя и являются идеализированными зависимостями, в достаточной мере отражают характер осциллограмм соответствующих величин. Из этих кривых видно, что амплитуда выходного напряжения (кривая 14) находится вблизи средины его полупериода, когда магнитный поток (кривая 13) и магнитная индукцнл близки нулю. Поэтому,в напряжении на выходе выпрямителя амплитудного значения 4 содержится наибольшая погрешность. Значение относительной погрешности уменьшается почти в два раза, если измерять выходное напряжение, когда магнитный поток имеет значение, близкое к максимальному. Например, измерение в промежутке между точками 15 и 1б на оси времени (фиг. 3) дает достаточно большой выходной сигнал при еще достаточно большой магнитной индукции.

Наибольшее значение напряжения на участке полупериода между точками

15 и 1б измеряется с помощью выпрямителя 5 (фиг. 1). В напряжении на выходе выпрямителя 5 содержится погрешность, относительное значение кото1 рой в два раза меньше, чем относитель"

1539547

1 цз — 02 —. — 2 U<к где U< — амплитудное значение выходного напряжения магнитоуп- 20 ругого преобразователя, измеренное на выходе выпрямителя 4; — наибольшее значение выходного напряжения в заданной . 25 части полупериода его изменения, измеренное на выходе выпрямителя 5; — среднее отношение U« « U< в диапазоне измерения. принятом значении коэффици< иэ (1 ) находим

При ента К (2) Пь %. 0,5U, Пусть при градуировке ол -U

40 (3) П2 П2Р П2Г + 2 ф где 4 „— погрешность, в напряжении 2 ПОГРЕШНОСТЬр в напряжении содержащаяся ý

45 содержащая ся

U 2P °

Коэффициентом К учитывается то, что абсолютная погрешность пропорциональна выходному напряжению.

С учетом этого, а также того, что относительная погрешность с ростом магнитной индукции уменьшается вдвое, wem

2б2 < й<К (4) 55

Подставляя (3) в (1), получаем

1 1

Пз U2<- + !12 — — U«. K — —.В<К. (5)

2 2 ное значение погрешности, которая содержится в напряжении на выходе выпрямителя 4.

По результатам измерений амплитудного значения выходного напряжения и наибольшего его значения в заданной части полупериода, когда индукция близка к своему максимуму, можно вычислить третье напряжение, содержание погрешности в котором будет во много раз меньше, чем в первых двух измеренных напряжениях. Это третье напряжение определяется из следующего выражения: 15

Согласно (4)

А -- аК О.

Поэтому в напряжении U не содержится погрешность магнитоупругого преобразователя. Точнее она во много раз уменьшена по сравнению с Ь < или

Ь2.

Ь, . U,, 0,5U, К.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая сила F действует на магнитоупругий преобразователь 1, выходное напряжение которого поступает на входы выпрямителей 4 н 5.

Действующее на выходе выпрямителя 4 напряжение U< в делителе 6 умножается на величину, равную — 0,5К,,и поступает на вход сумматора 7. На второй вход сумматора поступает напряжение Uq с выхода выпрямителя 5.

В сумматоре, в соответствии с формулой (1), из U2 вычитается 0,5U с выхода сумматора поступает на вход измерительного прибора 8, с которого результаты измерения считываются или в цифровом коде передаются в регистрирующие устройства. На фиг. 4 приведена схема выпрямителя наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения (на фиг, 1 блок 5).

Выпрямитель содержит два операционных усилителя постоянного тока 17, 18, диоды 19-23, конденсаторы 24, 25, резисторы 26-33 и транзистор 34.

Операционный усилитель 17, д::оды

19, 20, резисторы 27, 30, конденсатор 24 и транзистор 34, включенный по схеме эмиттерного повторителя, образуют обычный выпрямитель амплитуд- . ного значения, построенный на базе операционного усилителя. Вход операционного усилителя 17 подключен к выходу управляемого делителя напряжения, одно плечо которого образовано резистором 26, а второе — двумя параллельно включенными ветвями, одна из которых состоит из диода 21 и резистора 28, а вторая ветвь содержит резистор 29, один зажим которого вместе с зажимом резистора 28 подключен к общему зажиму схемы, присоединенному к нулевому зажиму источника питания (О) ° Анод диода 21 через выход управляемого делителя подключен к входу усилителя 17, а катод этого

1539547

>ке диода соединен с катодом диода 22, анод которого подключен к выходу операционного усилителя 18.

Управляемый делитель образует входную цепь выпрямителя наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения. Одним входным зажимом является зажим 34, вто-. рым — нулевой зажим источника питания (О), т,е. общий зажим схемы.

Коллектор транзистора 34 соединен с положительным зажимом источника питания (+), а эмиттер, к которому подключена нагрузка, состоящая иэ резистора 30 и конденсатора 24, при-. соединен к выходному зажиму схемы 36.

8Y0pMi выходным зажимом выпрямителя является общий зажим, т.е. ноль источника питания (О).

Операционный усилитель 18, конденсатор 25, потенциометр 31, резисторы

32, 33 и диод 23 образуют таймер, управляющий работой выпрямителя. Зажим

35 является входным зажимом таймера. 25

На блок-схеме устройства этот зажим линией 10 соединен с намагничивающей обмоткой 2 магнитоупругого преобразователя и с выходным зажимом блока питачия 9. Второй входной зажим тай- 30 мера — нулевой зажим источника питания (О).

Входной зажим 34 присоединен к выходу магнитоупругого преобразователя и на нем действует выходное напря35 жение П магнитоупругого преобразователя. На входной зажим 35 поступает прямоугольное напряжение, действующее на намагничивающей обмотке 2 магнитоупругого преобразователя ° 40

Выпрямитель наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения работает следующим образом.

В момент времени, соответствующий на Лиг. 3 началу координат, начинается полупериод изменения напряжения U (кривая 14), при котором к неинверти рующему входу операционного усилите| ля 17 приложен отрицательный потен циал. При этом на выходе усилителя

17 напряжение отрицательное и диод 20 заперт. Диод 19 открыт, чем обеспечивается большое входное сопротивление выпрямителя в рассматриваемый полупериод. Одновременно под действием напряжения Uz (кривая 12) через резистор 33 заряжается конденсатор 25 °

При этом положительное по отношению к нулю напряжение на неинвертиру ощем входе усилителя 18 растет, что приводит к смене отрицательного напряжения на выходе усилителя 18 на положительное. Поступающий в узел 37 положительный потенциал запирает диод 21, что приводит к изменению отношения сопротивлений плеч делителя, в цепи напряжения и напряжение на входе усилителя 17 по абсолютному значению увеличивается.

В момент изменения знака напряжения Uo (кривая 12, точка 15) начинается разряд конденсатора 25 и отсчет времени закрытого состояния вентиля

21 в рабочий полупериод выпрямителя.

В рабочем полупериоде, как только напряжение U (кривая 14) станет больше напряжения на конденсаторе 24, начинается подзарядка последнего.

Время подзарядки и напряжение, до которого заряжается конденсатор 24, регулируется потенциометром 31. Iio истечении этого промежутка времени, отмеченного на фиг. 3 участком 15-16 на оси времени t, изменяется знак напряжения на выходе усилителя 18 и диод 21 открывается. Параллельно резистору 29 включается резистор 28 и напряжение на выходе усилителя 1? уменьшается, а заряд конденсатора 24 прекращается. Движок потенциометра

31 должен быть установлен в такое положение, чтобы заряд конденсатора

24 прекращался при еще достаточно большом значении магнитного потока, когда магнитная индукция еще не меньше 1,5 Тл.

С выходного эаяама выпрямителя 36 снимается напряжение U, которое по кривой 14 на фиг. 3 соответствует

-.î÷êå 16.

Ф о р м у л а изобретения

Силоиэмерительное устройство, содержащее магнитоупругий преобразователь с сердечником из стальных пластин, в четырех отверстиях которого расположены взаимно перпендикулярные намагничивающая H измерительная обмотки,, два выпрямителя, подключенные к выходу магнитоупругого преобразователя, и измерительный прибор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено суммато1 ром и делителем напряжения, причем один из выпрямителей выполнен в виде

1539547

l0 выпрямителя амплитудного значения, выход которого подключен через делитель напряжения к одному из входов сумматора, а другой — в виде выпрямителя наибольшего значения напряжения в заданной части полупериода его изменения и его выход подключен непосредственно к второму входу суммато5 ра выход которого соединен с измерительным прибором.

1539547

Составитель В. Родин

Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Редактор И. Товтин

Заказ 208 Тираж 466 .Подписное

ВНИИПИ Государственного коми ета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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