Активный электростатический подвес

 

АКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕС ПОДВЕС, -содержащий взвешиваемое т ло, центрирующие элементы, блок и мерения смещения взвешиваемого те усилитель мощности, подключенный центрирующим элементам, и источник высокочастотного напряжения, отличающийся тем, что,с целью уменьшения энергопотребления, в него введены суммирующий усилитель, дополнительный дифференциальный усилитель и множительное устройство, причем центрирующие элементы подключены к входам суммирующего устройства , выход которого подключен к управляющему входу множительного устройства , выход которого подключен к первому входу дополнительного дифференциального усилителя, выход блока измерения смещения взвешиваемого тела подклочен к второму входу дополнительного дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу множительного устройства и к входу усилителя мощности.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК

„„SU „„1150477

4(51) G 01 С 19/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕПЬСТВУ

1

М

М б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3589904/40-2 3 (22) 06.05.83 (46) 15.04.85. Бюл. № 14 (72) А.П.Лысенко, Я.А.Некрасов, И.Е.Гутнер, О.С.Тораманян, В.В.Лукоянов и А.Н.Образцов (71) Ленинградский ордена Ленина и ордена Красного Знамени мехаиический институт (53) 621. 219. 5 (088. 8) (56) 1. Осокин Ю.А. и др. Теория и применение электромагнитных под— весов. И., "Машиностроение", 1980, с. 52.

2. Там же, с. 38. (54)(57) АКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ

ПОДВЕС, .содержащий взвешиваемое тело, центрирующие элементы, блок измерения смещения взвешиваемого тела, усилитель мощности, подключенный к

В центрирующим элементам, и источник высокочастотного напряжения, о т л ич ающийс я тем, что,с целью уменьшения энергопотребления, в него введены суммирующий усилитель, дополнительный дифференциальный уси— литель и множительное устройство, причем центрирующие элементы подключены к входам суммирующего устройст— ва, выход которого подключен к управляющему входу множительного устройства, выход которого подключен к первому входу дополнительного дифференциального усилителя, выход блока измерения смещения взвешиваемого тела подключен к второму входу дополнительного дифференциального усилителя, выход которого подключен к входу множительного устройства и к входу усилителя мощности.

11? 0477

Изс>бретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительных приборах и устройст-, вах.

Известны активные электростатические подвесы, содержащие расположенные с двух сторон подвешиваемого тела центрирующие элементы, к которым иодкхпочены выходы усилителей мощности, устройство измерения смещения взвешиваемого тела, выход которого подключен к входу усилителя мощности (1 j.

Недостатком известного активного электростатического подвеса является низкая экономичность, обусловленная высоким значением начального напряжения на центрирующих элементах при центральном положении взве20 шиваемого тела.

Известен активный подвес (АП), содержащий взвешиваемое тело центрирующие элементы, блок измерения смещения взвешиваемого тела, усилитель мощности, подключенный к центрирую25 щим элементам, и источник высокочастотного напряжения f23.

В известном АП смещение взвешиваемого тела от центрального положения приводит к появлению сигнала рассогласования на выходе блока измерения смещения взвешиваемого тела и вызыва— ет увеличение тоКа через один центрирующий элемент и уменьшение тока через другой. Центрирующая сила F . 35 в АП пропорциональна разности квадра-. тов токов.

При дифференциальном изменении этих токов и при выборе их начальных значений равными половине максималь — 40 ного значения силовая характеристика

AI1 оказывается линейной. Однако, в случае обеспечения достаточно высокой перегрузочной способности такой выбор начального значения токов приводит к значительному увеличению потребляемой мощности и снижению экономичности.

Цель изобретения — уменьшение энергопотребления активного электро- 50 статического подвеса.

Указанная цель достигается тем, что в активный электростатический подвес, содержащий взвешиваемое тело, центрирующие элементы, блок измерения 55 смещения взвешиваемого тела, усилитель мощности. подключенный к центрирующим элементам и источник высокочастотн ого напряжения, введены су - мирующий ус илитель, до полн ительный диффе ренциальный усилитель и множительное устрой ство, причем цен трирующие эле— менты подклочеHbl к входам суммирующего усилителя, выход которого подключен к управляющему входу множительного устройства, выход которого подключен к первому входу дополнительного дифференциального усилителя, выход блока измерения смещения взвешиваемого тела подключен к второму входу дополнительног о дифференциаль— ного усилителя, выход которого подключен к входу множительного устройства и к входу усилителя мощности.

На чертеже изображена блок †схе активного подвеса.

Активный подвес включает взвешиваемое тело 1, центрирующие элементы, выполненные в виде электродов 2 и 3, расположенных с разных сторон взвешиваемого тела, усилители 4 и 5 мощности, выходы которых подключены к электродам 2 и 3, измерительные электроды 6 и 7, расположенные с разных сторон взвешиваемого тела, измери— тель 8 разности токов, протекающих через эти электроды, дифференциальный усилитель 9, устройство 10 сравнения, суммирующий усилитель 1 1, источник 12 высокочастотного. напряжения, дополнительный дифференциальный усилитель 13, выход которого подключен к входам дифференциального усилителя 9 и множительного устройства 14, выход которого подключен. к инвертирующему входу дополнительного дифференциального усилителя 13. Усилители 4 и 5 мощности содержат соответственно инвертирующий усилитель 15 и неинвертирующий усилитель 16, трансформаторы 17 и 18, диодные мосты 19 и 20, конденсаторы.21 и 22 и резисторы 23 и 24. Измеритель 8 разности токов содержит измерительный дифференциальный усилитель 25 и резисторы 26 и 27.

Активный подвес работает следующим образом.

Ток источника 12 высокочастотного напряжения протекает через конденсаторы 21 и 22, электроды 2 и 3, взвешиваемое тело 1, измерительные электроды 6 и 7 и резисторы 26 и 27.

Смещение взвешиваемого тела от центрального положения (например, в сторону электродов 2 и 6) вызывает

1150477

Из (4) получим

J (" U, (О,-(), =

ВНИИПИ Заказ 2093/30 Тираж 651 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4 увеличение тока, протек ающе го через резистор 26, и уменьшение тока через резистор 27. Разность напряжения на элементах 26 и 27 выделяется измерительным дифференциальным усилителем 25 и после прохождения через дополнительный дифференциальный усилитель 13 поступает на вход дифференциального усилителя 9. На вход дифференциального усилителя 9 с выхода устройства 10 сравнения поступает также сигнал, пропорциональный разности выходного напряжения усилителей 4 и 5 мощности.

Этим обеспечивается постоянство коэффициента передачи К тракта: дифференциальный усилитель 9, усилители 4 и 5 мощности

0-U

Ч Ц вкв где U q, U<, Uq — соответственно входное напряжение дифференциального усилителя 9 и выходные напряжения усилителей 4 и 5 мощности.

Входной сигнал дифференциального усилителя 9 преобразуется инвертирующим усилителем 15, неинвертирующим усилителем 16, трансформаторами 17 и 18, диодными мостами 19 и 20 и фильтрами на элементах 21-24 в напряжения постоянного тока U, Uв.

Эти напряжения изменяются дифференциально до тех пор, пока одно из них не станет равным кулю. При дальнейшем увеличении входного сигнала .дифференциального усилителя 9 изменяется (увеличивается) только одно из этих напряжений. Напряжения U

U< поступая на электроды 2 и 3, вызывают центрирование взвешиваемого тела 1. Напряжения U, U, поступая на вход суммирующего усилителя 11 преобразуются им с коэффициентом К„„ в сигнал. равный (U + У )Ки. При коэффициенте усиления К» дополнительного дифференциального усилителя 13

его выходной сигнал U, равен

13 ъ("„K„(>4 Ч Ч () где U — выходной сигнал измерительного дифференциального усилителя 25.

Полагая К1 1, получим

Ф Х (U,.U) () 4

Из выражений (1), (2), (3) с учетом того, что U „,= U,ц, получим

4- =К U =К 1Г

sr>

"„(О

Левая часть выражения (5) пропорциональна силе F, а правая — смещению взвешиваемого тела 1 от центрального положения. Таким образом, 15 в активном подвесе центрирующая сила F оказывается пропорциональной смещению взвешиваемого тела 1 от центрального положения и не зависит от того, в каком режиме находятся

20 инвертирующий усилитель 15 и неинвертирующий усилитель 16. Это обеспечивается введением в подвес элементов 11, 13 и 14, формирующих нелинейное звено, которое позволяет

25 произвольно выбирать начальные значения напряжений на электродах без потери устойчивости, в частности эти напряжения могут быть выбраны в зависимости от применений близкими к нулю или к половине напряжения, соответствующего компенсации силы тяжести, что обеспечивает повышение экономичности подвеса и сохранение его перегрузочной способности.

Введение суммирующего усилителя, 35 дополнительного дифференциального усилителя и множительного устройства в активный подвес также обеспечивает нелинейную коррекцию силовой характеристики центрирующих элемен40 тов, при этом входным сигналом суммирующего усилителя являются токи через обмотки центрирующих элементов.

В активном подвесе выбор начального значения напряжения на электро45 дах оказывает влияние на диапазон изменения контурного усиления устройства. Использование новых элементов выгодно отличает предлагаемый активный подвес от прототипа, так

50 как позволяет выполнить отношение

U „ /20 равным 3-5 и более без уменьшения жесткости, что в свою очередь обеспечивает уменьшение энергопотребления активного подвеса на порядок.