Частотный преобразователь силы
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик п>964488 (61) Дополнителвное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 18.10.78 (2 I ) 2674344/18-10 (53)M. Кл.
G 01 L. 1/10 . с присоединением заявки %—
3Ьоударсикниый комитет
СССР
IIo делам изобретений и открытий (23) П ркоритет—
Опубликовано 07.10.82. бюллетень Мв 37
Дата опубликования описания 07.10.82 (53) УДК 531,781 (088.8) (72) Автор изобретения
Ю. К. Тараненко
Днепропетровский химико-технологический институ им. Ф. Э. Дзержинского (7I ) Заявитель (54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕШэ СИЛЫ
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в силоюмерительных устройствах.
Известен частотный преобразователь силы, содержащий два резонатора, состоящих из параллельных прямоугольных пластин; концы которых соединены попарно перемычками нри этом оба резонатора соединены попарно концами и согнуты в плоскости параллельной пластинам (1) . la
Недостатком преобразователя является низкая точность измерения при юменении теМпературы окружающей среды и самого преобразователя и чувствительность к неюмеряемым составляющим усилия, а также нелинейность характеристики.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотный преобразователь, содержащий силонередающие элементы и четыре параллельно и симметрично расположенные упругие пластины, каждая ю которых снабжена системой возбуждения и съема колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (2) .
Яедостатком Этого преобразователя является то, что при такой схеме возбуждения и съема колебаний не может быть получена компенсация температурной погрешности и линеариза-ция характеристики преобразователя, а также чувствительность преобразователя к югибающим моментам силы, действующим на упру. гие пластины .преобразователя.
Цель юобретения — повышение точности измерения;
Указанная цель достигается тем, что в преобразователе обмотки возбуждения и съема колебаний в вертикальной плоскости включены соответственно на выход и вход 1тервого усилителя автогенератора, а обмотки возбуждения и съема колебаний в горизонтальной плоскости включены соответственно на выход и вход второго усилителя автогенератора, а выходы усилителя включены в дифференциальную схему, при этом концы упругих пластин соеди-. нены с силопередающими элементами через фильтр-пробку н одноплоскостной шарнир.
3 9644
На фиг. 1 изображен частотный преобразователь с электрической блок-схемой, общий вид; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.
Частотный преобразователь силы содержит четыре прямоугольнык пластины 1 — 4, расположенные параллельно друг другу и симметрично относительно плоскостей XOZ и ХОУ параллельных смежных граням пластины. Пластины приварены концами к торцам фильтровпробок 5, на других концах которых расположены элементы 6 (одноплоскостные шарниры) для защиты от изгибающих нагрузок.
Для возбуждения колебаний пластин служат электромагнитные системы съема 7 и возбуждения 8, включенные в цепь усилителей
9 и 10 по автогенераторной схеме, выходы усилителей подключены к смесителю 11 частот, выход которого подсоединен к частотомеру 12. Электромагнитные системы возбуждения и съема колебаний укреплены к щ торцам фильтров-пробок с помощью стоек 13.
Расположение и включение обмоток системы возбуждения аналогичны (см. фиг. 2). Две обмотки 14 и 15 возбуждения (съема) колебаний двух пар пластин, лежащих в парал-. 25 лельных плоскостях, включены последовательно и подключены на выход (вход) усилителя
9 (10), а обмотки 16 и 17 также включены последовательно и подключены на выход (вход) усилителя 10(9).
Частотный преобразователь силы работает следующим образом.
При ненагруженном преобразователе начальный импульс, возникающий при включении с выходов усилителей 9 и 10 поступает в электромагнитную систему 8, возбуждения колебаний, которая заставляет колебаться пластины 1 — 4 через каждые полпериода, как показано стрелками. Колебания пластин в двух плоскостях с частотой: fo< в одной плоскости для пар пластин 1-4 и fp2 в другой для пар пластин 1, 4, 2 и 3, воспринятые системой 7 съема колебаний, усиливается в усилителях 9 и 10 соответственно и вновь подаются в системы 8 возбуждения колебаний. Возникающие таким образом автоколебания в цепи усилителей 9 и 10 умеют частоты 10, и fd близкие к собственным частотам пластин,, вследствии высокой добротности колебательной системы, обусловленной малой амплитудой колебания места закрепления пластин вследствии взаимной компенсации реак88 4 ции каждой пластины в двух плоскостях ее колебаний. Начальные частоты колебаний пластин fpq и 1О определяются соотношениями д2
0" 2Р g>g
Ф
К
01 1Ë (2) где лк з
11 — толщина пластины.
Разностная частота, выделяемая в смесителе 11, определяется с учетом формул (1) и (2) из соотношения
К ЕоЬ b j (3)
>3(11 314
При вычитании частот fp) и 1, в смесителе
11 происходит частичная компенсация температурной нестабильности начальных частот fp u
fp, которая вызвана изменением с температурой модуля упругости и геометрических размеров пластин Ь и h, которые изменяются согласно соотношений
Ь = bp(1 + at); (4)
h = ho(1 + at); (5)
Р = Р (1 + et); (6)
Е = Ео(1 + Е )> (7)
4 где t — температура преобразователя: а — коэффициент линейного расширения пластины; а — температурный эффициент модуля
Е упругости. 11 После подстановки уравнений (4) — (7) в формулу (3) полччим
К
2У (8) Сопоставляя выражение (8) и выражение (1) или (2) после подстановки в него формул постоянная, определяемая, формой колебаний. пластины модуль упругости материала пластины; масса пластины; длина пластины; статический момент инерции поперечного сечения в плоскости колебаний
XOZ; статический момент инерции поперечного сечения в плоскости колебаний пластины ХОУ ширина пластины; (4) — (7) и дифференцирования укаэанных выражений можно видеть, что
964488 (9) (10) ЭО
ВЙЕ О, ЗЕ 02 а а ае а
Таким образом, в преобразователе по настоящему изобретению температурная погрешность 5 .от нестабильности начальной частоты снижена.
При воздействии на преобразователь усилий растяжения (сжатия) пластины 1 — 4 воспринимают приложенное усилие при этом частоты колебаний, поступающих с выходов усилителей 9 и 10 изменяются согласно соотношений
П и где
К "кр
N > — усилие, действующее вдоль (2#i) Е Э пластины.
1 — эйлерова сила в плосО7 кости XOZ;
Е 2 — эйлерова сила в плоскоР
Ц), g сти ХОУ.
Разностная частота (1, — Ф ) колебаний, выде25 ляемая смесителем 11 возрастает под действием силы растяжения и уменьшается при воздействии на торцы преобразователя сил сжатия. Конструкция преобразователя позволяет производить линейную аппроксимацию функции преобразования при градуировке частотомера 12 в единицах силы.
Предлагаемый преобразователь позволяет повысить точность измерения за счет указан6 ной схемы соединения обмоток возбуждения я съема колебаний, а также за счет соединения упругих пластин с силоперелающими элементами через фильтр-пробку и оЛноплос-... костной шарнир.
Формула изобретения
Частотный преобразователь силы, содержащий силопередающие элементы и четыре параллельно и симметрично расположенные упругие пластины, каждая из которых снабжена системой возбуждения,.и съема колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, обмотки возбуждения и съема колебаний в вертикальной плоскости включены соответственно на выход и вход первого усилителя автогенератора, а обмотки возбуждения и съема колебаний в горизонтальной плоскости включены соответственно на выход и вход второго усилителя автогенератора, а выходы усилителя включены в дифференциальную схему, при этом концы упругих пластин соединены с силопередающими элементами через фильтр. пробку и одноплоскостной шарнир.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР Р 662827, кл. G 01 1 1/10, 1977.
2. Патент США У 3127775, кл. 73 — 505, опублик. 1964 (прототип).
964488
Составитель В. Герасимова
Техред Е. Харитончик
Редактор Н. Бобкова
Заказ 7617/22
Тираж 887
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Корректор О. Билак
Подписное
