Устройство для измерения усилий
FORCE-MEASURING DEVICE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении механических усилий различного происхождения.
Известно устройство для измерения усилий, содержащее чувствительный элемент на опорах, датчик перемещения, замкнутый через усилитель отрицательной обратной связи на обратный преобразователь (а.с. СССР №441459, кл. G01L 1/08, 1971).
Недостаток устройства состоит в низкой точности измерения усилий.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения усилий, содержащее чувствительный элемент на опорах, датчик перемещения, замкнутый через усилитель отрицательной обратной связи на обратный электромагнитный преобразователь, в котором для повышения точности измерения введен генератор сигналов, выход которого соединен с обратным электромагнитным преобразователем (а.с. СССР №640150, кл. G01L 1/08, 1978).
Недостаток данного устройства состоит:
- во-первых, в постоянстве амплитуды сигнала от генератора, компенсирующего погрешность гистерезиса. Данное устройство не компенсирует погрешность гистерезиса, возникающего как от изменения уровня измеряемой величины, так и от влияния внешних условий: температуры, давления, вибраций.
- во-вторых, в устройствах с замкнутой обратной связью возникают резонансные автоколебания при действии усилий от объектов динамического характера, то есть обладающих инерционной массой, соизмеримой по значению с измеряемой силой, например, при измерении реактивных сил, что может приводить не только к потере точности, но и выходу устройств из строя.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение точности и расширение диапазона измерения для усилий от объектов динамического характера.
Указанная задача решается в устройстве для измерения усилий, содержащем динамометрическую платформу на упругих опорах, датчик перемещения, программно-управляемый генератор сигналов, подключенный через усилитель к обратному электромагнитному преобразователю, датчик тока и регистратор сигналов датчиков. Для повышения точности измерения усилий от объектов динамического характера в устройство введен программно-вычислительный блок, включенный между регистратором сигналов датчиков и программируемым генератором. В программно-вычислительном блоке задается выходной сигнал генератора, содержащий постоянную составляющую и переменную синусоидальную составляющую с амплитудой, обеспечивающей компенсацию измеряемого усилия во всем диапазоне его ожидаемых значений, как на восходящей, так и на нисходящей волне синусоиды, а также производится вычисление величины измеряемого усилия по значениям компенсирующего тока при нулевых сигналах датчика перемещения.
Величина измеряемого усилия в устройстве рассчитывается по среднему значению тока обратного преобразователя в моменты нулевого - уравновешенного положения динамометрической платформы на восходящей и нисходящей волне.
На фиг. 1 схематично показано устройство, реализующее данную схему измерения. На фиг. 2 приведены графики измерительных сигналов.
Устройство для измерения усилий состоит из динамометрической платформы 1 закрепленной на упругих растяжках 2, объекта 3 с инерционной массой m воздействующего на динамометрическую платформу с силой F, датчика перемещения динамометрической платформы 4, программируемого генератора 5, соединенного через усилитель тока 6 с обратным электромагнитным преобразователем 7, датчика электрического тока обратного преобразователя 8, регистратора сигналов датчиков 9, программно-вычислительного блока 10, соединенного с генератором 5 и регистратором 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При воздействии измеряемого усилия F динамометрическая платформа 1, закрепленная на упругих растяжках 2 смещается и датчик перемещения 4 фиксирует это смещение. Обратным электромагнитным преобразователем 7 создается компенсирующая сила с переменной синусоидальной составляющей. Постоянная составляющая компенсирующей силы равна математическому ожиданию измеряемого усилия, а размах амплитуды переменной составляющей соответствует 105-110% диапазона ее ожидаемых значений, что обеспечивает гарантированную компенсацию силы F как на восходящей, так и на нисходящей волне синусоиды. Необходимые параметры компенсирующей силы: постоянная составляющая, амплитуда и частота переменной составляющей формируются генератором 5 по программе от блока 10. Для исключения возбуждения автоколебаний частота синусоидальной составляющей компенсирующего тока задается в 3-5 раз меньшей частоты основной гармоники собственных колебаний динамометрической платформы с объектом измеряемого усилия. Сигналы от датчика перемещения динамометрической платформы 4 и от датчика электрического тока обратного преобразователя 8 записываются в память регистратора 9. Графики этих сигналов приводятся на фиг. 2. Программно-вычислительный блок 10 производит вычисление среднего из четного числа мгновенных значений компенсирующего тока при нулевых значениях сигнала датчика перемещения и умножение этого среднего значения тока на передаточную функцию обратного преобразователя.
В предлагаемом устройстве для измерения усилий полностью компенсируется погрешность гистерезиса, в том числе от влияния внешних условий. Использование устройства с программной компенсацией измеряемого усилия с синусоидальной переменной в диапазоне ее ожидаемых значений позволяет исключить появление устойчивых автоколебаний, характерное для систем с обратной связью и повысить точность измерения.