ЭТАЛОННАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к испытанию и калибровке устройств для измерения сил, в частности, к установкам непосредственного нагружения, используемым для поверки тензометрических датчиков.
Известна установка прямого нагружения типа УПН-0.6, предназначенная для градуировки и метрологической аттестации рабочих и образцовых средств измерения силы (НИР. Установка прямого нагружения силы УПН-0.6, УДК 531. 784 № Госрегистрации У23720 «Усовершенствование методики исследования метрологических характеристик тензометрических силоизмерительных датчиков». Шифр работы 04.003.02.0051 Отчет №84-86. ВНТИЦ 1986 г) [1], содержащая гидравлическую станцию, пульт управления, на котором размещены вентили управления и гидравлический распределитель, гидравлический возбудитель, цилиндр, жестко закрепленный на станине, верхнюю и нижнюю рамки реверса, отсчетное устройство, специальный груз с закрепленными на нем хомутами.
Установка прямого нагружения работает следующим образом: в исходном положении поверяемый динамометр (тензодатчик) на сжатие устанавливается между рамками реверса; вентиль управления находится в выключенном среднем положении. При включении вентиля управления в положение «Вверх» шток гидравлического возбудителя плавно поднимается с заданной скоростью. Одновременно поднимается верхний специальный груз с закрепленными на его ручках четырьмя хомутами. К поверяемому динамометру (тензодатчику) прикладывается ступенчатая нагрузка в 50 кГс. С динамометра (тензодатчика) снимается отсчет. При продолжении подъема вверх гидравлического возбудителя исчезает зазор между хомутами и ручками нижележащего специального груза - последний поднимается. К динамометру (тензодатчику) прикладывается нагрузка в 100 кГс и т.д., пока не будет достигнут верхний предел измерения динамометра (тензодатчика). В случае необходимости увеличения фиксации нагрузки в определенных точках или остановки нагружения вентиль управления возвращается в исходное положение. Разгружение или обратный ход осуществляется переключением вентиля управления в положение «Вниз». При этом специальный груз опускается и последовательно друг за другом укладывается в вертикальный пакет; когда уложится верхний специальный груз, с динамометра (тензодатчика) снимется «Нулевой отсчет».
Недостатком данной эталонной установки является высокий предел дискретности воспроизведения силы (50 кГс с верхним пределом измерения 600 кГс, т.е. двенадцать ступеней нагружения) и низкое быстродействие при выборе воспроизведения любой реперной точки, что недостаточно для поверки тензодатчиков.
Наиболее близким к предлагаемой эталонной установке является эталонная установка до 1000 кН ЭУ-100, СССР (Вишняков А.С.Методы и средства аттестации, поверки приборов и испытаний силоизмерительных приборов. М.: Изд-во стандартов, 1985 г. Ст.25) [2], содержащая неподвижную раму, состоящую из двух винтовых колонн, заделанную в верхнюю плиту основания машины. Поверяемый динамометр (тензодатчик) устанавливается с помощью поперечины, перемещаемой от электрического привода. Грузы накладываются на штангу ступенями через 1 кН (100 кГс) посредством электромеханических приводов. Промежуточные нагрузки создаются с помощью гирь, устанавливаемых на поддоне штанги.
Недостатком данной эталонной установки является высокий предел дискретности воспроизведения силы (100 кГс с верхним пределом 100 тс, т.c. одна тысяча ступеней нагружения), что недостаточно для поверки тензодатчиков, и низкое быстродействие (ступенчатое нагружение).
Цель полезной модели-расширение предела воспроизведения силы и повышение быстродействия.
Эта цель достигается тем, что в схему эталонной установки дополнительно введены пневмоцилиндры, управляемые каскадом электропневматических распределителей, подключенных через фильтры-стабилизаторы к компрессору и соединенных последовательно через усилители, устройство управления, первый порт ввода-вывода с компьютером, датчики положения, подключенные через второй порт ввода-вывода к компьютеру и тензодатчик, подключенный через аналого-измерительный преобразователь и третий порт ввода-вывода к компьютеру, при этом вес грузов кратен значениям двоичной степенной функции.
Перечисленные существенные признаки позволяют расширить предел воспроизведения силы и производить поверку тензодатчиков со снятием и регистрацией всех необходимых параметров и характеристик.
На фиг.1 и 2 представлена предлагаемая эталонная установка. Эталонная установка содержит первую колонну 1, вторую колонну 2 с верхней плитой 3, причем первая 1 и вторая 2 колонны заделаны в основании 4, штангу 5, грузы 6, вес которых кратен двоичной степенной функции, устройство нагружения 7, пневмоцилиндры 8, тензодатчик 9, фиксаторы 10, каскад электропневматических распределителей 11, подключенных через фильтры-стабилизаторы 12 к компрессору 13, усилители 14, устройство управления 15, первый порт ввода-вывода 16, компьютер 17, датчики положения 18, второй порт ввода-вывода 19, аналого-измерительный преобразователь 20, третий порт ввода-вывода 21.
Эталонная установка работает следующим образом. В исходном состоянии эталонная установка не нагружает грузами 7 штангу 5 с фиксаторами 10, т.е. пневматические цилиндры 8 находятся в таком положении, что штоки цилиндров выдвинуты и грузы удерживаются с гарантированным зазором над фиксаторами 10. Испытываемый тензодатчик устанавливается в устройство нагружения 7 с помощью привода устройства нагружения 7, тем самым несколько подгружая тензодатчик 9 за счет веса штанги 5. Данное значение веса штанги 5 является эталонным, т.к. вес штанги предварительно зафиксирован путем взвешивания. Сигнал с тезодатчика усиливается и оцифровывается аналого-измерительным преобразователем 20 и далее обрабатывается ЭВМ, данное значение является нулевым значением для дальнейшей тарировки. Дальнейший цикл нагружения-разгружения тензодатчика 9 осуществляется следующим образом. На ЭВМ задается программный модуль (циклическое нагружение) с указанием диапазона нагружения в виде кодового значения двоичной системы, далее подается команда от ЭВМ через первый порт ввода-вывода 16, устройство управления 15, усилители 14 на заданные электропневматические распределители 11, которые через фильтры-стабилизаторы 12 подают воздух в полость пневматических цилиндров 8. Пневматический цилиндр 8 плавно срабатывает и эталонный груз 6 в соответствии с кодовым значением двоичной системы устанавливается на фиксаторы 10, нагружая штангу 5. Данное значение эталонного груза с помощью штанги 5 устройства нагружения 7 передается на тензодатчик 9. Сигнал с выхода тензодатчика 9 усиливается и оцифровывается аналого-измерительным преобразователем 20 и фиксируется ЭВМ 17.
Для задания режима разгружения эталонного груза необходимо на ЭВМ набрать соответствующий программный модуль (циклическое разгружение) с указанием диапазона разгружения. Датчики положения 18 позволяют фиксировать положение грузов 6, определяя тем самым через второй порт ввода-вывода 19 с помощью ЭВМ значение нагрузки. Цикл повторяется и возможно возобновление по заданному программным путем любого закона нагружения-разгружения с дискретностью, кратной единице младшего разряда двоичной степенной функции, обеспечивая при этом максимальное быстродействие и высокое разрешающее значение.
Таким образом, задавая с помощью компьютера (программного блока) любое значение усилия (веса) и нагружая с помощью пневмоцилиндров поверяемый датчик грузами, вес которых кратен значениям двоичной степенной функции, получаем максимальное быстродействие, и воспроизведение силы (веса) определяется разрядностью значений двоичной степенной функции (двоичная система счисления).
На момент подачи заявки на полезную модель разработана документация и изготовлен опытный образец эталонной установки.
Используемая литература
1. НИР. Установка прямого нагружения силы УПН-0.6, УДК531. 784 № Госрегистрации У23720 «Усовершенствование методики исследования метрологических характеристик тензометрических силоизмерительных датчиков». Шифр работы 04.003.02.0051 Отчет №84-86. ВНТИЦ 1986 г).
2. Вишняков А.С. Методы и средства аттестации, поверки приборов и испытаний силоизмерительных приборов. М.: Изд-во стандартов, 1985 г. Ст.25).