Пристрій для вимірювання сили і спосіб його здійснення

1 Пристрій для вимірювання сили, що складається з СПІВВІСНИХ один одному випромінювача і приймача рівномірного електромагнітного потоку, між якими встановлений з можливістю переміщення перпендикулярно осі "випромінювач-приймач" екран, площина якого паралельна площині вікна приймача, який відрізняється тим, що він додатково забезпечений аналого-цифровим перетворювачем, мікропроцесором, оперативним і постійним запам'ятовуючими пристроями, пристроями управління, індикації і/або передачі даних, при цьому екран пристрою з'єднаний зі штоком, що передає зусилля, що вимірюється, який в свою чергу, з'єднаний з пружним елементом 2 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що джерело виконане у вигляді системи стабілізованих джерел електромагнітного випромінювання, наприклад СВІТЛОДІОДІВ 3 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що приймач потоку виконаний у вигляді системи приймачів електромагнітного потоку, розташованих ЛІНІЙНО ПОСЛІДОВНО або в шаховому порядку 4 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що з метою калібрування і вимірювання, екран має два фіксованих положення на оптичному шляху між випромінювачем і приймачем рівномірного електромагнітного потоку 5 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що з метою калібрування і вимірювання, система джерел і приймачів електромагнітного потоку має відносно екрана два фіксованих положення 6 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що екран виконаний рідкокристалічним 7 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що вимірювальний пружний елемент в пристрої поданий у вигляді системи пружних елементів з різним модулем пружності 8 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що екран має систему отворів або штрихів, яка при переміщенні утворює кодову ПОСЛІДОВНІСТЬ в приймачах потоку 9 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що джерело або система джерел потоку і система приймачів розділені екраном, подовжній розмір якого перевищує поперечний переріз одного або декількох фотоприймачів 10 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що з метою здійснення температурної стабільності вимірювання сили, до пружного елемента пристрою або в безпосередній близькості з ним закріплений електронний термочутливий елемент 11 Пристрій для вимірювання сили, за п 1 , який відрізняється тим, що мікропроцесорний пристрій виконаний у вигляді однокристалічної мікро-ЕОМ, наприклад РІС-контролера, що має в своєму складі тактовий генератор, аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор, оперативний і постійний запам'ятовуючі пристрої 12 Спосіб вимірювання сили, в якому світловий потік направляють на екран, що є частиною чутливого елемента що деформується під дією сили, а потім проектують його в площину розміщення фотоприймачів, екраном здійснюють часткове затінення фотоприймача, який відрізняється тим, що вимірювання і настройку виконують за допомогою кожного з фотоприймачів, вимірювання світлового потоку виконують відразу після включення приладу і/або перед вимірюванням, а напругу на випромінювачах вимірюють і в процесі вимірювання, за допомогою аналого-цифрового перетворювача амплітуду сигналу на приймачі перетворюють в цифровий формат і за допомогою мікропроцесора порівнюють з матрицею даних постійного запам'ятовуючого пристрою, отриманих внаслідок градуювання приладу в процесі виготовлення, при цьому перетворюють мікропроцесором отримані в результаті вимірювання дані в придатний для індикації формат, а також здійснюють індикацію і/або передають результат в цифровій формі в ю 51971 центральний процесор 13 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що утворюють систему пружних елементів з різним модулем пружності, що не допускає надмірної деформації кожного з них, а нелінійність залежності сила/деформація компенсують мікропроцесорною обробкою отриманих даних 14 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що по команді мікропроцесора, з вказаною частотою проводять динамічне включення джерел потоку і опит приймачів 15 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що з метою вимірювання використовують верхню і/або нижню грані екрана 16 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що з метою калібрування приладу, по команді мікропроцесора, керуючий пристрій переміщує екран або систему джерел і приймачів потоку з вимірювального положення в контрольне і назад у вимірювальне, за допомогою аналого-цифрового перетворювача вимірюють напругу на приймачах потоку в калібрувальному і вимірювальному положеннях 17 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що по команді мікропроцесора, калібрують пристрій при відсутності напруги живлення рідкокристалічного екрана, а вимірювання здійснюють при включеній напрузі і затемненні частини екрана, за допомогою аналого-цифрового перетворювача вимірюють напругу на приймачах потоку в калібрувальному і вимірювальному станах 18 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що при прецизійних вимірюваннях, за допомогою мікропроцесора проводять аналіз амплітуди напруги живлення приладу, аналіз похибок вимірювань, отриманих внаслідок калібрування пристрою перед вимірюванням, аналіз зміни напруги на термочутливому елементі в порівнянні з внесеними в постійний запам'ятовуючий пристрій, отриманими при виготовленні силовимірювального пристрою градуйованими даними, обчислюють поправочні коефіцієнти, за допомогою яких проводять перерахунок результатів вимірювання сили або тиску Припускаємий винахід відноситься до силовимірювальной техніки, і може бути використаний для вимірювання сил, наприклад сил стиснення і розтягнення, вимірювання тиску і розрідження, вимірювання маси предметів і інше Відомий динамометр оптичний, запропонований Ю А Майоровим, Р Е Уроновим і А І Сухоревим У цьому пристрої є основа, закріплений на ній пружний елемент, пов'язаний штовхачем з важелем-ходозбільшувачем Співвідношення плечей важеля-ходозбільшувача може регулюватися, що дозволяє градуювати і юстирувати динамометр Є оптичний прочитуючий вузол, за допомогою якого цифри і штрихи проецюються в площині екрана [Авторське свідоцтво СРСР № 540158 кп G 01 L 1/04 надрук 25 12 1976] Недоліками пристрою є незручність в експлуатації при використанні його в складі елементів, що вбудовується у важкодоступне місце або портативного вимірювального приладу, що можна носити, недостатня точність через нелінійність деформації пружного елемента і відсутності термостабілізацм пристрою, неможливість перетворення результатів вимірювання в двійковий код і дистанційної передачі отриманих даних, а також узгодження пристрою з комп'ютером Найбільш близьким винаходом є пристрій для вимірювання переміщень, , вибраний прототипом, що складається з СПІВВІСНИХ один одному випромінювача і приймача рівномірного електромагнітного потоку, між якими встановлений з можливістю переміщення перпендикулярно осі "випромінювач-приймач" екран, площина якого паралельна площині вікна приймача, виконаний симетричним відносно осі, співпадаючої з напрямом його переміщення Площина екрана що обмежує потік, виконана в формі рівнобедреного трикутника, а площина вікна приймача - в формі рівнобедреної трапеції, бічні сторони якої симетрично паралельні бічним сторонам трикутника [Авторське свідоцтво СРСР № 978776 кл G01 В 11/16 надрук 30 06 1989] 19 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що при переміщенні екрана, що має систему отворів або штрихів, утворюють кодову аналогову або цифрову комбінацію в системі приймачів потоку, яку аналізують мікропроцесором, порівнюють з градуйованими даними і перетворюють в необхідний для індикації або передачі формат 20 Спосіб вимірювання сили, за п 12, який відрізняється тим, що виведення або передачу цифрової інформації від датчика здійснюють тільки в тому випадку, якщо останнє отримане значення сили відрізняється від попереднього більш ніж на вказану величину Недоліками пристрою є те, що ЛІНІЙНІСТЬ вимірювання величини переміщення і пов'язаних з останнім величин (наприклад залежності сила/деформація пружного елемента), залежить не тільки від форм вікна приймача і площини екрана, але і від рівномірності розподілу електромагнітного випромінювання по площині джерела, стабільності потоку, ЛІНІЙНОСТІ властивостей пружного елемента застосовно до тензодатчика, температурної стабілізації пристрою, про які у винаході нічого не сказано Незручності перебувають і в тому, що зараз відсутні приймачі електромагнітного потоку (фотодюди, фоторезистори, фототранзистори), що 51971 промислово виготовляються з формою об'єісгиву у вигляді рівнобедреної трапеції, а отже скрутно виготувати такий приймач ЛІНІЙНИМ Все це не забезпечує достатню точність і надійність результатів вимірювання сили Також не вирішеним залишається процес передачі результатів вимірювання Відомий ОПТИЧНИЙ датчик тиску, із закріпленими всередині його корпусу вхідним і вихідним світловодами, фіксованим і таким, що переміщається під дією пружної діафрагми, рефлекторами, встановленими на оптичному шляху між світловодами Рухомий рефлектор при рушенні діафрагми переміщається в основному тільки в напрямі оптичної осі щонайменше одного світловода таким чином, щоб передавати різні пропорційні величини відображеного світла по оптичному шляху між вхідним і вихідним світловодами [ЕР № 0455241 кл G 01 L 11/00 надрук 06 11 91] Недоліками пристрою є обмежений діапазон вимірювань (тільки В межах більш або менш лінійної ДІЛЬНИЦІ кривої деформації мембрани), відсутність температурної стабілізації пристрою, складність настройки оптичних шляхів СВІТЛОВОДІВ, незручності що викликаються центруванням, фіксацією СВІТЛОВОДІВ і запобіганням фізичних навантажень на них Мацусіта денки сангьо К К були запропоновані пристрої для безконтактного вимірювання величини зміщення об'єкта [Патент Японії № 374922 кл G 01 В 11/16 надрук 28 11 91, Патент Японії № 3-74923 кл G 01 В 11/16 надрук 28 11 91] Пристрій містить блок пам'яті для визначення початкових умов, блоки для формування і введення зображення об'єкта, що переміщається, декілька блоків пам'яті в які послідовно для кожного кадру записуються, згідно з початковими умовами, відеосигнали зображення об'єкта, що досліджується Крім цього є друга пам'ять, яка зберігає кадр, безпосередньо попередній видеосигналу, що отримується в даний момент, третя пам'ять, яка у разі виявлення різкої зміни положення об'єкта аналізуючим блоком, запам'ятовує кадр, наступний безпосередньо за моментом цього вимірювання Є операційний блок, який на основі вмісту вказаних пам'ятей, обчислює і видає величину зміщення об'єкта, що контролюється, і блок управління, який у разі виявлення різкої зміни положення об'єкта, тимчасово забороняє перезапис вмісту другої пам'яті [Патент Японії № 3-74922 кп G 01 В 11/16 надрук 28 11 91] У пристрої є крім описаних, ще і магнітний носій, на який дублюється інформація з перерахованих в попередньому пристрої пам'ятей [Патент Японії № 3-74923 кл G 01 В 11/16 надрук 28 11 91] Недоліками описаних пристроїв є невиправдане накопичення великих об'ємів відеоінформацм, яка має набагато більший об'єм, ніж отримане внаслідок її аналізу цифрове вираження зміщення, ВІДПОВІДНО вимагає додаткових апаратних коштів і як наслідок ускладнення пристрою загалом ВІДОМІ спосіб і пристрій для вимірювання переміщення і деформації оптичними методами У способі, що описується, переміщення або деформація об'єкта що контролюється, змінює поперечний перетин оптичного потоку від стабілізованого джерела оптичного випромінювання, розміри області, що сканується визначає встановлена по ходу променів випромінювача оптична система, а оптичний приймач фіксує зміну потужності світлового потоку, викликаного зміною частини поперечного перетину падаючого світлового потоку [Патент Німеччини № 4105270 кл G 01 В 11/16, G 01 З 3/00 надрук 27 08 92] Недоліками описаного способу є низька точність вимірювань, що отримуються, викликана нелінійностю залежності деформації або переміщення об'єкта, що досліджується і електричним сигналом, що отримується на виході фотоприймача, викликана складністю отримання стабілізованого оптичного потоку, необхідністю враховувати зміну розмірів області, що сканується, фотоелектричними характеристиками фотоприймача, зміною властивостей пружних або розмірів силопередавальних елементів в залежності від температури і відсутністю механізмів корекції нелінійності Найбільш близьким винаходом є оптичний спосіб вимірювання сили, вибраний прототипом, згідно з яким світловий потік направляють на екран, що є частиною чутливого елемента, що деформується під дією сили, а потім проецюють його в площину розміщення двох фотоприймачів, екраном здійснюють часткове затінення першого фотоприймача при повній відсутності затінення другого, і перетворюють сигнали F1 і F2 з виходів першого і другого фотоприймачів, ВІДПОВІДНО, у величину у = F1/F2, при цьому визначають ует при впливі на чутливий елемент еталонного навантаження рет, Уо при відсутності навантаження на чутливий елемент і у3н при впливі на чутливий елемент навантаження, що вимірюється різн, яке визначають як р.зн = Рет(УоУізн)/(Уо - Ует) Для збільшення точності вимірювання короткочасно вводять в світловий потік тіло, що затіняє дільницю площі відомої величини, принаймні, одного з фотоприймачів, визначають відношення сигналів з фотоприймачів Ует на моменти часу, ВІДПОВІДНІ різним операціям вимірювання, і враховують ці результати при визначенні р.зн ШЛЯХОМ введення додаткового коефіцієнта пропорцюнальності [Патент РФ № 2115100 кл G 01 L 1/24, G 01 В 11/00 надрук 10 07 1998] Недоліками описаного способу є складність підбору пари фотоприймачів, з однаковими електричними властивостями, однаково реагуючих на зміну світлового потоку, що ВІДПОВІДНО погіршує точність вимірювань Не обумовлена термостабілізація пружного елемента і стабілізація потужності світлового потоку Для підвищення точності вимірювань необхідно, щоб невелика зміна сили, що вимірюється приводила до значної зміни світлового потоку, а в описаному способі використовується тільки один вимірювальний 51971 фотоприймач, що не дозволяє добитися потрібного взаємовідношення Крім цього, далеко не у всіх пристроях можливо або зручно організувати постійне порівняння ВІДПОВІДІ приладу на дію сили, що вимірюється і еталонної Все це не забезпечує достатню точність і надійність результатів вимірювання сили, не вирішеним залишається процес передачі результатів вимірювання У основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою для вимірювання переміщень, в якій пристрій додатково забезпечений аналого-цифровим перетворювачем, мікропроцесором, оперативним і постійним запам'ятовуючими пристроями, пристроями управління, індикації і/або передачі даних, при цьому екран пристрою сполучений зі штоком, що передає зусилля що вимірюється, який в свою чергу, сполучений з пружним елементом, забезпечує незалежність результатів вимірювання від пружних, електричних і температурних властивостей компонентів, що застосовуються для вимірювання та матеріалів і стабілізацію параметрів пристрою для вимірювання сили при впливі різних фізичних чинників (механічних, електричних, температурних, часових), цим забезпечується підвищення точності і надійності результатів вимірювання сили, спрощення процесу передачі результатів вимірювання Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для вимірювання сили, що складається з СПІВВІСНИХ один одному випромінювача і приймача рівномірного електромагнітного потоку, між якими встановлений з можливістю переміщення перпендикулярно осі "випромінювач-приймач" екран, площина якого паралельна площині вікна приймача, згідно з винаходом передбачені наступні конструктивні ВІДМІННОСТІ пристрій додатково містить аналого-цифровий перетворювач, мікропроцесор, оперативний і постійний запам'ятовуючі пристрої, пристрої управління індикації і/або передачі даних, екран пристрою сполучений зі штоком, що передає зусилля, що вимірюється, який в свою чергу, сполучений з пружним елементом Крім того джерело електромагнітного потоку виконане у вигляді системи стабілізованих джерел електромагнітного випромінювання, наприклад СВІТЛОДІОДІВ, приймач потоку виконаний у вигляді системи приймачів електромагнітного потоку, розташованих ЛІНІЙНО послідовно, або в шаховому порядку, з метою калібрування і вимірювання, екран має два фіксованих положення на оптичному шляху між випромінювачем і приймачем рівномірного електромагнітного потоку, система джерел і приймачів електромагнітного потоку відносно екрана має два фіксованих положення для калібрування і для вимірювання, екран виконаний рідкокристалічним, вимірювальний пружний елемент в пристрої представлений у вигляді системи пружних елементів з різним модулем пружності, екран має систему отворів або штрихів, яка при переміщенні створює кодову ПОСЛІДОВНІСТЬ в приймачах потоку, 8 джерело або система джерел потоку і система приймачів розділені екраном, подовжній розмір якого перевищує поперечний перетин одного або декількох фотоприймачів, з метою здійснення температурної стабільності вимірювання сили, до пружного елемента пристрою або в безпосередній близькості з ним закріплений електронний термочутливий елемент, мікропроцесорний пристрій виконаний у вигляді однокристальної' мікро-ЕОМ, наприклад РІС-контроллера, що має в своєму складі тактовий генератор, аналогоцифровий перетворювач, мікропроцесор, оперативний і постійний запам'ятовуючі пристрої У основу винаходу поставлена задача удосконалення способу вимірювання сили, в якій вимірювання і настройку виконують за допомогою кожного з фотоприймачів, вимірювання світлового потоку виконують відразу після включення приладу і/або перед вимірюванням, а напругу на випромінювачах вимірюють і в процесі вимірювання, за допомогою аналого-цифрового перетворювача амплітуду сигналу на приймачі перетворюють в цифровий формат і за допомогою мікропроцесора порівнюють з матрицею даних постійного запам'ятовуючого пристрою, отриманих внаслідок градуювання приладу в процесі виготовлення, при цьому перетворюють мікропроцесором отримані в результаті вимірювання дані в придатний для індикації формат, а також здійснюють індикацію і/або передають результат в цифровій формі в центральний процесор, забезпечує незалежність результатів вимірювання від пружних, електричних і температурних властивостей компонентів, що застосовуються для вимірювання та матеріалів і стабілізацію параметрів пристрою для вимірювання сили при впливі різних фізичних чинників (механічних, електричних, температурних, часових), цим забезпечується підвищення точності і надійності результатів вимірювання сили, спрощення процесу передачі результатів вимірювання Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання сили, світловий потік направляють на екран, що є частиною що деформується під дією сили чутливого елемента, а потім проецюють його в площину розміщення фотоприймачів, екраном здійснюють часткове затінення фотоприймача, згідно з винаходом передбачені наступні конструктивні ВІДМІННОСТІ вимірювання і настройку виконують за допомогою кожного з фотоприймачів, вимірювання світлового потоку виконують відразу після включення приладу і/або перед вимірюванням, а напругу на випромінювачах вимірюють і в процесі вимірювання, за допомогою аналого-цифрового перетворювача амплітуду сигналу на приймачі перетворюють в цифровий формат і за допомогою мікропроцесора порівнюють з матрицею даних постійного запам'ятовуючого пристрою, отриманих внаслідок градуювання приладу в процесі виготовлення, перетворюють мікропроцесором отримані в результаті вимірювання дані в придатний для 51971 індикації формат, здійснюють індикацію і/або передають результат в цифровій формі в центральний процесор Крім того, створюють систему пружних елементів з різним модулем пружності, що не допускає надмірної деформації кожного з них, а нелінійність залежності сила/деформація компенсують мікропроцесорною обробкою отриманих даних, по команді мікропроцесора, з вказаною частотою проводять динамічне включення джерел потоку і опит приймачів, використовують верхню і/або нижню грані екрана, з метою калібрування приладу, керуючий пристрій, по команді мікропроцесора, переміщує екран або систему джерел і приймачів потоку , з вимірювального положення в контрольне і назад у вимірювальне, а за допомогою аналого-цифрового перетворювача вимірюють напругу на приймачах потоку в калібрувальному і вимірювальному положеннях, в тому випадку, якщо екран виконаний рідкокристалічним, по команді мікропроцесора, калібрують пристрій при відсутності напруги живлення рідкокристалічного екрана, а вимірювання здійснюють при включеній напрузі і затемненні частини екрана, за допомогою аналого-цифрового перетворювача вимірюють напругу на приймачах потоку в калібрувальному і вимірювальному станах, при прецизійних вимірюваннях, за допомогою мікропроцесора проводять аналіз амплітуди напруги живлення пристрою, аналіз погрішностей вимірювань, отриманих внаслідок калібрування пристрою перед вимірюванням, аналіз зміни напруги на термочутливому елементі в порівнянні з внесеними в постійний запам'ятовуючий пристрій, отриманими при виготовленні силовимірювального пристрою градуйовальними даними, вилічувати поправочні коефіцієнти, за допомогою яких проводять перерахунок результатів вимірювання сили і тиску, при переміщенні екрана, що має систему отворів або штрихів, створюють кодову аналогову або цифрову комбінацію в системі приймачів потоку, яку аналізують мікропроцесором, порівнюють з градуйовальними даними і перетворюють в необхідний для індикації або передачі формат, ввод або передачу цифрової інформації від датчика здійснюють тільки в тому випадку, якщо останнє отримане значення сили відрізняється від попереднього більш ніж на вказану величину, замість світлового, в пристрої використовують інший потік, наприклад інфрачервоний Ні В патентній, ні в науково-технічній літературі немає технічних рішень, сформульованих так, як в формулі запропонованого винаходу, що відповідає критерію патентоздатності «новизна» При аналізі технічних рішень, втому числі і прототипу, не виявлено таких пристроїв, як охарактеризовані в формулі винаходу з економічним ефектом, що дозволяє підвищити точність силовимірювальних приладів Пристрій пояснюється кресленнями На фіг 1 зображена структурна схема пристрою, взятого в непроникний для електромагнітного потоку корпус, 10 що запобігає попаданню потока ззовні, пружним елементом в якому є пружина, є одне джерело і один приймач потоку, на фіг 2 - екран зображений в положенні для вимірювання сили («закритому» положенні, що обмежує потік), на фігЗ-екран в положенні для настройки («відкритому» положенні), на фіг 4 і на фіг 5 як пружний елемент для вимірювання сил використовується сильфон, система джерел потоку, представлена світлодюдами, жорстко сполучена з системою приймачів і має можливість переміщатися по тих, що направляють відносно екрана з вимірювального (фіг 4) в калібрувальне (фіг 5) положення і назад, на фіг 6 зображена структурна схема пристрою, в якому як пружний елемент використовується система пружин, з допомогою якої більш детально досліджується цікавлячий діапазон сили і запобігається надмірна деформація кожної з складаючих систему пружин, на фіг 7 представлені різні варіанти розташування складаючих систему джерел і/або систему приймачів потоку, на фіг 8 представлені варіанти екрана, що створюють кодову ПОСЛІДОВНІСТЬ В системі приймачів потоку і рідкокристалічні екрани в режимах калібрування і вимірювання, на фіг 9 показана загальна структурна схема застосування рідкокристалічного екрана і термостабілізацм при вимірюваннях сили в пристрої, пружним елементом в якому використана балка, а випромінювачі, приймачі, екран, і термочутливий елемент взяті в світлонепроникний корпус, на фіг 10 зображена схема пристрою, взятого в непроникний для електромагнітного потоку корпус, що запобігає попаданню потока ззовні, в якому екран виконаний так що повністю перекриває потік в одному з приймачів, і/або частково в двох сусідніх приймачах, якщо сприймаючого силу і/або пружного елемента використовується мембрана, показані з'єднання між елементами пристрою, що дозволяють управляти калібруванням приладу і вимірювати напругу на джерелах потоку Пристрій для вимірювання сили складається з стабілізованого джерела рівномірного електромагнітного потоку (електролампи з рефлектором, конденсором, світловодом і матовим екраном наприклад) 1, приймача потоку 2 (фотодюда, фототранзистора, фоторезистора або інше), обмежуючого непроникного для електромагнітного потоку екрана З, силопередавального штока 4, до якого прикладена сила, що вимірюється F Пружний елемент 5, наприклад пружина, закріплена між штоком 4 і корпусом 6 пристрою, непроникним для електромагнітного потоку, що недопускає попадання потоку ззовні Вихід приймача 2 потоку сполучений з аналого-цифровим перетворювачем 7, який шиною сполучений з мікропроцесором 8 Мікропроцесор також шиною сполучений з оперативним 9 і постійним 10 запам'ятовуючими пристроями, регістром 11, що має в своєму складі підсилювальні елементи, пристроєм виведення 12 інформації, який може бути представлен рідкокристалічним або СВІТЛОДІОДНИМ екраном, або пристроєм (регістром) для формування послідовного або паралельного коду для передачі 11 інформації в центральний процесор У тих випадках, коли необхідна висока точність вимірювання сили, використовується пристрій 13 (електромагнітний штовхач, кроковий мікроелектродвигун або інш) для переміщення екрана з вимірювального (фіг 2) в контрольне (фіг 3) положення і назад у вимірювальне Можливе використання системи 14, що жорстко з'єднує стабілізовані джерела рівномірного електромагнітного потоку (наприклад світлодюди 15), з приймачами потоку 2 Система 14 на опорах 16 переміщається вздовж направляючих 17 відносно нерухомого силосприймального вузла під дією рушійного пристрою 13 і коромисла 18 Як пружний елемент може бути використаний сильфон 19, фіксований до корпусу 6 або система пружних елементів 20, що складається наприклад з двох пружин 5 і 5а, проміжної опори 21, що недопускає надмірної деформації пружини 5а тим, що обмежувальна поперечина 22 при перевищуючій силі впирається в бічні грані опори 21 і передає зусилля більш могутній пружині 5 В тому випадку, якщо в пристрої використовується система приймачів потоку, для комутації їх сигналів використовується аналоговий мультиплексор 23, що комутує сигнали для аналогово-цифрового перетворювача Як мікропроцесор може використатися однокристальна мікро-ЕОМ, наприклад РІСконтролер або йому подібний микроконтролер 24, в складі якого є тактовий генератор (не показаний), стабілізатор опорної напруги (не показаний), аналогово-цифровий перетворювач 7, мікропроцесор 8, оперативне 9 і постійне 10 запам'ятовуючі пристрої Як пристрої введеннявиведення і пристрої управління також можуть бути використані мікроконтролери (не показані) Для лінеарізацм електромагнітного потоку, випромінювач і/або приймач можуть бути сполучені зі світловодом, що має прямокутний матовий торець (варіант 25 фіг 7), або якщо як випромінювач використовується система світлодюдов, а як приймач потоку - система фотодюдів або фототранзисторів, то в системі можливо їх лінійне послідовне (варіант 26 фіг 7) взаєморозміщення, або в шаховому порядку (варіант 27 фіг 7) Система СВІТЛОДІОДІВ 15 може мати вигляд матриці (варіант 28 фіг 7), а система приймачів 2 такий же вигляд матриці (варіант 29 фіг 7), а розташований між ними екран (варіант ЗО фіг 8), що має штрихи (при прозорому екрані) або отвори 31 (при непроникному для потоку екрані) різної товщини, зібрані в стовпці 32 У разі використання рідкокристалічного екрана, при відсутності на ньому напруги живлення, він прозорий (варіант 33 фіг 8), а при включеній напрузі - частково непрозорий вигляд (варіант 33 або 35 фіг 8), де 36 - світлопрозорі, а 37 світлонепрозорі частини екрана Напруга живлення до рідкокристалічного екрана, що знаходиться в робочому положенні (варіант 35 фіг 9) від керуючого регістра 11 подається через гнучкий багатожильний провід 38 Для здійснення термостабілізацм, до пружного елемента силовимірювального пристрою або в 51971 12 безпосередній близькості з ним закріплений термочутливий елемент 39 (терморезистор, термочутливий транзистор, інфрачервоний фотодюд або інш), сполучений з аналоговим мультиплексором 19 Як пружний елемент може бути використана балка 40, закріплена на корпусі пристрою 6, або пружна мембрана 41 Пристрій працює таким чином У процесі виготовлення проводиться градуювання приладу, при якому джерелами (1 або 15) всередині непроникного для потоку корпусу 6 створюється рівномірний стабілізований електромагнітний потік в статичному (одночасно включаються єдиний або усі що є джерела випромінювання) або динамічному (проводиться почергове включення джерел випромінювання по одному або групами) режимі Потік направлений до СПІВВІСНО розташованих приймачів 2 потоку, і обмежується непроникним для нього екраном (З, 34, 35), закріпленим на силопередавальному штоку 4 При градуюванні до силопередавального штока 4 прикладаються еталонні сили в діапазоні, що перевищує діапазон сил можливо прикладених для вимірювання з необхідним для даного класу точності приладу кроком У результаті пружний елемент приладу (5, 5а, 19, 40, 41 або інш) (пружина, сильфон, балка, мембрана, торсюн або інш), фіксований між штоком 4 і корпусом пристрою 6, деформується на певну величину, пропорційну прикладеній силі Для стабілізації свідчення приладу при змінах температури, в безпосередній близькості з пружним елементом встановлюють електронний термочутливий елемент для програмної корекції результатів вимірювання Для запобігання надмірної деформації і спотворення результатів вимірювань, пружний елемент розраховують так, щоб лінійна дільниця залежності сила/деформація його була не менше максимально можливої сили, прикладеної для вимірювання, або створюється система елементів 20, а нелінійність компенсується програмне У постійний запам'ятовуючий пристрій 10 вносяться у вигляді матриці значення амплітуд, отриманих внаслідок перетворення аналого-цифровим перетворювачем 7 сигналів приймачів потоку і ВІДПОВІДНІ їм значення еталонних сил, а також сигналів приймачів потоку, отримані в результаті калібрування потоку, дані градуювання напруги живлення і напруги на випромінювачах при вимірюванні сили, напруги на термочутливому елементі, отримані при ЗМІНІ навколишньої температури Також в постійний запам'ятовуючий пристрій 10 вноситься програма, керуюча роботою приладу, розрахунком поправок і, з їх обліком, розрахунку сили, що вимірюється, а також процесом введення-виведення даних Перед початком вимірювань сили при включенні напруги живлення, по команді мікропроцесора 8, проводиться за допомогою поворотного пристрою 13 переміщення екрана в калібрувальне (відкрите) положення (фіг 3), або переміщення системи джерел і приймачів потоку пристроєм 13 за допомогою коромисла 18 вздовж направляючих 17 в калибрувальне положення 13 (фіг 5), або при використанні рідкокристалічного екрана, не подається напруга живлення екрана і він має калібрувальний прозорий вигляд (варіант 33 фіг 8) Потім, ПО команді мікропроцесора, проводиться включення стабілізованих джерел рівномірного електромагнітного потоку (1 або 15) в статичному або динамічному режимі Рівномірність здійснюється застосуванням непроникного для потоку корпусу пристрою 6, у разі застосування електричної лампи - застосуванням рефлектора, конденсора, світловода з матовим торцем (варіант 25 фіг 7), або у випадку СВІТЛОДІОДІВ - системою з щільним прозорим з'єднанням їх корпусів (варіант 26 фіг 7), або розташуванням їх в шаховому порядку (варіант 27 фіг 7), Стабілізація потоку електромагнітного випромінювання, крім підбору випромінювачів з цікавлячими характеристиками під час виготовлення пристрою, використання стабілізованого джерела живлення, може здійснюватися контролем напруги живлення на джерелі під час випромінювання (фіг 9,10), що виконується з допомогою аналогового мультиплексора 19, аналого-цифрового перетворювача 7, мікропроцесора 8 і матриці даних, записаних в постійному запам'ятовуючому пристрої 10 При перевищенні допустимої межі коливання напруги, вимірювання сили не проводиться, а видається відповідне повідомлення Синхронно з включенням випромінювача або випромінювачів проводиться опит приймача 2 потоку, перетворення амплітуди отриманого сигналу аналого-цифровим перетворювачем 7, а у разі системи приймачів, синхронна з випромінюванням комутація сигналів з допомогою мультиплексора 19 з подальшим перетворенням аналого-цифровим перетворювачем 7 Після отримання даних, напруга на джерелах (1 або 15) електромагнітного потоку відключається Мікропроцесором 8 проводиться порівняння отриманих внаслідок калібрування значень амплітуд напруги на приймачах потоку з калібрувальними значеннями, внесеними в постійний запам'ятовуючий пристрій 10 в процесі виготовлення приладу Вимірювання сили виконується тільки в тому випадку, якщо погрішність не перевищує допустимого значення, або мікропроцесором вилічуваються поправочні коефіцієнти, які надалі використовуються для розрахунку значень результатів По команді мікропроцесора, поворотним пристроєм 13, прилад що описується, переводиться в положення для вимірювання сили (фіг 2,4), або включається напруга живлення рідкокристалічного екрана і він частково стає непрозорим для потоку і приймає вигляд непрозорого посередені екрана (варіант 34 фіг 8) або непрозорого у верхній частині екрана (варіант 35 фіг 8) Після закінчення самотестування приладу, на пристрої виведення 12 генерується повідомлення про те, що прилад готовий до роботи По команді мікропроцесора 8 з певною частотою проводиться включення джерел потоку (1 або 15), одночасний опит приймачів 2 потоку Отримані процесором внаслідок опиту дані, перетворені в цифровий формат, порівнюються з матрицею значень, записаних в 51971 14 постійному запам'ятовуючому пристрої 10 і розраховується значення сили, при необхідності враховуючи розраховані процесором поправочні коефіцієнти У тому випадку, якщо значення сили змінилося в порівнянні з попереднім значенням сили більше ніж на задану величину, відбувається виведення отриманих результатів Періодично із заданою частотою проводиться вимірювання амплітуди напруги на джерелі живлення (не показаний), на термочутливому елементі 39 і на джерелах потоку (1 або 15) під час випромінювання і за отриманими даними коректуються поправочні коефіцієнти У залежності від точності приладу і можливих значень сили, що вимірюється, матриця значень постійного запам'ятовуючого пристрою може містити всі можливі значення сили, або значення кордонів дільниць, в межах яких залежність сила/деформація прийнята ЛІНІЙНОЮ І значення сили розраховується для кожної ДІЛЬНИЦІ ВИХОДЯЧИ з цього визначення У тому випадку, якщо можлива КІЛЬКІСТЬ значень сили, що вимірюється мала, може застосовуватися варіант, при якому система джерел (варіант 28 фіг 7) і система приймачів (варіант 29 фіг 7) виконані у вигляді матриці, а екран (варіант ЗО фіг 7), в тому випадку, якщо виконаний прозорим для потоку, має нанесені непрозорі штрихи 31, або у разі непрозорого екрана - прорізи 31 різної товщини, зібрані в стовпці 32 Це дозволяє отримати певний цифровий код в приймачах потоку, що оцінюється мікропроцесором 8, або аналоговий код, що перетворюється аналого-цифровим перетворювачем 7 і що оцінюється мікропроцесором 8 Застосування екрана (варіант 3 фіг 10), подовжній розмір якого перевищує поперечний перетин хоча б одного з фотоприймачів і при переміщенні екран повністю перекриває потік, що приймається одним фотоприймачем, і/або ВІДПОВІДНО частково перекриває потік для двох сусідніх фотоприймачів дозволить використати дві грані екрана - верхню і нижню для обмеження потоку, що також підвищить точність вимірювань Застосування мікропроцесора полегшує і процес розрахунку різниці сил, при якому значення першої діючої сили приймається за 0 Після отримання результатів вимірювання, прилад забезпечує динамічну індикацію значень прикладеної для вимірювання сили на рідкокристалічному, світлодюдному або інш табло в необхідному форматі (одиниці сили, тиску, маси або інш), оновлюючи інформацію із заданою частотою і/або при ЗМІНІ значення сили в порівнянні з попереднім значенням більш, ніж на задану величину, а також здійснює при необхідності, передачу інформації в центральний комп'ютер Використання пристрою, що пропонується для вимірювання сили і способу його здійснення дозволить збільшити точність вимірювання, зменшити вплив погрішностей (температурної і пов'язаних з нелінійністю елементів, що використовуються), розширити діапазон сили, що вимірюється, полегшити сумісність пристрою з 15 51971 іншими елеісгронними приладами і зменшити собівартість вимірювальних пристроїв 16 Виготовлений дослідний зразок, який пройшов випробування і отримані позитивні результати її ЇО F ФІГ. 1 / п F Фіг. 2 F Фіг. З 17 51971 18 16 Фіг. 5 Фіг. 4 Фіг. 6 25 26 27 29 ФІГ. 7 19 20 51971 31 41 24 F Фіг. 10 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71