SE439066B - Kraftmetutrustning omfattande en magnetoelastisk kraftgivare - Google Patents

Description

20 25 30 8202432-4 tionell däremot. Genom att likrikta signalspänningen, t ex med hjälp av faskänslig likriktning, kan på känt sätt en mot kraften F proportionell utsignal alstras.

Vid nämnda givare är sígnalspänningen i hög grad beroende av magnetise- ringsströmmens amplitud, varför denna vid signallikriktning med kända metoder metoder måste hållas konstant och oberoende av nätspänningsvariationer, exempelvis medelst ett magnetiskt konstantspänningsdon. En nackdel med sådana don är emellertid, att spänningens och därmed magnetiseringsströmmens kurvform ändras med nätspänningsvariationerna, och kurvformsändringen på- verkar givarens signalspänning och motsvarande utsignal vid normal, fas- känslig líkriktning, dvs med polvändning då magnetiseringsströmmen pas- serar maximivärdet.

Uppfinningen avser att åstadkomma en kraftmätutrustning av inledningsvis angivet slag, vid vilken variationer i magnetiseringsströmmens amplitud eller kurvform inte påverkar mätresultatet.

Enligt uppfinningen är signallikriktningen så ordnad att polvändningen av signalspänningen börjar, då magnetiseringsströmmen med exempelvis negativ derivata passerar en negativ referensnivå, och att polvändningen slutar, då magnetiseringsströmmen med positiv derivata passerar en positiv referens- nivå. Utsignalen, dvs den likriktade signalspänníngens medelvärde, bestäms då av sekundärflödets värde i de tidpunkter, då magnetiseringsströmmen pas- serar en referensnivå, och medelvärdet.av utsignalen blir härigenom oberoende av magnetiseringsströmmens kurvform och amplitud.

Vad som kännetecknar en kraftmätutrustning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bi- fogade figurer 1-3. Fig 1 visar en magnetoelastisk givare, fig 2 två varianter av en signallikriktare enligt uppfinningen och fig 3 kurvformerna för vissa storheter.

Fig 1 har beskrivits ovan. Pig 2a visar en utföringsform av en utrustning enligt uppfinningen. Givarens magnetiseringslindning 5 matas från en växel- strömskälla 8, som kan vara en oscillator med lämplig frekvens, t ex 50 Hz.

I serie med lindningen ligger ett motstånd 7, och spänningen över motståndet utgör en spänning VI som är proportionell mot magnetiseringsströmmen IP. 10 15 20 25 30 8202432-4 Spänningen VI tillförs en förstärkare 20, vars utspänning tillförs en första komparator 22 och, via en teckenvändande förstärkare 21, en andra komparator 23. Spänningen VI jämförs där med ovan nämnda referensnivâer_ KomPaPflt°Pn 22 avger en spänning som ettställer den bistabila vippan 2H när den mot IP proportionella spänningen VI överstiger den positiva referensnivån. Kompara- torn 23 avger en signal som nollställer vippan 24 när VI understiger den negativa referensnivån. Vippans utspänning Q tillförs två symboliskt visade elektroniska kopplingsorgan 11 och 12, det senare med inverterad ingång.

Den i gívarens mätlindning 6 índucerade signalspänningen US tillförs en för- stärkare 10, vars utsignal dels via kopplingsorganet 11, dels via kopplinge- organet 12 och en teckenvändande förstärkare 13 tillförs en summerande för- stärkare 14, vars utsignal USLB efter filtrering utgör det önskade mätvärdet.

Fig 2b visar en annan utföringsform av uppfinningen. Den skiljer sig från kretsen enligt fig 2a genom att två kopplingsorgan 16, 17 anordnats före kopplingsorganen 11, 12. De styrs av utspänningen från en ELLER-krets 25, vilken tillförs utspänningarna från komparatorerna 22 och 23. Om kretsens 25 utspänning är "1", ansluts jord (spänningen noll) via kopplingsorganet 17 till kopplingsorganen 11 och 12. Om kretsens 25 utspänning är "0", ansluts signalspänningen US via förstärkaren 10 och kopplingsorganet 16 till organen 11 och 12.

I fig 3 åskådliggöres det magnetiska förloppet i givaren och olika former av signallikriktning. För enkelhets skull har här antagits, att hysteresen är försumbar, och det av magetiseringsströmmen alstrade primärflödet DP, översta diagrammet, är därför symmetriskt och skiljer sig från utseendet på den ej visade magnetiseringsströmmen endast genom en viss avplattning avltopparna.

I detta diagram visas även de tidigare nämnda referensnivåerna, här DPO och 'øPo' speciellt den faskänsliga likriktningen. Vidare har här även markerats ett där flödespassagen enligt uppfinningen skall styra signalbehandlingen, antal tidpunkter t1 till t7, vilka är karakteristiska styrpunkter vid olika här behandlade typer av signalbehandling.

Nästa kurva visar det av kraften F genom mätlindningen avlänkade sekundär- flödet Ds, vilket för tidpunkterna t1 till t7 indiceras på motsvarande sätt.

Den kraftigt förvrängda formen sammanhänger med att sekundärflödet kan tolkas som ett skillnadsflöde mellan två nästan lika stora delar av primärflödet 10 15 20 8202432-4 med olika övertonshalt. Den av sekundärflödet inducerade signalspänníngen US blir följaktligen mycket förvrängd, vilket framgår av nästa diagram.

Därefter följande kurva återger den likriktade signalen USLA, som likriktats faskänsligt på vanligt sätt med polvändningspunkterna ta och ts. Medel- värdet UMA av den på detta sätt likriktade signalen USLA blir: ts ”ss u -É -Ng-ac--ÉN dø -Éuw ø) MA T S dt T S S ' T S S2 S5 t2 øS2 Här är T magnetiseringsströmmens periodlängd, och NS är antalet varv på sekundärlindningen. Om magnetiseringsströmmens amplitud eller kurvform ändras kommer 052 och 085 också att ändras och därmed värdet på UMA, vilket ej är acceptabelt.

Uppfinningen eliminerar detta problem genom en form av signalbehandling, där polvändningen är styrd av att primärflödet respektive magnetiserings- strömmen med visst tecken på derivatan passerar en positiv och en negativ referensnivå.

I det näst nedersta diagrammet visas utseendet av den likriktade signalen USLB för det fall då polvändning av signalspänningen börjar vid tidpunkten tu, då primärflödet med negativ derivata passerar den negativa referens- nivån -WPO, och slutar vid tidpunkten t7, då primärflödet med positiv derivata passerar den positiva referensnivån øpo. Medelvärdet UMB av den likriktade signalen USLB blir här enligt tidigare formel: 2 “MB = ' i' Ns (øsl: ' øs7) Sekundärflödet 08 är (vid försumbar hysteres) en entydig funktion av primärflödet QP och den på givaren pålagda kraften F enligt DS = f(øP, F) Således blir tidsmedelvärdet UMB av signalen USLB UMB = - å NS [f(øPu, F) - f(øP7, F)] Men eftersom øpu = -QPO och QP7 = +0P0 erhålles 2 UMB = _ T NS [ f(-øpo, F) - f(øP0, F)] 15 20 25 30 8202432-4 Om materialet, som tidigare antagits, är hysteresfritt, kommer alltså UMB att vara oberoende av variationer i primärflödet GP, så länge amplituden är större än 1 QPO. Detta illustreras även av kurvformen för USLB, där ytan under kurvan i intervallet t till t3 innehåller en positiv del a och en till synes lika stor kompenserande, negativ del b. Likheten mellan a och b är också ett faktum vid hysteresfritt material, då primärflödet är symmet- riskt omkring tg.

Kretsen enligt fig 2a ger denna funktion. Vippan Zfl ettställs vid t1 under varje period och nollställs vid tu. Mellan t1 och tu är därför kopplings- och t? U . På detta sätt erhålles den faskänsliga sLs='s likriktningen enligt uppfinningen och den likniktêde Signalen USLB ênlíßfi fis 3~ organet 11 ledande och USLB blir lika med US. Mellan tu är kopplings- organet 12 ledande och U Då man tar hänsyn till att material uppvisar hysteres blir emellertid a ej lika med b, och det kan då vara lämpligt att eliminera dessa kurvdelar, så som visas i den nedersta kurvan. Här visas utseendet av den likriktade signalen U för det fall, då polvändning av signalspänningen börjar vid tidpunktensâê, då primärflödet med positiv derivata passerar den negativa referensnivån -DPO, och slutar vid tidpunkten t7, då primärflödet med posi- tiv derivata passerar den positiva referensnivån QPO. I intervallen t1 till t3 och tu till ts, då primärflödet har högre absolut belopp än motsvarande referensnivå, låses signalen vid nollnivån. Mëdelvärdet UMC av den på detta sätt likriktade signalen USLC blir lika med UMB vid närmast föregående be- skrivna typ av likriktning, men nu mera oberoende av materialets hysteres.

Denna funktion erhålles med hjälp av kretsen enligt fig 2b. Under inter- 1”t3 Kopplingsorganet 17 förbinder under dessa intervall ingångarna till kopp- vallen t och tu - t6 är utspänníngen från ELLER-kretsen 25 "1". lingsorganen 11, 12 med'jord och U blir under dessa intervall noll.

SLC - th och ts - t Under intervallen t är ELLER-kretsens utspänning "O" 3 7 och funktionen blir då densamma som vid fig 2a, dvs mellan t3 och tnblír USLC = US och mellan tö och t7 blir USLC = -US.

I de ovan beskrivna utföringsformerna enligt fig 2 är det magnetiserings- strömmen som används som mått på primärflödet och styr signalbehandlingen.

Alternativt kan dock primärflödet avkännas och användas för styrningen, eller också kan någon annan lämplig mot primärflödet svarande storhet användas.

Claims (2)

8202432-4 Vid den i fig 2a visade anordningen kopplas den faskänsliga likriktaren (11, 12, 13) om vid tidpunkterna t1, tu och t7 osv. Alternativt kan givetvis omkopplingen göras vid tidpunkterna t3, t6 osv. Vid den i fig 2b visade anordningen kopplas likriktaren också om vid tidpunk- terna tï, tu, t7 osv. Omkopplingen kan dock självfallet göras när som helst under de intervall (t1 - t3; tu - t6) när primärflödet överstiger referens- nivåerna och utsignalen (USLC) hålls vid n°11_ PATENTKRAV

1. Kraftmätutrustning omfattande en magnetoelastisk kraftgivare med en växelströmsmatad magnetiseringslindning (5), som alstrar ett primärflöde (ÛP), och en mätlindning (6) i vilken ett mot en pålagd kraft (F) proportio- nellt sekundärflöde (GS) inducerar en signalspänning (US) samt signalbehand- lingsorgan innefattande omkopplingsbara polvändningsorgan (11, 12, 13) och ett summeringsorgan (1H) för alstrande av en utsignal (USLB) genom periodisk polvändning av signalspänningen (US). Utrustningen k ä n n e t e c k n a s av att den innefattar styrorgan (21, 22, 23, 2Ä) anordnade att avkänna när primärflödet passerar en positiv och en negativ referensnivå (ÛPO, -ÜPO) och att omkoppla polvändningsorganen vid de tidpunkter (t ex tu och t7) under varje period då primârflödet med ett visst tecken på sin tidsderivata pas- serar den positiva referensnivån (GPU) och då primärflödet med motsatt tecken passerar den negativa referensnivån (-QPO).

2. Kraftmätutrustning enligt patentkrav 1, vilken k ä n n e t e c k n a s av att signalbehandlingsorganen innefattar organ (17, 25) anordnade att hålla utsignalen (USLC) vid noll under de tidsintervall (t1 - t3; tu - tó) då primär- flödets momentanvärde ligger utanför det mellan den positiva (GPO) och den negativa (-øpo) referensnivân belägna området.