УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения механических усилий в различных отраслях промышленности.

Известное устройство для измерения усилий, содержащее два акустически связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента и измерительный прибор, подключенный к обкладкам второго пьезоэлемента [1]
Однако известное устройство не позволяет избавится от погрешностей, вызванных нестабильностью акустических потерь, изменением температуры окружающей среды и параметров возбуждающего генератора.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения усилий, содержащее два акустически связанных через элемент связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и имеющих три наружных обкладки, генератор, подключенный к обкладке первого пьезоэлемента, элементы передачи измеряемого усилия, блок сравнения, подключенный к наружным обкладкам обоих пьезоэлементов, и измерительный прибор [2]
Недостатком указанного устройства является низкая чувствительность к измеряемому усилию, т.к. в основе механизма силочувствительности лежит модуляция коэффициента акустической связи между пьезоэлементами.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство, содержащее два акустически соединенных между собой элементом связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и имеющих три наружных обкладки, генератор, подключенный к одной из наружных обкладок первого элемента, блок сравнения сигналов, подключенный к двум другим наружным обкладкам пьезоэлементов, элементы передачи измеряемого усилия и измерительный прибор, согласно изобретению, введены дополнительно наружная обкладка второго пьезоэлемента, генератор электрических колебаний, подключенный к дополнительной обкладке второго пьезоэлемента, а силопередающие элементы и элемент связи выполнены в виде конусов с разной площадью контакта с пьезоэлементами, причем пьезоэлемент с меньшей собственной частотой имеет наибольшую площадь контакта с силопередающими элементами и элементом связи. Такое выполнение устройства позволяет значительно повысить его чувствительность к измеряемым усилиям за счет дополнительного изменения коэффициента связанности колебательной системы измерительного преобразователя вследствие уменьшения относительной расстройки парциальных частот пьезоэлементов.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображено устройство для измерения усилий.

Устройство содержит два генератора электрических колебаний 1 и 2, подключенные к наружным обкладкам 3 и 4 пьезоэлементов 5 и 6, которые имеют силопередающие элементы 7 и 8 и соединены между собой элементом связи 9. Пьезоэлементы 5 и 6 расположены параллельно друг другу и имеют наружные обкладки 10 и 11, соединенные с входом блока сравнения сигналов 12, выход блока сравнения 12 соединен с измерительным прибором 13. Силопередающие элементы 7 и 8 и элемент связи 9 выполнены в виде конусов с различной площадью контакта с пьезоэлементами 5 и 6, причем пьезоэлемент с меньшей собственной частотой имеет наибольшую площадь контакта с силопередающими элементами 7 и 8 и элементом связи 9.

Устройство работает следующим образом.

От генераторов 1 и 2 осуществляется возбуждение пьезоэлементов 5 и 6 в режиме автоколебаний.

Наличие акустической связи между пьезоэлементами через элемент связи 9 обусловливает взаимную синхронизацию колебаний пьезоэлементов. При этом для отношения напряжений, снимаемых с обкладок 10 и 11 пьезоэлементов можно записать:

где:
x коэффициент относительной расстройки парциальных частот пьезоэлементов;
g коэффициент акустической связи.

Механизм силочувствительности устройства основан на модуляции в функции измеряемого усилия площади акустического контакта пьезоэлементов с силопередающими элементами и элементом связи.

Под действием приложенного к устройству усилия возрастает коэффициент акустической связи g за счет увеличения площади контакта пьезоэлементов с элементом связи 9 и уменьшается коэффициент относительной расстройки парциальных частот x за счет неидентичности изменения контактной жесткости пьезоэлементов, т.к. пьезоэлемент с меньшей собственной частотой имеет наибольшую площадь акустического контакта с элементами 7, 8, 9.

Таким образом, выходной сигнал блока сравнения 12, пропорциональный отношению напряжений, снимаемых с обкладок 11 и 12 пьезоэлементов, зависит от величины измеряемого усилия, причем предлагаемое устройство позволяет значительно повысить чувствительность устройства.

Сущность изобретения: устройство содержит два генератора, два связанных между собой элементом связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и имеющих четыре наружных обкладки и силопередающие элементы. Две наружные обкладки подключены к генераторам, и две другие - к выходу блока сравнения сигналов, выход которого соединен с измерительным прибором. Силопередающие элементы и элемент связи выполнены в виде конусов с разной площадью контакта с пьезоэлементами, причем пьезоэлемент с меньшей собственной частотой имеет наибольшую площадь контакта с силопередающими элементами. 1 ил.

Устройство для измерения усилий, содержащее два акустически соединенных между собой элементом связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и имеющих три наружные обкладки, генератор, подключенный к одной из наружных обкладок первого пьезоэлемента, блок сравнения сигналов, подключенный к двум другим наружным обкладкам пьезоэлементов, элементы передачи измеряемого усилия и измерительный прибор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены наружная обкладка второго пьезоэлемента, генератор электрических колебаний, подключенный к дополнительной наружной обкладке второго пьезоэлемента, а элементы передачи измеряемого усилия и элементы связи пьезоэлементов выполнены в виде конусов с разной площадью контакта с пьезоэлементами, причем пьезоэлемент с меньшей собственной частотой имеет наибольшую площадь контакта с силопередающими элементами.