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 областях промышленности.

Известно 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
Недостатком указанного устройства является наличие погрешностей, вызываемых 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 и подключенных друг к другу через элемент связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и наружные обкладки, генератор, подключенный к обкладке первого пьезоэлемента, блок сравнения, подключенный к наружным обкладкам обоих пьезоэлементов, и измерительный прибор [2]
Недостатком устройства для измерения усилий является наличие погрешностей, связанных нестабильностью акустического контакта пьезоэлементов с силопередающими элементами, в частности, неидентичностью акустических потерь пьезоэлементов в элементы конструкций датчика.

Для повышения точности измерений и линейности выходных характеристик в устройство для измерения усилий, содержащее два акустически связанных между собой через элементы связи пьезоэлемента, которые расположены параллельно друг другу и имеют одну общую внутреннюю обкладку и три наружных, а также пилопередающие элементы, блок сравнения сигналов, вход которого подключен к наружным обкладкам пьезоэлементов, генератор электрических колебаний, подключенный к наружной обкладке первого пьезоэлемента и измерительный прибор, согласно изобретению, дополнительно введены наружная обкладка второго пьезоэлемента, генератор электрических колебаний, соединенный с выходом блока сравнения и с дополнительной обкладкой второго пьезоэлемента, фазовый детектор, подключенный к выходным обкладкам пьезоэлементов и к измерительному прибору. Силопередающие элементы выполнены в виде конусов. Такое выполнение устройства за счет введения дополнительного генератора и фазового детектора позволяет повысить точность измерения и линейность выходных характеристик.

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

Устройство содержит два генератора 1 и 2 электрических колебаний, которые подключены к наружных обкладкам 3 и 4 пьезоэлементов 5 и 6. Пьезоэлементы 5 и 6 акустически связаны друг с другом с помощью элемента связи 7. Пьезоэлементы 5 и 6 расположены параллельно друг другу и имеют силопередающие элементы 8 и 9 и наружные обкладки 10 и 11, которые соединены с входом блока сравнения сигналов 12 и с входов фазового детектора 13. Блок сравнения сигналов 12 выходом подключен к генератору 2, а фазовый детектор 13 выходом соединен с измерительным прибором 14. Силопередающие элементы 8 и 9 выполнены в виде конуса.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

От генераторов 1 и 2 осуществляется возбуждение автоколебаний пьезоэлементов 5, 6 на частоте механического резонанса. Наличие сильной акустической связи между пьезоэлементами через элемент связи 7,
характеризуемой коэффициентом инерционно-упругой связи γ обуславливают установление синхронного режима связанных колебаний пьезоэлементов при относительной расстройке их частот x При воздействии на преобразователь через силопередающие элементы 7, 8 измеряемым усилием F изменяется коэффициент инерционно -упругой связи g согласно выражению:

где a, b коэффициенты, характеризующие конструктивные параметры преобразователя.

Вследствие этого изменяется разность фаз механических колебаний пьезоэлементов α и, соответственно, разность фаз напряжений на обкладках 10, 11 пьезоэлементов:

Напряжение на выходе фазового детектора 13 U_α пропорциональное разности фаз напряжений на обкладках 10, 11, изменяется в функции измеряемого усилия F:
U_α=f(F) (3)
Отрицательная обратная связь по напряжению между блоком сравнения 12 и генератором 2 обеспечивает стабилизацию отношения напряжений на обкладках 10, 11 пьезоэлементов, что позволяет значительно уменьшить влияние на результат измерений нестабильности акустического контакта преобразователя с силопередающими элементами.

Устройство позволяет повысить точность измерений и линейность выходной характеристики.

Сущность изобретения: устройство содержит два генератора электрических колебаний, два акустически связанных и соединенных друг с другом с помощью элемента связи пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и имеющих четыре обкладки. Устройство содержит блок сравнения сигналов, который соединен входом с наружными обкладками пьезоэлементов, а выходом - со вторым генератором, фазовый детектор, подключенный входом к наружным обкладкам пьезоэлементов, а выходом - к измерительному прибору. Генераторы электрических колебаний подключены к дополнительным обкладкам пьезоэлементов. 1 ил.

Устройство для измерений усилий, содержащее два соединенных между собой через элемент связи пьезоэлемента, которые расположены параллельно друг другу и имеют одну общую внутреннюю обкладку и три наружных, а также силопередающие элементы, блок сравнения сигналов, вход которого подключен к наружным обкладкам пьезоэлементов, генератор электрических колебаний, подключенный к наружной обкладке первого пьезоэлемента, и измерительный прибор, отличающееся тем, что в него дополнительно введены обкладка второго пьезоэлемента, генератор электрических колебаний, соединенный с выходом блока сравнения и с дополнительной обкладкой второго пьезоэлемента, фазовый детектор, подключенный к выходным обкладкам пьезоэлементов и к измерительному прибору.