Динамометр Советский патент 1983 года по МПК G01L1/10 

Нзобрете1гае относится к измерительной технике и може;т 6ь1ть использовано при создании динамометров пля изме рения усилия сжатия.

Известны виброчастотные динамометры, содержащие упругий элемент и вибропреобразователь, выполненный в форме струны или стержня, в которых возбуждают поперечные механические колебания на собственной,частоте,. При приложении нагрузки к упругому элементу натяжение вибропреобразователя изменяется. В соответствии с изменением натяжения изменяется частота собственных колебаний вибропреобразователя, которая служит для измерения величины действующей силы. Основная погрешность таких датчиков не более 0,5% 1.

Недостатками данных виброчастотных динамометров являются сложность конструкции, большие габариты и масса, неустойчивость работы при действии магнитных полей.

Наиболее близким к предлагаемому является вибрационно-частотный динамог метр для измерения S Илиясжатия, содержащий упругий элемент с вибропреобрааовач-елем L 2 J .

Недостатками известного динамометра являются невысокая точность измерения, температурная погрешность и сложность устройства.

Цель изобретения - повышение точности измерения уменьшение температурной погрешности и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в динамометре содержащем упругий элемент с вибропреобразователем, последний выполнен в виде нитевидного монокристалла с двумя токовыводами, зак- репленньши на внутренних полках двух П-образных скоб, расположенных параллельно друг другу, при этом наружные полки скоб, закреплены на поверхности упругого элемента, а одна из скоб снабжена токовыводом.

На фиг. 1 показан виброчастотный тензопреобразователь; фиг. 2 - предлагаемый динамометр, продольный разрез.

Виброчастотный тензопреобразователь вьшолнен в В;иде пластины с фигурньп вырезом, на которой в точках 1 и 2 закреплен концами нитевидный тензочувст , вительный монокристалл . 3 (например, кремний р-типа проводимости) с токовыводами 4 и Б. В пластине в точке 6 создают электрический контакт. Пластину крепят на поверхнчрги упругого эпемента 7 в точках 8 и 9 разрезают на участке, показанном на фигуре пунктиром. Сформированные таким способом скобы Ю и 11 обеспечивают механичес5 кую связь нитевидного монокристалла с упругим элементом и преобразуютдеформацию сжатия упругого элемента на базе между точками 8 и 9 в деформацию растяжения нитевидного монокриста ла на базе между точками 1 и 2. Динамометр состоит из упругого элемента 7 со сплошным или кольцевым поперечным сечением, на котором укреплены скобы 10 и 11 с нитевидным тензо чувствительным монокристаллом 3, обрае зуюшие вибропреобразователь. Торцы стержня включены или впаяны в углубления металлических обойм 12 и 13, которые с,оед1шены со сферическими опорами

14 и 15 и служат для обеспечения оптимальных условий нагружения, способствующих повышению прочности Стержня на сжатие. Усилие сжатия F. передается на упругий элемент 7 с помощью металли ческих сферических подпятников 16 и 17.

Металлические обоймы 12 и 13 по скользящей посадке третьего класса точности перемешаются в направляющем корпусе 18, который занимает вертикальное

0 положение с помошью упругой прокладки 19.

Перемещение по щятников 16 и 17 в осевом направлении ограничено шпильками 20. В нерабочем состоянии перемещение

5 деталей 16 и 17,обозначенное на фиг. 2 черезсГ , составляет 1-2 мм.

Смотровые окна в корпусе 18 закрыты щитками 21, предохранякшшми скобы 10 и 11 с монокристаллом 3 от механи0 ческих повреждений. На этих щитках крепят электрический разъем 22, к которому припаиваются токовыводы к кристаллу и скобе для возбуждения колебаний и съема сигнала.

5 Контакт упругого элемента 7 с обоймами 12 и 13 исключает с помощью клеевой прослойки 23.

Для транспортировки динамометра вручную или с помощью грузоподъемных

Q средств служат рукоятки 24.

Упругий элемент изготавливают из . монокристаллического кремния, сапфира, кварцевого стекла, ситалла и других хрупких материалов с соответствующими

, упругими и прочностными характеристиками.

Глубина вклеивания каждого торца упругого элемента 7 составляет половину диаметра элемента. Направляклшй корпус 18 предназначен для восприятия системой изгибающего момента в тек случаях, когда при измерениях сжимающих усилий имеет место внецентренное нагружение упругого элемента. Влияние на о&цую методическую гогрешность измерения могут оказать aoличные значения коэффициентов температурного расширения упругого элемента 7 скоб Ю и 11, а также монокристалла 3 (фвг. 1). Компенсацию ;темпаратурной погрешности, обусловленной разнородностью материалов, производят путем соогветствукшего выбора длины скоб в зависимости от значений коэффициентов от значений температурного расширения материалов упомянутых вьшге элементов конструкции динамометра. Пусть в общем случае упругий элемент 7, скобы 1О и 11 и нитевидный монокристалл 3 вьтолнен из материалов с различными коэффициентами теркотческого расширения oi, of т. соответ ственно. Обозначим расстояние между точками крепления скоб к упругому элементу 8 и 9 через t, через 2 .tj)o6o3wu4KM сумму длин скоб 1О и 1 которые на фиг. 1 соответственно равны расстояниям между точками 2 и 9 та. точ ками 1 и 8. Длину нитевидного монокрис галла, равную расстоянию между точками i и 2, обзначим через ЕЗ. При изменении температуры нагГГдли на нитевидного монокристалла изменится на величинудС-0 3 €1, . Чтобы в моно1фисталле не возник - яи напряжения, необЬсодимо, чтобы расстояние между точками его крепления на скобах изменилось вследствие термического расширения скоб и упругого эле мента на такую же величину д Е - cslg. лтеа- 1 тк. Учитыва, что t-f , 2. и Е-з, связаны соотношением B. f ьи исключив из предьщущего выражения g. , получим после приравнивания величины Д С условие для температурной компенсации в .iiKE Wb-Ai) Таким офазом, условием компенсации температурной погрешности предлага емого динамометра является равенство n изведения длины нитевидного монокриста ла на разность коэффициентов -теплового расширения материалов упругого элеамен га и монокристапла произведению сумма ноЙ длины йкоб на разность коэффициен тов теплового расширения материалов, упругого элемента и скоб. Если упругий элемент, скобь и нитевидный монокристалл выполнен из одного материала, например, кремния, то условие температурной компенсации выполняется при любых соотношениях ик длин. Для измерения больших усилий сжатия одним динамометром на пределы 250, 5ОО, 10О тс упругий элемент может быть изготовлен из кварца, оптического стекла, ситалла. У динамометров, предназначенных для измерения усилий сжатия, меньше 1ОО тс, упругий элемент целесообразно изготавливать из монокристаллического кремния. Динамометр работает следующим образом. . Между одним из контактов к кристаллу 4 и 5 и контактом 6 подается переменное напряжение на частоте собственных механических колебаний нитевидного монокристалла. Электростатическое взаимодействие меноду кристаллом 3 v скобэй 1О вызывает поперечные колебания монокристалла, частота которых будет зависеть от его деформации, обусловленной деформацией упругого элемента, , а следовательно, величины Ч действующей на датчик силы. При поперечных механических колебаниях тензочувствительного нитевидного монокристалла его электрическое сопротивление изменяется с удвоенной частотой по отношению к частоте механическнх колебаний, поскольку за период ме-, . ханических колебаний кристалл дважды измбняет свою длину от некоторой минимальной, соответствующей среднему положению кристалла, до некоторой максимапь-, ной соответствующей наибольшему его отклонению от среднего положения. Вследствие изменения электрического -сспроти ления монокристалла при подаче на контакты 4 и 5 постоянного электрического напряжения, через него, протекает пульсиррующий ток. Выделенная переменн 1я составляющая этого тока (1ШИ нЕлряжения) имеет удвоенную частоту по отношению к частоте механических колебаний и служит информативным параметром о частоте колебаний кристалла, т.е. о величине действующей силы. Работу такого вибропреобразователя осуществляют либо в режиме вынужденных колебаний, либо в режиме ав токолебаний.

ДИНАМОМЕТР, содержащий упругий элемент с вибропреобразователем, отличающийся тем, что, с цепью повышения точности измерения, уменьшения температурной погрешности и упрощения устройства, вибропреофаэователь выполнен в виде нитевидного монокристалла с двумя токоБыводами закреп- ленного на внутренних полках П-образнызс скоб, расположенньк параллельно друг другу, при этом наружшйе полки бкоб закреплены на поверхности упругого элемента, а одна из скоб сйабжена токовыводом. (Л с ф1/г.1