Устройство для измерения усилия Советский патент 1984 года по МПК G01L1/16 

ZZA

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к измерению усилий с помощью поверхностных акустических волн, и может быть использовано для измерений усилий в различных областях техники.

Известны ультразвуковые устройств для измерений усилий по контролю других постоянных материалов, основанные на измерении распространения акустических волн П ,

Недостатком таких устройств является низкая точность измерений усилий, так как модули упругости и сдвига измеряют с помощью обычных зходефектоскопов, погрешность измерений которых составляет 2-3%.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения усилия, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями. Принцип действия известного устройства основан на измерении скорости распространения поверхностных акустических волн от приращений модуля упругости под воздействием внешних усилий 21 .

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность при нешироком диапазоне измеряемых

усилий.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повьшзение чувствительности.

Цельдостигается тем, что в устройство для измерения усилия, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями введены вторая плоская пьезопластина со встречно-штыревыми преобразователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина с выпуклыми рабочими поверхностями с переменным радиусом и двумя встречно-штыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочих поверхностях, при этом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластииами с образованием акустического контакта между ними так, что встречноштыревые преобразователи на плоских пьезопластинах расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьезопластин соединены фиксатором.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

. Устройство содержит клиновидную пьезопластину 1 с выпуклыми рабочими поверхностя 4И 2 и 3, излучающие встречно-штыревые преобразователи 4 и 5, плоские пьезопластины 6 и 7 с встречно-штыревыми преобразователями 8, фиксатор 9.

В основании клиновидной пьезопластины 1 закреплены концы плоских пьезопластин 6 и 7. На клиновидной пьезопластине 1 с выпуклыми поверхностями 2 и 3 закреплены в ее вершине встречно-штьфевые преобразователи 4, 5, а концы плоских пьезопластин 6 и 7 закреплены на основаниях клиновидной пьезопластины 1, образуя между собой акустические контакты. Встречно-штыревые преобразователи 8 расположены на противоположных концах пьезопластин 6 и 7, которые закреплены между собой фиксатором 9.

. Устройство работает следуюш 1М образом.

Встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 формируют поверхностную акустическую волну, которая распространяется по выпуклым поверхностям 2 и 3 клиновидной пьезопластины 1 и переходит на поверхность плоских пьезопластин 6 и 7 в местах акустического контакта клиновидной и плоских пьезопластин. Встречно-штыревые преобразователи 8 находятся в зоне распространения поверхностных акустических волн и преобразуют акустические сигна.ггы в электрические.

В исходном состоянии время распространения поверхностных акустических волн от преобразователей 4 и 5 д преобразователей В.выбирается одинаковым, что обусловлено начальным крелением пьезопластин.

Фиксатор 9 стягивает торцы плоских пьезопластин 6 и 7, в результате чего уменьшается длина акустических каналов между преобразователями 4-8 и 5-8, например, на половину рабочего хода от воздействия внешнего усилия на фиксатор.

Это дает возможность использовать дифференциальное включение акустических каналов 4-8 и 5-8 и исключить влияние температуры на точность измерения ,

При воздействии внешнего усилия на фиксатор 9 длина акустического канала 4-8, например, уменьшается. 3 112682 а канала 5-8 увеличивается за счет изгиба плоских пьезопластин 6 и 7 относительно поверхностей 2 и 3, что приводит к изменению величин электрических сигналов на встречно-j штыревых преобразователях 8 пьезопластин 6 и 7. По изменению электрических сигналов судят о величине внешних усиЛИЙ, приложенных к фиксатору 9.to Использование дифференциального включения акустических кан1алов с переменной длиной и временем распространения поверхностных акустических волн позволяет расширить рабо- 5 чий диапазон измерения усилий и увеличить чувствительность. Акустический контакт между клииовидной пьезопластиной и плоскими пьезопластииами осуществляется за20 счет их взаимного соединения. Для исключения попадания пыли на рабо4чие поверхности пьезопластин устройство размеп1ено в защитном корпусе (не показан), Выпуклые поверхности клиновидной пьезопластины образованы радиусом, величина которого увеличивается при его движении к вершине пьезопластины и может составлять, например, отношение 1:100,.что приводит к большим смещениям акустического контакта между поверхностями 2 и 3 и увеличивает чувствительность при широком диапазоне измеряемых усилий при смещении фиксаторг под действи внешней силы. Применение устройства для измерения усилий в народном хозяйстве по сравнению с базовым объектом дает возможность увеличить чувствительность и рабочий диапазон более чем в десять раз.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями, отличающеес я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительности, в него введены вторая плоская пьезопластина со встречноштыревыми преобразователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина с выпуклыми рабочими поверхностями с переменными радиусом и двумя встречногштыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочих поверхностях, при этом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластинами с образованием акустического контакта между ними так, что встречно-штыревые преобразователи на.плоских пьезопластинах i расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьезопластин соединены фиксатором. f™ ЗКВЕБ