Устройство для измерения усилий Советский патент 1985 года по МПК G01L1/16 

г J

10

лрлг 1

7 9

Од 4

сл

О) 1чЭ 1 Изобретение относится к силоизме рительной технике и может быть использовано для измерения давлений, механических усилий в различных отраслях промьшшенности. Известно устройство для измерения усилий, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый от генератора электрических колебаний и измерительный прибор, подключенный к обкладкам пьезоэлектрического преобразователя 1 J. Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная нестабильностью акустических потерь преобразователя и изменением его механической добротности при изменении температуры окружающей среды. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения усилий,содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержаниях общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента, и измерительный прибор . Однако известное устройство не позволяет избавиться от погрешносте вызываемых нестабильностью акустиче ских потерь температуры окружающей среды, параметров возбуждающего генератора. Цель изобретения - повышение точ ности путем уменьшения влияния внеш них условий. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения усилий, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке,генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента, и измерительный прибор, введен блок сравнения, а первый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположенной на стороне наружной обкладки и элек рически изолированной от нее, при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладке первого пьезоэлемента, а выход - к измерительному приоору. 62 2 На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - его характеристики. Устройство состоит из генератора , 1 электрических колебаний, двух пьезоэлемеитов 2 и 3, соединенных между собой через заземленную прокладку 4, измерительного прибора 5, подключенного к преобразователю усилий через блок деления сигналов 6. Усилие прикладывается в узлы колебаний через силопередающие элементы в форме конусов 7. Пьезоэлемент 2 имеет обкладку возбуждения 8, подключенную к выходу генератора I, и дополнительную обкладку 9, подключенную к одному из входов блока деления сигналов 6. Обкладка 10 пьезоэлемента 3 подключена к второму ВХ9ДУ блока деления сигналов 6. Устройство работает следующим образом. От генератора 1 осуществляется возбуждение преобразователя в режиме автоколебаний со стороны первого пьезоэлемента. Величины выходных напряжений с дополнительной обкладки 9 первого пьезоэлемента U. и обкладки 10 второго пьезоэлемента U можно представить формулами: 1 - К Kg, 2 UBX к 1 К,, Кз К , где Ugj(- величина входного напряжения ; К - коэффициент трансформации пьезоэлемента, пропорциональный механической добротности преобразователя;Кг - коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение входного импеданса преобразоват еля под действием измеряемого усилия; Kg - коэффициент пропорциональности, характеризующий акустические потери преобразователя; К - коэффициент акустической СВЯЗИ колеблющихся масс резонаторов. Производя деление Ц, и U2, полу; чаем У1 -1 т.е. величина, пропорциональная отношению выходных напряжений с первого и с второго пьезоэлементов. зависит только от степени акустич ской связи пьезоэлементов. Известно, что отношение амплиту колебаний резонаторов на частоте синфазных колебаний можно представить формулой: 2 -, „ „ 9 где А. и А, амплитуды колебаний первого и второго пь зоэлементов; эквивалентные массы вого и второго пьезо элементов; коэффициент связанно ти; коэффициент инерцион упругой связи; парциальные частоты первого и второго пьезоэлементов. Так как напряжение На обкладке пьезоэлемента пропорционально ампл туде механического колебания (2), Ui можно представит то величину --- 2 В таком виде: 62 При п Пу величина зависит от значения коэффициента связанности . В предложенном устройстве исполь.зовались пьезоэлементы с пар1щальш 1ми частотами, отличающимися на к 2. Под действием измеряемого усилия происходит уменьшение коэффициента инерционно-упругой связи за счет увеличения жесткости преобразователя и уменьшения колебательной скорости элемента связи. В результате этого коэффициент связанности уменьшается. возрастает в функа величина -:гипреобразователю ции приложенного к усилия. Таким образом, величина порциональная отношению амплитуд выходных напряжений с первого и со второго пьезоэлементов, не зависит от акустических потерь, от изменения температуры окружающей среды,параметров возбуждающего генератора и практически линейно зависит от величины измеряемого усилия. Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность, измерения, повышается также температурная и временная стабильность показаний, отпадает необходимость в стабклизации выходных параметров возбуждающего генератора, упрощается конструкция силопередающего узла датчика усилий. щи. , it (S) (итЩ

Ю 20 30 W 50 SO io so 90 100 ff) фиг. 2 Уи-,(П

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента,и измерительный прибор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния внешних условий, в него введен блок сравнения а первый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположенной на стороне наружной обкладки и электрически изолированной от нее, при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладке . первого пьезоэлемента, а выход - к измерительному прибору.