Датчик силы Советский патент 1985 года по МПК G01L1/10 

Изобретение относится к силоизмерительной технике. Цель изобретения повышение точности измерения сил. На фиг, 1 показано устройство механической части датчика, сложньш разрез но осевой линии; на фиг, 2 - конфигурация упругого элемента вид снизу; на фиг. 3 конфигурация пло кой катушки одного из резонаторов; на фиг. 4, - структурная схема датчика. Датчик содержит основание I, упругий элемент 2 в виде кольцевого меандра с силопередающим стержнем 3, верхнюю получашку 4 с направляющей втулкой 5, По периметру злеменTOD 1, 2 и 4 выполнены кольцевые пазы 6j которых защемлены диэлектрические пластины 7 и 8, На обращенных к упругому элементу 2 сторонах пластин 7 н 8 выполнены плоские спиральные катушки индуктив ности 9 и 0 соответственно, которые включены в автогенераторы элект- ропнык блоков 11 и 12, размещенных на противололожных по отношению к катуп К и 9 и 10 сторонах пластин 7 и 8. Электрическое соединение катушек 9 и ГО с электронньгми блоками 1 1 и 12 осуществляется с помощью чек 13 на печатные проводники 14 элпктронпых блоков. За счет разъемно го крепежа 15 получашки 4 к основани 1обеспечивается жесткая затяжка унругого элемента 2 и пластин 7 и 8 в датчике, в то же время конструкция легко разбирается для ремонта ицро- фшгактических работ. Для подачи напряжения- питания, сихналОв управления на электронные блоки 11 и 12 и съема выходных частотных сигналов используется высокочастотный разъем 16 (для упрощения чертежа фиг. I проводники для связи разъема 16 с блоками 11 и 12 условно пе покагзашл . К атушкп 9 и 10 образуют с поверхностями элемента 2 два высокоуастот- ных резонансных LC-контура (резонато pal, резонансные частоты которых зависят от числа витков п геометрии катушек 9 и 10, расстояния от катуше до поверхности элемента 2 материала и конфигурации упругого элемента. При изготовЬении упругого элемент 2из диамагнитного материала резонансные ч.чстоты LC-контуров f и f 1 82 обратны расстоянию от соответствующей катушки до поверхности элемента 2 а, информационным параметром датчика является их разность. За счет дифференциального: изменения частот f и f2 обеспечивается эффективная компенсация нестабильно- стей выходных частот f и f, носкольку электронные блоки и LC-контуры находятся в одинаковых условиях, аналогичны по сх-еме и конструкции, питаются от общего источника питания. За счет непосредственного совмещения катушек 9 и 10с автогенераторами электронных блоков практически исключается влияние перемычек 13 на выходные частоты f( и f, поскольку эти перемычки имеют очень малую длину и практически частотонезависимы. Изготовление элемента 2 в виде кольцевого меандра позволяет обеснечить повьш енну1о чувствительность датчика при измерении малых сил. Варьируя плош.адью сечения каждого участка меандра можно изменять характеристику сила - деформация элемента в целой и выбрать тем самым требуемую характеристику преобразования датчика в целом. Предпочтительно выбирать постоянную площадь сечений всех учггстков меандра (толщина стенок уменьшается нри движении от це.нтра упругого элемента. Витки катушки 10 выполнены с диаметром, б1 изким к среднему диаметру соответствующих кольцевых площадок 17 элемента 2. Этим обеспечивается повышенная чув- ст131 тельность резонансной -частоты LC-контура к деформации элемента 2. Катушка 9 выполнена аналогично катушке 10, отличие заключается в смещении перемычки 13 из центра пластины 7 из-за н.аличия в пластине отверстия 16. Структурная схема датчика включает два электронных блока 11 и 12, которые отличаются знаком изменения выходной частоты под действием измеряемой силы F. Внутренняя структура блоков 11 и 12 в остальном одинакова, поэтому на фиг, 4 она показана на примере блока 12, В состав электронного блока 12 входит резонатор 19, образованный катушкой 9 и нижней по фиг, поверхностью элемента 2, Резонатор 19 включен н генератор 18, К выходу гене ратора 18 подключен через буферный каскад 20 вход детектора-компаратора 21, а выход детектора 21 подключен к первому входу конъюнктора 22 (двух входовая схема И. На второй вход конъюнктора 22 подается сигнал Иирр для управления режимом работы датчика, К выходу конъ шнктора 22 подключен управляющий вход ключа 23, с этого же выхода снимается термозависимый сигнал F при наличии единичного сигнаша на входе датчика. При подаче на вход.датчика сигнал 1 с момента t, сигнал F I, ключ 23 размыкается и питание u ге нератора 19 спадает по экспоненциальному закону. Аналогично изменяется амплитуда и.„ ВЧ сигнала на выходе буферного каскада 20, Сигнал U детектируется в блоке 21 и сравнивает ся с двумя пороговыми напряжениями и J и Выходное напряжение -U блока 21 равно единице при снижении напряжения (U. U/) и-равно нулю при росте напряжения (IHj. U.). При Uuppt 1 на выходе блока 12 формирует ся термозависимый сигнал U, частота следования которого Е. Аналогично на выходе блока 11 частота равна FC. Датчик может работать в двух режимах: режиме измерения силы F, (Uunp О) и режиме измерения температуры При Uij|,p 1 в электронных блоках II и 12 (фиг. 4 замыкается обратная связь с выходов элементов 21 на входы управляеьшх ключей 23 через конъюнкторы 22 и оба блока начинают форми17ровать термозависимые сигналы FJ и F соответственно. Во вторичной аппаратуре (не показана) осуществляется измерение частот Г, и F, запись их в ОЗУ вычислительного блока вторичной аппаратуры и расчет значения Т по сумме частот, После записи значений Fj и F,j в ОЗУ на вход датчика подается сигнал О, на выходах датчика формируются высокочастотные сигналы f и . f2, они изменяются во вторичной аппаратуре, заносятся в ОЗУ, а затем рассчитывается значение измеряемой силы Fy, пропорциональное квадрату. Полученное значение F, некорректно из-за влияния температуры Т на жесткость упругого элемента 2 датчика и на частоты, поэтому во вторичной аппаратуре осуществляется коррекция значения F с использованием полученного значения Тр и известной. зависимости величин f и fj от Т, Эта зависимость снимается при изготовлении датчика и должна храниться в ОЗУ вторичной аппаратуры. Скорректированное значение измеряемой силы F{ и температуры Т выводится на Индикацию, затем измерение частот и вычисление значения Fy повторяется до тех пор, пока не будет сформирован сигнал U « необходимый для уточнения значения Тр, Для снижения погрешности определения Tjj формирование сигнала и цпр 1 разрешается при значении измеряемой силы F, близкой к нулю. Этот алгоритм может быть введен в микроэвм, включенной в состав вторичной аппаратуры.

1. ДАТЧИК СИЛЫ, содержащи корпус, упругий элемент, два LC-reнератора с LC-контурами, один из которых выполнен в виде плоской катушки индуктивности и размещен с зазором относительно упругого элемента, отличающийся тем, что, с целью повыщения точнос измерения путем компенсации темпера турной погрешности, упругий элемент выполнен в виде кольцевого меандра из диамагнитного материала, LC-конТ ры генераторов выполнены в виде плоских катушек, средние диаметры витков которых равны средним диаметрам соответствующих кольцевых площадок упругого элемента, и размещены с двух сторон упругого элемента. 2.Датчик по п. 1 , о т л и ч аю щ и и с я там, что .в него введен вход управления режимом, два конъ- юнктора, два детектора-компаратора и два ключа, причем вход управления режимом подключен к выходам генераторов, а выходы детекторов-компараторов - к вторым входам конъюнк- торов, выходы конъюнкторов подключены к управляющим входам ключей, которые включены в разные цепи питания генераторов. 3.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что все вертикальные участки меандра имеют одинаковую площадь сечения в плоскости окружности.