Кварцевый силоизмеритель Советский патент 1986 года по МПК G01L1/16 G01L3/10 

лей б,7, выраженный на индикаторах в единицах силы. При приложении к резтхбовой муфте 14 крутящего момента прирост частоты колебаний резонаторов 4 изменяется прямо пропоИзобретение относится к силоизме- рительной технике и моясет быть использовано для измерения силы в установках непрерьшного или дискретного взветшания, а также в испытательных машинах для определения физико-механических параметров материалов.

Цель изобретения - повьшенпе точности I распшреиие функшюнальиых возможностей за счет обеспечения позможности измерения крутящего момента.

Па фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого кварцевого С1шоизмерителя; на фиг..2 - электрическая схема.

Кварцевый силоизмеритель содержит упругий элемент 1 с фланцами 2 и 3, сшючувствительные кварцевые резонаторы 4, электроды 5 которых подключены к соответствующим транзисторным возбудителям 6 и 7, реактивные корректоры 8 и 9, подключенные к электродам 5 соответствующих силочувст- вительных кварцевых резонаторов 4, герметизирующий кожух 10, установленный между фланцами 2 и 3, упругого элемента 1, упругий резьбовой стержень 1I с упорной головкой 12, введенный внутрь осевого канала 13, выполненного в упругом элементе 1,резьбовая муфта 14, навинченная на упругий резьбовой стержень 11 и поджатая к ({шанцу 2 упругого элемента 1, тер мостабилизирующий блок 15, включа- юпро в себя последовательно соединенные датчик температуры, регулятор и нагреватель, источник 16, тока и индикаторы 17 и 18, подключенные к выходам соответствующЕГх: транзисторных возбудителей 6 и 7. Реактивные корректоры 8 и 9 включают и себя последовательно соединенные переменные конденсаторы 19 и 20, и

ционально величине действувощего момента. Термостабилирующий блок 15 обеспечивает постоянство температуры внутри устройства. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

переменные резисторы 21 и 22.При этом реактивные корректоры 8 и 9, возбудители б и 7 и термостабилизи- рующий блок 15 размещены внутри по5 Яости 23, выполненной в упругом резьбовом стержне 11, упорная головка 12 которого поджата к фланцу 3 упругого элемента 1, выполненного из упругого материала, например из-ковара О iтемпературный коэффициент расширения которого близок к соответствующег-гу температурному коэффициенту силочув- ствительпых кварцевых резонаторов 4. Резьбовая муфта 14 снабжена пaтяжны l

tS рычагом 24 и связана с -подпружиненным фиксатором 25.

Кварцевый силоизмермтель работает следующим образом.

В исходном положении резьбовая

20 муфта 14 ослаблена, на транзисторные возбудители 6 и 7 от источника 16 тока подано питающее напряжение и в силочувствительных кварцевых резонаторах 4 возбуждены.-.пьезоэлектричес25 кие колебания,частота которых соответствует исходному значению.С помо- щью переменного конденсатора 19 реак- 1ТИВНОГО корректора 8 устраняют разницу частот пьез-оэлектрических колебаЗС НИИ,добиваясь равенства обеих частот, т.е.

f f

OUCX о UCX

(О

Далее поворотом резьбовой муфты 14 посредством натяжного рычага 25 производят механическое сжатие упругого резьбового стержня 11, а следовательно и упругого элемента 1,который передает механическое усилие на сшючувствительные кварцевые резонаторы 4. Поскольку жесткость си- ггачувствительных крарцевых резонаторов 4 существенно выше (более трех

порядков), чем у упругих резьбового

стержня 11 и элемента 1, то последние деформируются в пределах упругой деформации, а силочувствительные кварцевые резонаторы 4 подвергаются только механическому напряжению, приводящему согласно силочастотному эффекту к прямо пропорциональному изменению частоты пьезоэлектрических колебаний.

При достижении заданного значения пьезоэлектрических колебаний, при котором .

. f

1 ИСх

(21

где f

1 нсх

- частота пьезоэлектрических колебаний верхнего (фиг. 1) сило чувствительного кварцевого резонатора 4; f - частота пьезоэлектрических, колебаний нижнего (фи1 . 1) С11лочувствительного резонатора, кварцевый силоизмеритель готов . работе.

Предварительное механическое натяжение необходимо для устранения люф- тов и перекосов в конструкции.

Предлагаемьп кварцевьй c moизмe- ритель позволяет измерять: растягивающие или сжимающие силы, действующие вдоль оси 00 измерителя; изгибающие усилия, действующие поперек оси 00 измерителя на фланец 2 при заделке фланца 3, крутящий момент, прилегаемый к резьбовой муфте 14 и обеспечивающий ее поворот относительно оси 00 измерителя.

При приложении силы в направлении оси 00 измерителя сжимающей упругий элемент 1, оба силочувствитель- ных кварцевых резонатора 4 подвергаются сжимающему механическому воздействию , вследствие чего частота пьезоэлектрических колебаний в них увеличится прямо пропорционально величине сжимающего механического напряжения и с каждого транзисторного возбудителя б и 7 на соответствующий индикатор 17 и 18 подаются электрические сигналы, значение прироста 4acTOTFJ которых, выраженного на индикаторах 17 и 18 в единицах силы, соответствуют значению приложенной силы, при этом на обоих индикаторах . 17 и 18 показания одинаковы (режим двухканального измерения силы). 1

При изменении направления деист- ВИЯ жилы на противоположное, т.е. при пр1шожении растягивающей силы, на силочувствительные кварцевые

резонаторы действует растягивающее механическое усилие, которое вызывает уменьшение прироста частоты пьезоэлектрических колебаний и на индикаторах 17 и 18 индицируется (со знаком минус) величина растягивающей силы.

Поскольку силочувствительный кварцевьй резонатор 4 является линейным преобразователем силы,изменение прироста частоты имеет прямо- пропорциональную зависимость

if К

F.-(f

о nc.it

у

f D-п 1

(3)

20

5

0

5

0

5

0

где df - прирост частоты пьезоэлектрических колебаний при действии сжимающей силы;

. K - силочастотньпЧ коэффициент (коэффициент Ратайского);

- величина сжимающего . (рас- тягиващего);

D - геометрический коэффициент (площадь поперечного сечения сило- чувствительного кварцевого резонатора 4);

п - помер гармоники силочувст- вительного кварцевого резонатора 4; fl - коэффициент заделки сило- чувствительного кварцевого резонатора 4.

При приложении силы в направлении перпендикулярно оси 00 измерителя (на стрелке а) верхний силочувст- вительньш кварцевый резонатор 4 подвергается растягивающему усилию,а нижний - сжимающему, в результате чего с верхнего силочувствительного кварцевого резонатора 4 через тран- зисториьй возбудитель 6 на индикатор 17 подается электрический сигнал,прирост частоты которого уменьшен, а с нижнего силочувствительного, кварцевого резонатора 4 через соответствующий транзисторный возбудитель 7 на индикатор 18 подается электрический сигнал, прирост частоты которого увеличен от исходного значения. При этом о величине изгибающей силы судят по разности показаний индикато-. ров 17 и 18.

При приложении к резьбовой втулке 14 крутящего момента / в направлении вращения вокруг оси ОО склоизмерителя по часовой стрелке |1при заделке фланца 3) упругий элемент 1 сжимается, вызывая сжимающее

воэдействие на силочувствителыгые кварцевые резонаторы 4, прирост частоты пьезоэлектрических колебаний, в которых изменяется прямо пропор- циональпо величине действующего момента

f..

.I Б -n . 1

) (4)

где ufgp - прирост частоты пьезоэлектрических колебаний от действия момента;

К - коэффициент пропорциональ ности;

М - крутящий момент. При Изменении направления действия момента на противоположное, величина индицируемая на индикаторах 17 и 18, соответствует величине измеряемого момента, но с противоположным знаком.

При изменении исходного значения частоты, например, от действия стое- ния подстройка может быть осуществлена с помощью реактивных корректоров 8 и 9 или резьбовой муфты 14. ,

При работе силризмёрителя в уело- 30 ВИЯХ изменяющегося внешнего тепловов- го действия термостабшшзирующий блок 15 обеспечивает постояннство температуры внутри измерителя с минимальными энергетическими потеря- 35 ми. ..л

12445136

Формула изобретения

1.Кварцевый силоизмеритёль, содержащий упругий элемент с фланцами по концам, силочувствительные кварце5 вые резонаторы, установленные между 4 ланцами упругого элемента, и транзисторные возбудители, подключенные к электродам силочувствительных кварцевых резонаторов, о т л и ч а to ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обесг чения возможности измерения крутяще- , го момента, в него введена упругая

15 резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого резьбоволг о стержня с ; упорной головкой и резьбовой муфты, навинченной на резьбовой стержень, размещенный в осевом канале, выцол20 ненном в упругом элементе и фланцах, к одному из которых поджата упорная головка резь бового стержня, а к другому - резь бовая муфта.

2.Силоизмеритель по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уменьшения температурной погреш- ности, в него введены герметизирующей кожух, установленный между фланцами упругого элемента, и термостабилизи- рующий блок, включающий в себя последовательно соединенные датчик температуры, -регулятор и-нагреватель, причем в упругом резьбовом стержне выполнена осевая полость,, в которой размещены транзисторные возбудители и термостабилизирующий блок..

Изобретение относится к силоиз- мерительной технике и может быть использовано в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытательных машинах для определения физико-механических параметров материалов. Дпя повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения крутящего момента в осевом канале 13 упругого элемента 1 размещена резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого стержня 11 с упругой головкой 12 и навинченной на него муфты 14. При приложении силы вдоль оси 00 измерителя частота колебаний силочувствительных квар- цевьрс резонаторов 4 изменится, что вызовет прирост частоты электрических сигналов транзисторных возбудитеi (Л SD 4ib СЛ СО

-л-«- 1- г4 5Д11

ч: i « , 1

Редактор Ю.Середа Заказ 3906/44

Составитель А.Амаханов

Техред.В.Кадар Корректор В.Бутяга

Тираж 778Подписное

ВНИН1Ш Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. .4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4,