Устройство для измерения усилий Советский патент 1986 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к измерительной технике а именно к пьезоэлектрическим частотным датчикам механических величин. Известны пьезоэлектрические частотные датчики усилий, содержащие два дифференциальных резонатора с возбуждающими электродами, выполненные в пластине из пьезоэлектрического материала, имеющие измерительную схему с частотным выходом l . Однако эти устройства не обладают необходимой чувствительностью. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для измерения усилий, содержащее пьезоэлектрическую пластину с пе ремычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой 2 . Недостатком известного устройства является низкая величина максимапьно го полезного изменения частоты резонаторов, ограниченного сравнительно малым запасом статической устойчивос ти конструкции пластины. В результате малой величины полезного сигнала относительная нестабильность датчика обусловленная, например, влиянием старения или изменения температуры, оказывается недопустимо большой, а точность измерения - низкой. Цель изобретения - повышение чувствительности . Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения усиJшй, содержащем пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой, перемычки имеют форму утоньшенных участков пластины, образованных углублением, выполненньм в ней так, что толщина перемычек не превышает половины толщины пластины причем перемычки смещены одна относительно другой в плоскости пластины, а также по толщине относительно средней плоскости плас тины на расстояние, не менее полови ны толщины перемъпки. Перемычки могут быть также смеже ны по.толщине относительно средней плоскости в противоположных направл ниях. На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, вид сверху; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - се08-р; на фиг.1; на фиг. 4 - эпюры деформадий в- пластинах, Устройстро содержит пьезоэлектрическую пластину 1, в которой посредством углублений 2 и 3 образованы перемычки 4 и 5. На перемычки нанесены пары электродов 6 и 7, соединенных с измерительной схемой. Пластина закреплена в основании датчика 8, а на ее край действует измеряемое усилие F. Устройство работает следующим образом. При воздействии измеряемого усилия F (в указанном на фиг.2 и 3 направлении) пластина подвергается поперечному изгибу, при котором нижняя часть пластины сжимается, а верхняярастягивается. Если толгцина перемычки не превышает половины толщины пластины, а перемычка смещена относительно средней плоскости пластины на расстояние, не менее половины толщи- ны перемычки, то (фиг.4) она вся либо сжимается как перемычка 4 , либо растягивается (перемычка 5). В результате частота резонатора либо увеличивается, как для резонатора, образованного электродами 6, либо уменьшается - как для резонатора, образованного электродами 7. С помощью измерительной схемы измеряются резонансные частоты резонаторов и производится вычитание резонансных частот генераторов, составляющих в этом случае дифференциальную схему. Поскольку края перемычек как бы жестко защемлены в пластине, перемычки обладают большим запасом статической устойчивости, что способствует получению максимальных значений полезной девиации частоты резонаторов, а следовательно., и повьшгению точности датчика, Предлагаемая конструкция обладает и высокой чувствительностью, так как при изгибе пластины в ней, а следовательно, и в перемычках, возникают большие механические напряжения. Вследствие того, что толщина перемычек может быть выбрана очень малой, но не меньше толщины, соответствующей пределам прочности материала на растяжение и статической устойчивости перемычек на сжатие, напряжения в них могут быть очень велики. Технологически более удобно выполнять перемычки, смещенные в одинако- 12(S230S

BOM направлении. Поэтому на практике могут быть испольяованы оба варианта конструкции устройства в зависимости от конкретной ситуации.

По сравнению с известным предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность и чувствительность датчика практически на порядок.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, перемычки имеют форму утоньшенных участков пластины, образованных углублением, вьтолненным в ней так, что толщина перемычек не превьшает половины толщины пластины, причем перемычки смещены одна относительно другой в плоскости пластины, а также по толщине относительно средней плоскости пластины на расстояние, не менее половины толщины перемычки. 2. Устройство поп.1,отли-, чающееся тем, что перемычки смещены по толщине относительно сред-, ней плоскости в противоположных направлениях. (Л $i Т1 Фи. /

/-/

6-6

фиг. 2

v

J

f(

л )Л

if

V

фиг.З

фиг Л