Преобразователь силы Советский патент 1986 года по МПК G01L1/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий в различных весовых устройствах.

Известны преобразователи силы с частотным выходом, содержащие упругий элемент, выполненный в виде кон127

сольной балки и упругой перемычки, которые соединены с основанием, жестко прикрепленным к фундаменту. lj .

Однако этот преобразователь характеризуется большой чувствительностью к влиянию присоединенных внешних систем, в результате чего меняется его градуировочная характеристика и уменьшается точность. Кроме того, конструктдия этого преобразователя достаточно сложна.

Наиболее близким к изобретению по технической суш,ности является преоб- Фазователь силы, содержащий упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и связанного с ней при помощи сосредоточе шых шарниров углового рычага, резонатор, вьшолненный за одно целое с упругшч элементом 2 .

Однако при действии измеряемого усилия в местах контакта упругого элемента с ножевыми опорами возникают значительные нормальные и касательные напряжения, которые при длительном воздействии усилия и при его циклических изменениях приводят к смятию ,поверхности кольцевой канавки упругого элемента, при этом увеличивается площадь контакта между упругим элементом и ножевыми опорами, и известный преобразователь становится чувствительным к влиянию внешних присоединенных систем, которые могут искалсать его градуИровочную характеристику. Все, это с нилсает точность преобразователя и приводит к уменьшению межповерочного срока. .

Известно, что чувствительность известного преобразователя зависит

от отношения

А . -g-, где А расстояние

от оси сосредоточенньпс шарниров до силоприемной части (до линии действия измеряемой силы Р) ,, а Б -- рассто яние от оси. шарниров до места заделки резонатора с угловым рычагом. Окно, выполненное в консольной балке под резонатором в известном преобразователе, не может быть существенно уменьшено по высоте, поскольку его

15

20

25

10

45

786292

размеры определяются главным образом конструктивными размерами кронштейна с электромагнитами, поэтому уменьшить размер Б и тем самым увеличить чувствительность известного преобразователя и расширить диапазон измерения усилий в сторону меньших нагрузок при сохранении его габаритов и массы не представляется возможным. Увеличение чувствительности преобразователя возможно лишь за счет увеличения расстояния А, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы известного преобразователя.

К недостаткам известной конструкции следует также отнести значительную удельную металлоемкость (т.е. отношение массы к номинальному усилию) упругого элемента, выполненного в виде сплошного цилиндра. Это приводит к излишнему расходу материала, из которого выполнен упругий элемент, а также ухудшает работу преобразователя в условиях вибраций и ударов, поскольку при этом на среднее значение усилия, которое необходимо измерить, накладываются колебания углового рычага, амплитуда которых прямо пропорциональная массе уг- рового рычага. Эти наложения приводят к появлению дополнительной погрешности усреднения, величина которой тем больше, чем больше масса углового рычага, что снижает точность преобразователя и ухудшает его динамиг ческие характеристики.

Кроме того, Конструкция упругого элемента известного преобразователя сравнительно сложна и недостаточно технологична.

30

35

Ю

5

0

5

Цель изобретения - повьшхение точности за счет улучшения временной стабильности и повышения динамических характеристик.

Цель достигается тем, что преобразователь силы, содержаш;ий упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и связанного с ней при помощи сосредоточенных шарниров углового рычага, резонатор, выполненный за одно целое с упругим элементом, снабжен планкой, а упругий элемент выполнен в вида П-образного профиля, в горизонтальной части которого расположен резонатор, а в боковых частях - шарниры, при этом планка.прикреплена к боковым частям консольной балки. Консольная балка и угловой ры3 1

чаг упругого элемента могут.быть выполнены со скосами в боковых частях П-образного профиля.

На фиг. 1 изображен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - упругий элемент.

Устройство содержит упругий элемент 1, выполненный в виде П-образного профиля, резонатор 2, систему 3 возбуждения, консольную балку 4 и угловой рычаг 5. При помопщ сосредоточенных шарниров 6 соединены между собой консольная балка 4 и угловой рычаг 5, а боковые части консольной , балки 4 в свою очередь связаны между собой планкой 7.

Резонатор 2 выполнен в 1 оризонталь ной части П-образного профиля за одн целое с упругим элементом 1 и пред- ставляет собой призматический стер

жень, обладающий собственной изгиб- ной жесткостью. Один конец резонатора связан с угловым рычагом 5, другой - с консольной балкой 4. Механические напряжения в резонаторе при отсутствии внешней нагрузки () близки к нулю.

Расстояние от оси шарниров 6 до силоприемной части преобразователя, выполненной в виде тонкой стальной ленты 8, определяет размер А большого плеча рычага 5, а размер малого плеча Б определяется расстоянием от оси шаниров 6 до места заделки резонатора 2 с угловым рычагом 5.

Система 3 возбуждения преобразователя состоит из электромагнитов 9 и 10, установленных в кронштейнах 11, которые в свою очередь закреплены на горизонтальной части П-образно го профиля с двух ее сторон, и усилителя 12 возбуждения. Система 3 возбуждения служит для преобразования механических колебаний резонатора 2 в электрические колебания.

Для улучшения работы преобразователя в условиях механических вибраций и ударов и повьшения его динамических свойств в боковых частях углового рычага 5 могут быть вьтолнены скосы (фиг. 3), уменьшающие его Majc

Применение П-образного профиля

су и увеличивающие резонансную частоту упругой системы. Скосы служат для 55 одинаковой толщины позволяет исполь- ,контроля сборки системы 3 возбужде- зовать листовой или полосовой мате- ния.риал, что упрощает процесс изготовПланка 7, которая может быть вы- ления упругого элемента, применяя полнена кз различного материала, нап- для этого простые и высокопроизводиример стали, установлена на торцах боковых частей консольной балки 4 при помощи сварки или механическим путем. Она связывает боковые части консольной балки и служит для крепления преобразователя в корпусе или на месте его установки.

Преобразователь силы с частотным выходом работает следующим образом.

При воздействии измеряемого усилия Р на силоприемную часть 8 в резонаторе 2 возникают продольные напряжения растяжения, зависящие от отА

ношения ---, ь

которые изменяют его

поперечную жесткость, а следовательно, и частоту его поперечных (изгиб- ных) колебан1ш. Система 3 возбуждения обеспечивает актоколебательный режим работы резонатора 2. Изменение частоты колебаний резонатора 2 несет информавдю о величине измеряемого усилия Р.

Выполнение упругого элемента в виде П-образного профиля и введение планки, связывающей боковые части консольной балки, делает преобразователь нечувствительным к влиянию присоединения его к различным внеш5

0

5

временную стабильность градуировоч-- ной характеристики и увеличить меж- поверочньт срок, т.е. в конечном счете повысить точность преобразователя.

Расположение шарниров в боковых частях П-образного профиля позволяет сравнительно просто повысить чувствительность преобразователя путем изменения расстояния Б от резонатора в месте его заделки с угловым рычагом до оси сосредоточенных шарниров, т.е. позволяет создать ряд преобразователей силы наменыпие нагрузки,унифицированные по своим геометрическим размерам.

Кроме того, выполнение упругого элемента в виде П-образного профиля резко сокращает удельную металлоем- 0 кость преобразователя силы, улучшает его работу в условиях механических вибраций и ударов и повышает его динамические характеристики.

Применение П-образного профиля

5 одинаковой толщины позволяет исполь- зовать листовой или полосовой мате- риал, что упрощает процесс изготов51278629

тельные операции (вьфубка заготовки с последующей гибкой). Это приводит к уменьшению расхода материала упругого элемента.

Испытания предлагаемого преобразователя силы с частотным выходом

показали, что в них отсутствует отрицательный эффект влияния присоединенной массы при их закреплении , а основная погре ппость не превосходит 0,04 % от номинального значения.

.2

Редактор И.Дербак

Составитель А.Северин Техред Л.Олейник

Заказ 6822/36Тираж 778Подписное

ВНИИПИ 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

Корректор А. Ильин