Многопредельный измеритель усилий Советский патент 1986 года по МПК G01L5/16 G01L1/16 

«

Изобретение относится к силоизме- рительно й технике, а именно к технологическому приборостроению, и может быть использовано в робототеЗсни- ке и для измерения силовых характеристик нагружения по нескольким направлениям, а также для прецизионного взвешивания объектов.

Цель изобретения - повьшение точности и расширение диапазона изме.- рений.

На фиг, 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства , на фиг, 2 - разрез А-А на фиг, 1J на фиг, 3 - крьшпса устройства, вид сверху.

Измеритель содержит многогранный пьезокварцевый срез 1, имекщий четное число боковых граней 2, причем противоположно расположенные грани параллельны между собой, и две параллельные между собой главные грани 3, в центральных частях которых выполнены вогнутые криволинейные поверхности 4, которые могут быть сферическими (двояковогнутая линза)j эллиптическими или асферическими.

Сферические криволинейные поверхности применяются для обеспечения распределения осевой силочувствитель нобти (для многогранного пьезоквар- цевого AT среза) по боковым граням согласно зависимости

Кд(ц)в2,75-1СГ , (1)

где К.(ц ) - коэффициент силочастот- ной чувствительности в зависимости от углового положения боковой грани.

Эллиптические криволинейные поверхности применяются в случае необходимости эллиптической деформации зависимости ()J т.е. для уменьшения си- лочастотной зависимости на одних боковых гранях и расширения ее на других боковых гранях.

Асферические криволинейные поверхности применяются в случае необходимости повьш1ения нагрузочной способности по главным граням.

На главных гранях 3 крепятся гер- метизирукидие крьшжи 5 из прозрачного материала, покрытого светозащитным покрытием 6, в котором выполнены просветленные участки - сканирующие окна 7, служащие для направления сканирования лазерного луча при

786341 .

подстройке частоты пьезоэлектричес - ких колебаний. .

На средних участках вогнутых криволинейных поверхностей 4 нанесены 5 электроды 8, электрически соединенные с подстроечными мишенями 9 и электрическими выводами 10, служащи- ми для подключения электродов к блоку 11 преобразования, выход которого О подсоединен к индикатору 12,

Работа устройства основывается на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах и силочастотном эффекте .

15 Измеритель работает следующим образом .

От блока питания (не показан) подают напряжение на электронные блоки (блок П преобразования и ин- 20 дикатор 12).

Для измерения усилия или массы груза устройство устанавливается на основание. Например, для нагружени .по главным граням 3 устройство уста- 25 навлиаается герметизирующей кршпкой на основание так, что направление местной вертикали NN совпадает с осью силочастотной чувствительное-, ти XX.

30 Грузоподъемность в этом случае определяется площадью параллельных частей главных граней 3, т.е.

(2)

где G - грузоподъемность(кг/мм / для пь(гзоэлектрического квариа при деформации сжатия G... 400 s(

35

дов максимально допустимое механическое напряжение, кг/мм ; S - площадь параллельной части

главной грани, м . Вдоль оси силочастотной чувствительности XX создается усилие или на герметизирующую крьшгку 5 устанавливается груз (не показан), массу ко-, торого требуется измерить.

В силу действия силочастотного эффекта масса.груза (или усилия) вызывает отклонение . (повьщ1ениё) частоты пьезоэлектрических колебаний согласно зависимости

...,. -fo к ra.g.f 55 i i

(3)

где uf - отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний, Гц;

31

Kf - силочастотный коэффициент

M.C/H;

F - вектор усилия, кг; fjj - значение начальной частоты, Гц;

D - геометрический коэффициент (поперечное сечение кварцевого среза), м ; п - номер гармоники; - коэффициент заделки (при

жесткой заделке ), m - масса груза, кг; g - гравитадаонная составляющая, м/с.

Электрический сигнал, прирост частоты которого изменяется прямо пропорционально от действующего усилия или массы груза, от электродов по электрическим выводам 10 подается на блок И преобразования (например, автогенератор, выполненньй на микроэлементе ЛАЗ серии 155), с выхода которого снимается на индикатор, где индицируется в единицах силы при измерении усилия или в единицах массы при измерении массы груза.

После выполнения измерения груз. снимается с герметизирующей крышки 5, и устройство снова готово к работе .

При необходимости измерения с

.большим коэффициентом преобразования многогранный пьезокварцевый срез 1

.устанавливают на основании на заданную боковую грань 2, на противоположную, параллельную ей, устанавливают груз (чем создают усилие). Далее измерение производится как указывалось при воздействии по главным граням.

В случае ухода частоты (начального значения) пьезоэлектрических колебаний направляют лазерный луч от под строечного лазера (не показан) на один из просветленных участков - ска нирующее окно 7 перпендикулярно его поверхности. Сканируя лазерным лучом

786344

вдоль указанного просветленного участка, сканирующей дорожкой выжигают часть выбранной подстроечной мишени 9, наблюдая по частотомеру (не

5 показан) за отклонением частоты пьезоэлектрических колебаний. При достижении пьезоэлектрическими колебаниями заданного значения прекращают выжигание подстроечной мищени 9, и устtO ройство снова готово к работе.

При старении пьезоэлектрического кварца уход частоты пьезоэлектрических колебаний может появиться вновь. Тогда указанным образом выжигают

15 часть этой же подстроечной мищени 9 или следующей.

Светозащитное покрытие 6 защищает электроды 8 и электрические выводы 10 от случайного попадания лазер20 ного луча на них.

Формулаизобре тения

1,Многопредельный измеритель уси- 25 ЛИЙ, содержащий размещенные в корпусе силовводящий элемент, выполненный в,виде пьезорезонатора с электродани, подключенными через блок преобразования к индикатору, о т л и ч а ю-i

щ и и с я тем, что, с целью повьщ1е- ния точности-и расширения диапазона измерений, силовводящий и чувствительный элементы выполнены в едином моноблоке в виде правильного многогранника с параллельными главньми гранями, в центре которого вогнутыми криволинейными поверхностями образован чувствительный элемент с электродами и подстроечньми мишенями, а корпус выполнен в виде закрепленных на главных гранях многогранника-двух прозрачных крьшек с светозав1итн1 1 покрытием и окнами, расположенными над подстроечньми мишенями.

2.Измеритель по п. 1, о т л и- ч ающийс я тем, что крышки скреплены герметично посредством оп- .

.тически прозрачного контакта.

30

35

40

«5

V

X

Редактор И.Горная

Составитель А.Экономов Техред Л.Олейник

Заказ 6823/37 Тираж 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

%2.J

Корректор Е.Сирохман

Изобретение относится к сило- измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Силовводящий и чувствительный элементы измерителя выполнены в едином пьезоблоке 1 в виде правильного многогранника с параллельными главными гранями. Чувствительный элемент образован вогнутыми криволинейными поверхностями 4 с электродами 8, электрически соединенными с подстроечными мишенями 9, Масса измеряемого груза, установленного на герметизирующую крьижу 5, вызывает отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний, фиксируемое блоком -П преобразования. з.п, ф-лы, 3 ил. 1 ГчЭ 00 о со 9и,г.1