Пьезоэлектрический датчик статических усилий Советский патент 1987 года по МПК G01L1/16 

13

Изобретение относится к силоизме- рительнон ткхнике, может быть, использовано в различных отраслях промышленности и в лабораторной практике для измерения статических усилий, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 501306.

Целью изобретения является повьшге ние чувствительности.

На фиг.1 показана конструкция пьезоэлектрического датчика статических усилий; на фиг.2 - зависимость peso- нансной частоты датчика от соо.тноше-

кия диаметров электродов - (диаметра

дискового электрода d к наружному диаметру кольцевого D) при возбуждении со стороны диска (кривая а) и кольца (кривая в); на фиг.З - зависимость чувствительности датчика от

d отношения диаметров электродов г при

возбуждении со стороны диска (кривая г) и кольца (кривая d); на фиг.4 - вид одного из электродов пьезотранс- форматора, разделенного на диск и пять колец.

Датчик содержит цилиндрический пьезоэлектрический преобразователь (пьезотрансформатор) 1, на торцах которого расположены электроды в виде кольца 2 и диска 3, установленный в пазах держателей 4, генератор 5 и измерительный прибор 6.

Датчик (фиг.1) работает следующим ©бразом.

Подключают один из электродов, например, в виде кольца 2 к генератору 5 электрических колебаний, настроенному на резонансную частоту радиальных колебаний пьезотрансформатора, а второй электрод, например, в виде диска 3 - к измерительному прибору 6 Пьезотрансформатор под действием возбуждающего напряжения совершает механические колебания за счет чего, на электродах 3 появляется электрическое напряжение, изменяющееся с частотой механических долебаний. Величина напряжения определяется измерительным прибором 6. Под действием измеряемого статического усилия Р, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда механических колебаний пье- зотрансформатора уменьшается и, следовательно, уменьшается переменное электрическое напряжение, снимаемое

Q

, 15

0

5

п

5

5

0

662

с электродов 3, что фиксируется измерительным прибором 6.

Аналогично работает датчик, если генератор 5 подключить к электроду в виде диска 3, а измерительный прибор 6 к электроду в виде кольца 2.

В примере конкретного выполнения используется пьезоэлемент 0 32х 12 мм из пьезокерамики ЦТС-19 с зазором между электродами, равным 0,3 мм. . Держатели изготавливаются из стали 45 с углом ci 120 „

Оптимальное соотношение диаметров

d электродов tr определяется на одном

пьезоэлементе следующим образом.

На токарном станке с помощью резца шириной 0,2 - 0,3 мм электроды пьезотрансформатора делятся так, как это показано на фиг,4.

Затем кольца 8-12 соединяются между собой и подключаются к генератору 5, а ди ск 7 подключается к измерительному прибору 6. Измеряются резонансная частота и чувствительность пьезотрансформатора при указанном подключении.

Аналогичные измерения проводятся при подключении генератора к диску 7, а измерительного прибора к соединенным вместе кольцам 8 - 12.

Далее, диск соединяют с кольцом 8 (что приводит к увеличению диаметра d) и подключают к измерительному прибору, а соединенные между собой кольца 9 - 12 - к генератору.

Измеряются резонансная частота и чувствительность так, как это описано Bbmie.

Указаннь е измерения повторяются . при последовательном увеличении диаметра диска соединением соответствующих электродов (при последующих измерениях к диску 7 с кольцом 8 последовательно подключаются кольца 9 - 12).

Строилась зависимость резонансной

частоты fp от соотношения - (фиг.2)

при возбуждении с диска (кривая а) и возбуждении с кольца (кривая в). Строится также зависимость чувст сd

вительности S от соотношения -

(фиг.З) при возбуждении с диска (кривая г) и возбуждении с кольца (кривая d) .

- 1

Как видно из фиг.2, резонансные частоты при возбуждении с ди ска и кольца совпадают при соотношении -

0,578. Этой частоте соответствуют максимумы на кривых чувствительности (фиг.З). Максимальная чувствительность наблюдается при соотношении диаметров от 0,5 до 0,,КТц

321664

Формула изобретения

Пьезоэлектрический датчик статических усилий по авт. св. 501306, 5 отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, отношение диаметра дискового электрода к наружному диаметру кольцевого электрода выбирается в пределах от 10 0,5 до 0,7.

Изобретение относится к силоиз- мерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности. Подключают электрод 2 к генератору 5 электрических колебаний, а второй электрод 3 - к измерительному прибору 6. Пьезотрансформатор 1 совершает механические колебания, за счет чего на электродах 3 появляется электрическое напряжение, величина которого определяется измерительным прибором 6. Под действием измеряемого статического усилия, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда колебаний пьезот рансформатора уменьшается и уменьшается переменное электрическое напряжение, снимаемое с электродов 3, что фиксируется измерительным прибором 6. Аналогично работает датчик при подключении измерительного прибора 6 к электроду 2, а генератора 5 электрических колебаний - к электроду 3. 4 ил. (Л со оо 1С |мА 05 05 D Р N} Фиг.1

7в- 76- ,

0.5

S/A

0.1

0.8

}

6

5t

5- 2

О

ОМ

0.5

М

0.6 Фиг.З

0.7

0,8

Составитель А. Экономов Редактор Г. Волкова Техред м.Ходанич Корректор И..Муска

Заказ 3823/37

Тираж 776Подписное

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, А

ФыгЛ