Датчик силы удара Советский патент 1987 года по МПК G01L5/00 G01L1/16 

Ипобре ТСИИС 1ТПмГИ1 -и , I,

измерения СИ.Ч1 y;iaii,-i , гччисг к /т.пчи- кам, служащим для и- -к 1н-чия « илы vn.a- pa. Например ги.пы y. i.ip, iiiri сГ иых рычагор по Г)ума1 ( налу гпипу- щей машиш,.

.Цель изоСфс гения - поиьпиение гич- ности и помехозашищгипости.

На фиг.1 пзображс по ycTpoiinno со стороны упруг(тй пластпиы, общий вид; на фиг.2 - разроч Л-Л на фи г. .

Датчик силы удара соспч пт из жесткого корпуса 1, ручки 2, кон1актных проводок 3, пьезокристалла 4, упругой тонкой n. iacTUHhi 5.

Конкретное исполнение дач чика осуществлено для установки его на бумагоопорный вал нишущей машины с целью измерения силы удара литейного рычага пишущей машины. Жесткий корпус 1 с ручкой 2 устанавливается на бумагоопорный вап 6 пишущей машины. Чувствительный элемент - упругая тонкая пластина 5 - опирается иа края выреза в корпусе . Один- конец упругой тонкой пластины прикреплен к корпусу (припаян в зоне а) другой конец прижат к корпусу в зоне с. Посредине упругой пластины с тыльной стороны в точке F прижат пьезоэлектрический преобразователь незашемлен ным концом так, чтобы при установке датчика на бумагоопорный вал пишущей машины между концом пьезопреобразо- вателя и поверхностью бумагоопорного вала был зазор f , исключающий касание пьезопреобразователя поверхности бумагоопорного вала при рабочих деформациях . В нашем случае составляет 1-1,5 мм. Сила предварительного прижима упругой пластины к корп су в точке с и сила предварительного прижима пьезоэлектрического преобразователя в точке в противонаправ лет, и соотносятся так, что в результате действия этих двух сил в зоне с между корпусом датчика и угфугой пластиной не возникает зазор, а действует некоторая сила прижатия. Например, сила в зоне точки с должна быть в 3-5 раз больше силы прижатия пьезоэлектрического преобразователя в точке в. В качестве пьезоэлектри- ческог о преобразователя применен пьезокристалл от бытовых электропроигрывателей. Пьезоэлектрический преобразователь устанавливается консоль80

Но, т.е. жестко защемлен н.ч корпусе датчика в резиновых прокладках одним конц(зм, на котором имен)тся Р(ыводные провода, и касается понерхн(.сти унруг ой пластипы другим незашекчен- ным концом в точке в. Такое выполнение датчика повьшыет ei o чуис1иитель- ность к измеряемым ударным нагрузкам ) и одновременно делает его невосприимчивым к помехам. Невосприимчивость к различнот о рода помехам об1 ясняет- ся следующим. Жесткий корпус, устанавливаемый на бумагоопорный вал р| пишущей машины или друг ого печатающего устройства, воспринимает колебания помех без деформаций, т.е. колеблется во всех точках одинаково , в том числе и в -зоне консольного за- 0 крепления пьезоэлектрического преобразователя. На последний передаются колебания помех от корпуса датчика. Но, как малоинерционное и достаточно жесткое тело, пьезоэлектрический

Ь преобразователь не деформируется под действием колебаний помех, а колеблется вместе с корпусом. Колебания помех от корпуса передаются также и на упругую пластину, которая в силу

0 своей малой инерционности колеблется вместе с корпусом и пьезоэлектрическим преобразователем. Таким образом, колебания основных частей датчика - корпуса, пьезоэлектрического преоб5 разователя и упругой пластины - . одинаковы по амплитуде, направлению и совпадают по фазе. Поэтому, колеблясь во всех точках одинаково, пьезо;лек7 рический преобразователь

0 не деформируется и не генерирует пьезоэлектрическую ЭДС помех. Иначе реагирует датчик на поле-мюе воздействие - удар литерного рычага гш- щущей машины. Под воздействием силы

45 удара литерного рычага па упругую тонкую пластину она изгибается и воздействует на незашемлснный конец пьезоэлектрического преобратонате.ия . Так как корпус датчика доста1()чно

50 массивный и плотно устанонлеи на бумагоопорный вал, имеющий тельную массу, инертность обоих физических тел большая. Под действием полезной ударной нагрузки, действую55 гаей на упругую пластину п зоне в, упругая пластина ичг-ибао1ся, не возмущая корпус датчика с бумагоопорным ва-пом пишущей маишны. ГЬ езоэлектри- ческий преобразонатедь испытывает

действие на KOIUMI, прижатьгГ ic упругой пластине, и и го же время нахс- дится п сос тоянни гкжоя ил другом конце, прикрепленном к корпусу длт- чика. При -этом п1.езоэлектр11ческиГ( преобразона гел;, микродеЛормируется и Г енерирует ДГ, величина и форма которой соответстряует полезному механическому воздействию. Величина ЭДС, reHepHpyehft.ul П15езоэлектрически преобразователем, зависит от соотношения силы измеряемого удара к жесткости упругой пл.чстины и ги езоэлемг та. Соотношение указанных величин определяет чувс гвител1 ность датчика величина которой устанавливается в результате тарирования датчика на тарировоч {ом стенде, имеющем эталонный источутик динамической силы. Лпя увеличения чувствител 1Ности да1чика жесткость упругой гьпастины подбираеся такой, чтобы максима:17зиый прогиб в середине ее гтоп де1(стви€ м измеряемой силы удара сосчаплял 0,2 - 0,3 мм. Пьезоэлектрическш преобразователь является донолыю жестким, но хрупким элементом датчика, поэтому в целях снижения ег о в шяния на чувствительногт ь датчика и сохранения от поломок на конец пьезопреоб- разователя, F;O rrjjibiM сч касае1гя упругой пластины, 1 1- Ик. 1еена резиноиаи прокладка в виде кольца. Электрический сигкап с. IIЬ(зo лeктpичecкoг(J преобразователи подается на ных(1дные клеммы, с них - на измерительный прибор. П клчсм тпе измерительного прибора бчть использован двух- лучево) з;п1о-.1и.чаи1ииГ1 осциллогра } С8-2, которми |)Г1ес||ечипает непосред- ственнш 11.,:1М1ие х.чрактера изме7 Г. Ж)

риемой ударпо силы и 4.tuo -:iiii,iHHi его в форме гра|| ик,1 С игнал - ирем.ч .

Испытания да-1чик,1 силы v;iap.:t проводились на ншпушей машине 1111-2 1 --О.. Быта опрехи-лена сила улара ( -читерного рычага в B(. pxiit M и нижнем регистрах. В резул|)Тате исньимний 6i.uia подтверждена малая инерционное п. IQ датчика, которая позволила получить максимальное соответствие механического воздействия форме электрического сигнала (на экране осциллографа наблюдалась соответствующая кршмч), 1Ь устойчивое и четкое изображение электрического сигнала без цомех и иска- жеций. Максимальная раскачка ампли- тудноГ1 значения напряжения наблюдалась до 25 Вольт. Тарир1)вка устанот - ;( ки проводилась с помощью удара мерных шариков массой 10 - 1() г.

Формула изобретения

Датчик силы удара, содержащий корпус с консольно закрепленным на нем пьезоэлектрическим преобразователем, свободный конец которого связан с силовоспринимающей цлотадкпт, ci т 30 л и ч а ю щ и и с я тс-м, что, с

целью повы1ие1шя точносги и пс - н хпза- ЦИ1ценности, в него инсдд На упругая пластина, один конец ког .рш) жесткст закреплен ца корпусе, а z pyrrn под.ат

-jt-i нему, силовосцриним. иощан гиь.мцадка выполнена в виде резиноиой прокладки, поджатой к средней части у |ругой пластины через цьезо лектричеср:И11 преобразователь, причем сц.ча поджачия

II) пластииы к Kiipnycy выбрана в 3 - 5

раз больше с {лы цоджатия прес бразон,- теля к упругой пластине.

,

Изобретение может быть использовано для И эмерения силы удара литерных рычагов по бумагоопорному ул- лу пишущей машинки. Цель изобрете- }{ия - повышение точности и помехозащищенности устройства. На корпусе I жестко закреплена одним кондом упругая пластина 5. Второй ее конец ii; ;i- жат к корпусу I с силой, в 3-5 рлч превышающей силу гюджатия к ней п,езоэлектрического нрсобрачовател 4. Изгибаясь под действием удар.ч ми- тсрпог о рычага, п,п.5стина 5 В(тчде| тт- вует на незащег итемн1.|й конец пьезоэлектрического (1бр; Ч1Я агеля - ( . Злектрический сигнал с преобрл овате- ля 4 поступает на измер1гтг;;ьиы;1 прибор. Лтя предохранения iipc o5p, теля 4 от поломок ia его кс им.е, ке-н- тактирующем с пластпно ; 5, прнкле1М1а резиновая кол1 невля нрскллдка. т. (Л

Редактор М.Петрова

Составитель А.Экономов Техред М.Моргентлл

Заказ 4119/37Тираж 776Подписное

ВИИИПМ Государственного комитета СССР

tio делам изобретений и открытий М3035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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

Корректор М. Illapi