Тензорезисторный преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01L1/22 

(Л

PU8. 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения, например, усилий, давлений.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик преобразователя при измерении быстроменяющихся входных величин.

На фиг,1 представлено конструктивное выполнение тензорезисторного преобразователя; на фиг.2 - зависимость перерегулирования 6 от отношения частот упругих звеньев; на фиг.З - зависимость времени реакции преобразова- теля tp от отношения частот свободных колебаний упругих звеньев; на фиг.4- зависимость времени -нарастания преоб

разователя t., от R.

Преобразователь содержит кольцо 1 с заключенной в нем мембраной 2 и гибкие перемычки 3 и 4, которые имеют утолщения 5 и 6 соответственно. На этих утолщениях закреплены изоляторы 7, вокруг которых намотаны проволоч ные тензорезисторы 8. Через h, 1 обозначены толщина и длина перемычек 3, а через h/i, 1 - толщина и длина перемычек 4.

Рассматривают стойку, образованную: парой гибких перемычек с уплотнением, как инерционную массу на двух плоских параллельных пружинах:

Wlf 35 и. - частота свободных колебаний; Е. - модуль упругости; Ij - момент инерции; Ij - длина; т- - масса стойки из группы;

i 1,2.

Момент инерции стойки определяется формуле

45

40

ЬЬЗ

ТГ

(2)

где b,h - ширина и толщина перемычек,

образующих стойку.

Полагая, что в преобразователе перемычки выполнены из одного материала, а также имеют одинаковую ширину, получают

1i5I . (Т,-)

/

режиме работает следующим образом.

Измеряемое быстроменяющееся давление Р воздействует на мембрану, вызывая ее поперечные колебания. Усилие, развиваемое мембраной, передается стойкам, вследствие чего стойки начинают совершать изгибные колебания. Изгибные колебания стоек вызывают

50

. тЛ,

Обозначают через R отношение час- продольные колебания тензорезисторов, тоты свободных колебаний произвольной вследствие чего изменяется пропорцио- стойки из второй группы к частоте кально изменяемому быстроменяющемуся свободных колебаний произвольной давлению Р электрическое сопротивле- стойки из первой группы

ние тензорезисторов,

«)(

р - «J:

-,(4)

Так как все стойки, принадлежащие к одной из групп, идентичны между собой, то они имеют одинаковые частоты свободньк колебаний. Первая группа стоек - первое упругое звено, а вторая группа стоек - второе упругое

0 ° 5

U4.

(5)

0

5

0

5

Проведя ряд математических преобразований, получают выражение

Ь 1 т,

ii Tf m

Таким образом,в правой части формулы (5) стоит квадрат соотношений частот свободных колебаний упругих звеньев. Поэтому при выполнении соотношения (5) частота второго упругого звена в два раза больше частоты свободных колебаний первого упругого звена.

Стойка, состоящая из перемычек 3 с утолщением 5, имеет массу т,, а стойка, состоящая из перемычек 4 с утолщением 6 - массу т. Соответствующие толщины, длины и массы выбираются так, чтобы выполнялось равенство

4 .

1 mj

На фиг.1 показан случай, при котором , 1 1, а масса стойки, состоящей из перемычек 4 и утолщения 6, в четыре раза меньше массы стойки, состоящей из перемычек 3 и утолщения 5.

Для этого в утолщении 6 выполнено отверстие. Частота свободных колебаний стойки, состоящей из перемычек 4 с утолщением 6, в дна раза больше, чем соответствующая частота стойки, состоящей из перемычек 3 и утолще ния 5. I 5 Преобразователь в динамическом

режиме работает следующим образом.

Измеряемое быстроменяющееся давление Р воздействует на мембрану, вызывая ее поперечные колебания. Усилие, развиваемое мембраной, передается стойкам, вследствие чего стойки начинают совершать изгибные колебания. Изгибные колебания стоек вызывают

0

0

продольные колебания вследствие чего изме кально изменяемому б давлению Р электриче

ние тензорезисторов,

Формула изобретения

Тензорезисторный преобразователь по авт. св. № 838443, о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повыше- ния точности измерения в условиях динамического нагружения, геометрические размеры и массы стоек, принадлежащих к группам перемычек, размещенных с одной стороны от центральной оси преобразователя, выбраны из соотношения

5 1 т

ЬЗ

1,

га

h,h, ,1 и 1, - толщина и длина соответственно гибких перемычек, относящихся к соответствующим группам;

т.

и т/, - масса стоек.

Изобретение относится к измерительной технике и м.б. использовано для измерения усилий, давлений. Б кольце 1 заключена мембрана 2, восприним1ающая измеряемое быстроменяющееся давление. Под воздействием раз-, биваемого мембраной 2 усилия стойки в виде пар гибких перемычек 3 и 4 начинают совершать изгибные колебания, вызывая изменение электрического сопротивления тензорезисторов 8. Выполнение геометрических размеров и массы стоек, размещенных с одной стороны от центральной оси преобразователя, в соответствии с соотношением hy,/h,, где h,h,,l,,l2 - толщина и длина гибких перемычек; m ,m j - масса стоек, позволяет повысить точность измерений в условиях динамического нагружения. 4 ил.

г 3

Фив. 3

5 R