: со ел
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для силоизмерительных и массоизмери- тельных устройств.
Цель изобретения - повышение чувствительности .
На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.
Преобразователь содержит пьезо- элемент 1 с кристаллодержателями 2, подключенными к автогенератору 3, соединенному с индикатором 4„
Кристаллодержатель 2 выполнен в виде магнитных чашек 5 с централь- ньгми направляющими отверстиями 6, в которых установлены перемещаемые штыри 7, на внутренних концах которых укреплены сменные наконечники-электроды 8, электрически изолированные посредством прокладок 9 от перемещаемых штырей 7.
Магнитные чашки 5 удерживаются на пассивной.части 10 пьезоэлемента 1 с помощью магнитных сил, действующих через тело пьезоэлемента 1, nq- скольку магнитные полюса N и S магнитных чашек 5 ориентированы разноименными полюсами между собой.
Возбуждаемая часть 11 пьезоэлемен та 1 (локализованная зона пьезоэлектрических колебаний), находящаяся между сменными наконвчниками-элек тродами 8, имеет ограниченный объем и габариты, определяемые зоной перекрытия внешних частей сменных нако нечников - электродов 8, подключенны через гермовьшоды 12 к автогенератору 3. Магнитные чашки 5 и перемещаемые- штыри 7 в местах механического соединения фиксируются с помощью магнитного герметичного шва 13, который обеспечивает герметичность камер 14 и соответственно возможность создания вакуума или нейтральной среды только в зоне возбуждаемой части 11 пьезоэлемента 1 (а не всего пьезоэлемента 1), что позволяет уменьшить объем, массу и габариты устройства за счет исключения корпуса устройства. Вакуумирование или заполнение объема камеры 14 возбуждаемой части 11 пьезоэлемента I нейтральным газом (например, гелием) производится помещением пьезоэлемента в вакуум (или нейтральную среду), где выполняется герметизация указанного объема посредством наложения герметизирующего шва 13.
0
5
25
зо
Пьезоэлемент 1 пьезорезонансного преобразователя силы установлен между основанием 15 и нагрузочным фланцем 16, на котором установлен силопере- дающий элемент 17, к которому при- кладьгоается измеряемая сила Р. 00- нагрузочная ось.
Автогенератор 3 может быть вьтол- нен на серийных элементах, например микросхемах.
Б качестве индикатора 4 может быть использован частотомер - электронно- сче тный.
Пьезоэлемент 1 может быть изготовлен из искусственного пьезоэлектрического кварца.
Работа устройства основана на прямом и обратном пьезоэлектрических 0 эффектах.
Перед работой от блока питания (не показан) подается напряжение на автогенератор 3 и индикатор 4.
Автогенератор 3 посредством электрического поля, созданного между двумя сменными наконечниками-электродами 8, возбуждает пьезоэлектрические колебания в локализованной зоне 11 пьезоэлемента 1.
Размер сменных наконечников-элек- тродов 8 может быть различным (сменяемым) и в зависимости от необходимых размеров (площади) локализованной зоны (подэлектродной зоны пьезоэлектрических колебаний). Расстояние сменных наконечников-электродов 8 от главных граней пьезоэлемента может быть также различным в зависимости от установки требуемой напряженности электрического поля, необходимой для стабильного (но не перенапряженного) режима автоколебаний.
После возбуждения пьезоэлектрических колебаний в локализованной зоне пьезоэлемента 1 устанавливается чувствительность устройства посредством перемещения магнитных чашек 5 по вертикали и по горизонтали при воздействии единичным грузом (или заданием единичной силы) на силопередаю- щий элемент 17.
Перемещение магнитных чашек 5 производится относительно оси 00 и граней пьезозлемента так, чтобы сила магнитного взаимопритяжения обеспечивала их удержание на гранях пьезоэлемента 1 .
После выбора и установки требуемой чувствительности магнитные чашки 3 и
35
40
45
50
55
31
металлические наконечники 8 фиксируются в заданном положении посредство наложения на их внешние части герметизирующего магнитного шва в вакуумной среде (или среде с нейтральным газом).
К силопередающему элементу 17 (вместо единичного усилия) прикладывается измеряемое усилие (или произ- водится воздействие с помощью изменаправлении нагру- в силу действия пьезочастотного эффекта) увеличивает частоту пьезоэлектрических колебаний в локализованной зЬне пьезоэлемента, которые снимаются через автогенератор 3 на индикатор А. Прирост частоты пьезоэлектрических колебаний пьезоэлемента от приложен- ной силы имеет прямо пропорциональную зависимость, поэтому увеличение силы вызывает соответствующее повышение прироста частоты uf
2
ряемой массы) Р в зочной оси 00 , которое
& К
йР f
D п
(О
АР f о - D п Ч
де uf - прирост частоты;
К I - пьезочастотный коэффициент (зависит от ориентации относительно пьезочастотньгх осей);
прирост силы;
начальное значение частоты; поперечное сечение пьезоэлемента;
-номер обертона;
-коэффициент полезного действия заделки (при жесткой заделке ).
3977
мд1520
25
;
30
35
544
Поскольку монокристаллический пьезокварц обладает упругими свойствами, близкими к идеальным (стабильность упругих коэффициентов, отсутствие гистерезиса, строгая линейность зависимости деформации от механического напряжения и др,) то исключение из нагрузочной цепи шунтирующих инородных элементов (металлического герметизирующего корпуса, крис- таллодержателей и др.) обеспечивает (при наличии вакуумной или нейтральной среды для колебающейся локализо- ванно й зоны) благоприятные условия для сохранения добротности и ст абиль- ности режимов преобразования.
При воздействии на пьезоэлемент силы деформации на локализованную зону 1 передаются по объему пьезоэлемента 1 и крепление магнитных чащек 5 на внешних поверхностях пассивной части 10 пьезоэлемента 1 не вносит искажений вектора силы.
После прекращения действия силы Р показания индикатора возвращаются к исходному значению. Формула изобретения
Пьезоэлектрический преобразова- тель силы, содержап ий пьезоэлемент с силовводящими элементами, электроды, расположенные на держателях и включенные в измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, держатели выполнены в виде магнитных чашек с направляющими отверстиями, в которых подвижно установлены штыри с электрически изолированными от них электродами.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Устройство для измерения массы | 1984 |
|
SU1530932A1 |
Весоизмерительное устройство | 1984 |
|
SU1206622A1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2001 |
|
RU2192019C1 |
Устройство для измерения массы | 1983 |
|
SU1137323A1 |
Устройство для измерения массы | 1985 |
|
SU1268962A1 |
Дифференциальный датчик давления с частотным выходом | 1989 |
|
SU1749734A1 |
Карманные весы | 1983 |
|
SU1117453A1 |
Датчик перемещений | 1978 |
|
SU727976A1 |
Весоизмерительное устройство | 1984 |
|
SU1530931A1 |
Пьезокварцевый датчик давления | 1985 |
|
SU1296871A1 |
Изобретение относится к прибо - ростроению. Цель изобретения - повышение чувствительности. Кристалло- держатель 2 выполнен в виде магнитных чашек 5 с центральными направляющими отверстиями 6, в которых установлены перемещаемые штыри 7, на внутренних концах которых укреплены сменные наконечники - электроды 8, ; электрически изолированные посредством прокладок 9. Магнитные чашки 5 удерживаются на пассивной части 10 пьезоэлемента 1 с помощью магнитной силы, действующей через тело пьезоэлемента 1, поскольку магнитные полюса магнитных чашек 5 ориентированы разноименными полюсами между собой. Работа устр-ва основана на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах. При воздействии на пьезоэлемент 1 силы деформации на локализованную зону II передаются по объему пьезоэлемента 1 и крепление магнитных чашек 5 на внешних поверхностях пассивной части 10 не вносит искажений вектора силы. 1 ил. С (Л
Датчик усилий | 1972 |
|
SU461322A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Датчик усилия | 1984 |
|
SU1234733A1 |
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Авторы
Даты
1988-05-23—Публикация
1986-06-26—Подача