Датчик силы Советский патент 1988 года по МПК G01L1/16 G01L1/10 

I S

(Л

« о 4;

00 4

Изобретение относится к технике измерения механических усилий и может быть иснользовано при создании датчиков силы давлений, перемещений, ускорений и т. д.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На чертеже представлен предлагаемый датчик силы.

На фиг. 1 показана конструкция датчика силы для случая, когда диаметр упругого кольца больше диаметра жестких цилиндров; на фиг. 2 - то же, когда диаметр упругого кольца меньше диаметра жестких цилиндров; па фиг. 3 - конструкция упругого кольца, в котором внутренние выступы лежат на одной оси с опорными выступами со стороны

ца 4 и 5 соединены в единое упругое кольцо 3 по плоскостям опорных выступов 6 и скреплены, например, сваркой.

Во время сборки ньезокварцевь1е резонаторы 9 и 10 устанавливаются в упругие

5 кольца 4 и 5 и кольца устанавливаются друг на друга опорными выступами. Путем создания силы на фланцы опорных выступов добиваются совмешения опорных плоскостей опорных выступов. При этом пьезокварце10 вь1Й резонатор 9 испытывает усиление под- жатия (фиг. 5 и 6), а пьезокварцевый резонатор 10 - ослабление. Величина усилия поджатия и ослабления определяется выбором угла

,36-10 О//г,

плоскости раздела; на фиг. 4 - то же, в ко- 5 где D - диаметр дискового пьезокварцевого

ца 4 и 5 соединены в единое упругое кольцо 3 по плоскостям опорных выступов 6 и скреплены, например, сваркой.

Во время сборки ньезокварцевь1е резонаторы 9 и 10 устанавливаются в упругие

кольца 4 и 5 и кольца устанавливаются друг на друга опорными выступами. Путем создания силы на фланцы опорных выступов добиваются совмешения опорных плоскостей опорных выступов. При этом пьезокварцевь1Й резонатор 9 испытывает усиление под- жатия (фиг. 5 и 6), а пьезокварцевый резонатор 10 - ослабление. Величина усилия поджатия и ослабления определяется выбором угла

,36-10 О//г,

где D - диаметр дискового пьезокварцевого

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва. В датчике силы упругое кольцо, связанное с силовводящими цилиндрами 1, выполнено из двух частей, соединенных по плоскости, проходящей через центр датчика перпендикулярно его продольной оси симметрии. Обе части, представляющие собой упругие кольца 4 и 5, устанавливаются друг на друга наружными опорными выступами 6. На внутренних выступах 7 кольца 4 закреплен дисковый пьезокварцевый резонатор 9 с поджатием до упругой деформации, выбранной в пределах (0,65-1,0) . Дисковый пьезокварцевый резонатор 10 поджат на внутрейних выступах 8 до упругой деформации в пределах (0,1-0,35)Х (D - диаметр резонатора). Изменение воздействующей на датчик силы вызывает изменение резонансной частоты пье- зорезонаторов 9 и 10. Силочувствительные оси пьезокварцевых резонаторов совпадают с осями, проходящими через центры внутренних выступов 7 и 8. 6 ил.

тором опорные выступы лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центры внутренних выступов со стороны плоскости раздела; на фиг. 5 - вид части упругого кольца, в котором внутренние выступы совпадают с опорными выступами до соединения упругого кольца в единое целое; на фиг. 6 - то же, в котором внутренние выступы совпадают с опорными выступами после соединения упругого кольца в единое целое.

Датчик силы состоит из жестких цилиндров 1, соединенных коническими перемычками 2, составляюшими угол ф с упругим кольцом 3, разделенным в плоскости, перпендикулярной его оси, на две части в виде упругих колец 4 и 5, на плоскости раздела которых выполнены диаметрально противоположные наружные опорные выступы 6, опорные поверхности которых до соединения составляют с нлоскостью раздела угол а. В первом упругом кольце 4 центры опорных выступов 6 лежат в плоскости, проходящей через ось упругого кольца 3 и центры внутренних выступов 7, опорные поверхности пьезокварцевых резонаторов перпендикуляр- пы опорным поверхностям опорных выступов 6. Во втором упругом кольце 5 центры опорных выступов 6 лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось кольца и центры внутренних выступов 8. На внутренних выступах 7 закреплен дисковый пьезокварцевый резонатор 9 с поджат I I ( С Г . ( Г)г- 1 J-4DП М П Я йТ- ГЧ

тием (0,65-1,0)-10 D, где D - диаметр резонатора для случая, представленного на фиг. 1, и с поджатием (0,1-0,35) для случая, представленного на фиг. 2. На внутренних выступах 8 установлен дисковый пьезокварцевый резонатор 10 с поджатием (0,1 0,35)-10-- D и (0,65-1,0). IQ- D для случаев, представленных на-фиг. 1 и фиг. 2 соответственно. На дисковых пьезокварцевых резонаторах напылены электроды И, соединенные с токовыводами 12. Механические оси закрепленных дисковых пьезокварцевых резонаторов 10 и 11 совпадают с осями, проходящими через центры внутренних выступов 7 и 8 соответственно. Упругие коль

п 5

0 0

5

5

0

5

резонатора;

h - расстояние от места кренления дискового пьезокварцевого резонатора до утоньшения на конусной поверхности 13.

После соединения опорных выступов по плоскости упругие кольца 4 и 5 соединяются сваркой в единое упругое кольцо 3.

Датчик силы работает следующим образом.

Измеряемая сила F прикладывается к жестким цилиндрам 1 в направлении оси датчика. Через конические перемычки 2 эта сила передается на упругие кольца 4 и 5 и через них на опорные выступы 6. Угол ф, образованный коническими перемычками, определяет величину боковой составляющей / fi / tg({;/2. Эта сила приложена к упругому кольцу по периметру опорных выступов и направлена наружу для случая, представленного на фиг. i, и внутрь для случая, представленного на фиг. 2. В результате происходит ослабление пьезокварцевого резонатора 9 и сжатие пьезокварцевого резонатора 10 для случая, представленного на фиг. 1, и наоборот, сжатие пьезокварцевого резонатора 9 и ослабление 10 для случая, представленного на фиг. 2.

В результате изменения воздействия изменяется резонансная частота пьезокварцевых резонаторов, а так как изменения воздействий противоположны по знаку, то противоположно и изменение резонансной частоты. Следовательно, разность частот , где f 1 и /2 - резонансные частоты пьезокварцевых резонаторов, причем величина изменения Л/ будет максимальна для данного типа резонаторов, так как на оба резонатора воздействие силы происходит по осям, имеющим максимальную силочувст- вительность.

Формула изобретения

Датчик силы, содержащий упругое кольцо, механически связанные коническими перемычками с силовводящими цилиндрами, два пьезокварцевых резонатора, закрепленных каждый соответственно на двух диаметрально противоположных внутренних лу1Ч)- вых выступах кольца так, что их н.юскости параллельны друг другу, еимметричны относительно центра датчика н иернендику- лярны продольной оси симметрии датчика, отличающийся тем, что, с целью иовышения чувствительности, упругое кольцо выполнено из двух частей, соединенных по плоскости, проходящей через центр датчика и перпендикулярно его продольной оси симметрии, в каждой из частей упругого кольца выполнены по два диаметрально противоположных наружных опорных выстуиа, центры которых совпадают с нлоскостью, проходящей через центры внутренних выступов первой части

Ko.ibiia, и иорнондикхлярно и/юскогтн. нр . ходяпюй через центры внутренних иькмлпоп BTOpoii частн кольца, сн.ючувсгви re.HiHbn осп ньезокварцевых резона горой coiuubuiioi с осями, проходящими через цеитры вн i ренних выступов, на KOTopi.ix закреплены резонаторы, при этом ньезокиарнсвый резонатор первой частн ко.1ьца поджат до унрУ гой деформации, выбрянно н нределах (0,65- 1,0) 10 -D. а иьезокварцспый резонатор BTOpoii части кольца до хнругой деформации в пределах (0,1 (l,:in)-10 /), г де D -- диаме1 р pivuJiiaTona. причем обе части ко,1ьца механически сое,1.ииены ио н,-1ос- кости наружн111х опорных выстунов.

/

Фиг.2