Преобразователь механических усилий Советский патент 1988 года по МПК G01L1/16 G01L9/08 

Выход

4; ю ел

00

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических усилий в цифровой код.

Цель изобретения - повышение точности и надежности.

На чертеже показана принципиальная схема преобразователя механических усилий.

Преобразователь содержит корпус 1, би- морфный пьезоэлемент (БПЭ) 2, с внешни- |ми электродами 3 и 4, упругую фоль- 1гу 5, которая одновременно является внут- 1ренним электродом БПЭ 2, подключена к общему проводу и. служит для удобства закрепления БПЭ 2 в корпусе 1. Источник питания выполнен в виде генератора 6 тока выход которого подключен к электродам 3 и 4.

Измерительная схема содержит дифференциатор 7, компаратор 8, формирователь 9 1мпульсов, триггер 10 с установочным рходом 11 и входом 12 сброса, генератор 13 тактовых импульсов, ключ 14, шину 15 запуска -и схему 16 совпадения. При этом первая клемма ключа 14 заземлена, электроды 3 и 4 подключены к второй клемме ключа 14 и через последовательно соединенные дифференциатор 7, Компаратор 8 и формирователь 9 импульсов к входу 12 сброса триггера 10, установочный вход 11 которого подключен К шине 15 запуска, а выход - к управ- яюшему входу ключа 14 и первому входу схемы 16 совпадения, второй вход которой подсоединен к генератору 13 тактовых им- |1ульсов, а выход - к регистратору (не |1оказан).

I Преобразователь работает следуюш.им бразом.

I В исходном состоянии измеряемое усилие F, приложенное к БПЭ 2, приводит к его лрогибу. Триггер 10 сброшен, и на его 1 ыходе логический «О. Ключ 14 замкнут, (ja электродах БПЭ 2 отсутствует элек- fpn4ecKoe напряжение. Схема 16 совпадения Закрыта для прохождения импульсов, выра- атываемых генератором 13 тактовых им- йульсов.

Запускающий импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Ключ 14 размыкается, и открывается схема 16 совпадения, разрешая прохождение тактовых импульсов от генератора 13. При размыкании ключа 14 от воздействия генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ 2 начинает накапливаться заряд. При этом БПЭ 2 начинает развивать силу, пропорциональную величине накопленного заряда и направленную противоположно измеряемому усилию. Сила, развиваемая БПЭ 2, компенсирует измеряемое усилие F и, следовательно, уменьшает величину прогиба.

При увеличении заряда на электродах БПЭ возрастает электрическое напряжение.

0

5

0

5

0

5

0

5

причем скорость возрастания напряжений прямо пропорциональна электрической емкости БПЭ 2, так как пьезоэлектрический преобразователь характеризуется двумя предельными значениями электрической емкости: Си. - емкость при отсутствии смещения (зажатый кристалл) и Cf - емкость при отсутствии силы (свободный кристалл), которые связаны между собой известным соотношением. Таким образом, в первый момент времени, когда сила, развиваемая БПЭ, равна нулю, электрическая емкость имеет максимальное значение Си. ..

С увеличением заряда возрастает сила, развиваемая БПЭ 2 и компенсирующая измеряемое усилие F. При этом емкость БПЭ 2 уменьшается и достигает минимального значения СР в момент равенства компенсационной силы, развиваемой БПЭ 2, и измеряемой величины F.

Дифференциатор 7, подключенный к электродам БПЭ 2, формирует на выходе сигнал, величина которого пропорциональна скорости -изменения напряжения на -электродах БПЭ 2, т. е. электрической емкости БПЭ 2, так как ток заряда постоянен. Таким образом, на выходе дифференциатора 7 сигнал изменяется от максимального значения в начальный момент, до минимального значения, соответствующего моменту выравнивания измеряемого усилия F и компенсационной силы. При достижении выходным сигналом дифференциатора 7 минимального значения срабатывает компаратор .8. По фронту выходного сигнала компаратора 8 формирователь 9 импульсов вырабатывает управляющий импульс, который поступает на вход 12 сброса триггера 10 и сбрасывает его в «О.

Логический «О с выхода триггера 10 поступает на схему 16 совпадения, запрещая прохождение тактовых импульсов. При этом на выходе схемы совпадения формируется последовательный код, соответствующий измеряемому усилию F.

При сбросе триггера 10 ключ 13 замыкается, тем самым разряжая заряд накопленный на электродах БПЭ 2. Таким образом, преобразователь приходит в исходное состояние. Об измеряемой величине F судят по величине последовательного кода, сформированного на выходе схемы 16 совпадения.

Формула изобретения

Преобразователь механических усилий, содержащий биморфный пьезоэлемент, к электродам которого подключен источник питания, и измерительную схему с регистратором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в нем источник питания выполнен в виде генератора тока, а измерительная схема содержит дифференциатор, компаратор, формиро1425481

34

ватель импульсов, триггер, генератор такто-тель импульсов к входу сброса триггера,

вых импульсов, ключ, шину запуска и схемуустановочный вход которого подключен к

совпадения, при этом первая клемма клю-шине запуска, а выход - к управляющеча заземлена, электроды биморфного пьезо-му входу ключа и первому входу схемы

элемента подключены к второй клемме клю- совпадения, второй вход которой подсоедича и через последовательно соединенныенен к генератору тактовых импульсов, а

дифференциатор, компаратор и формирова-выход - к регистратору.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для преобразования механических усилий в цифровой код. Цель изобретения - повышение точности и надежности. Измеряемое усилие прогибает биморфный пьезоэлемент 2 (БПЭ). Импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Открывается схема 16 совпадения и размыкается ключ 14. При этом тактовые импульсы от генератора 13 проходят на выход преобразователя к измерительной схеме, а от генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ начинает накапливаться заряд. БПЭ прогибается в обратную сторону, компенсируя прогиб от измеряемого усилия. В момент выравнивания измеряемого и компенсирую- ш.его усилия сигнал на выходе дифференциатора 7 минимальный, что вызывает срабатывание компаратора 8. При этом формирователь импульсов вырабатывает уп- равляюш,ий импульс, который приводит триггер 10 в нулевое состояние. О величине измеряемого усилия судят по количеству прошедших тактовых импульсов. 1 ил. so (Л