Способ измерения силы Советский патент 1991 года по МПК G01L1/04 G01L1/10 G01L1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерений силы в статическом и динамическом режимах.

Целью изобретения является упрощение процесса измерений за счет исключения предварительной градуировки упругих элементов, повышение точности и обеспечение динамических измерений.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления данного способа измерения силы.

Устройство содержит два упругих элемента 1 и 2. соединенных в последовательную силовую цепь и установленных на основании 3. На концах упругих элементов 1 и 2 закреплены силопередающие плиты 4-7. Между силовоспринимающими плитами 5 и 6 размещено устройство 8 воспроизведения дополнительной силы, изменяющейся по гармоническому закону. Устройство 8 воспроизведения дополнительной силы может быть выполнено на основе центростремительной силы,силы инерции, электромагнитной силы и т.д. В устройстве 8 закреплено пьезокерамическое кольцо 9, а на внешней окружности кольца 9 размещено металлическое кольцо 10.

Способ измерения реализуется следующим образом.

Перед началом измерений включается устройство воспроизведения дополнительной силы Д F(t). При этом пьезокерамическое кольцо 9 совершает колебание вместе с металлическим кольцом 10 вверх и вниз и задает переменную силу через устройство 8 силопередающим плитам 5 и 6. Значение переменной силы

Д F (t) Аш2 и slnOK - да т sin cot, а амплитудное значение равно ДР Ао72/и 5а;2т,

где А - амплитуда колебаний металлического кольца 10;

ш- угловая частота колебаний металлического кольца 10;

J - масса металлического кольца 10 и части пьезокерамического кольца 9;

t - время;

6 - перемещение стержня 8;

m - масса устройства 8 и части пьезокерамического кольца 9.

После приложения измеряемой силы F к силопередэющей плите 4 упругие элементы 1 и 2 деформируются соответственно на Xi, Х2. При этом F CiXi-C2X2, где Ci - жесткость упругого элемента 1; Са жесткость упругого элемента 2.

Кроме измеряемой силы F на упругие элементы 1 и 2 будет действовать дополнительная сила Д F(t).

F ±AF(t) CiXi (Ci +C2) C2X2± 5(Ci +C2)

Из (1) получаем AF (t) 5 (Ci + C2 )

(1)

(2)

F CiXi C2X2

(3)

5

0

5

5

F Д F(t)

И)

0

5

0

5

0

57X1 +X2)

В правой части выражения (4) псе величины могут быть измерены, что дает возможность определить силу F.

Максимальные значения величин Xi, Х2, Аид могут быть измерены с помощью серийно выпускаемых приборов, которые преобразовывают деформации в электрический сигнал

Вместо упругих элементов 1 и 2 могут быть также применены динамометры с электрическим выходом, например тензорези- сторные.

При действии измеряемой F силы и дополнительной Л F(t) будем иметь F ± Д F (t) F ± Д F, (t) + Л F (t) - V,Ki ±(AV1K1 4 AV2K2) V2K2 ± ±(AViKi + AV2K2),(5)

где AFi (t)- сила, приложенная к динамометру 1;

АР2(т)-сила, приложенная к динамометру 2;

Vi, V2 - выходные сигналы с учетом выходного сигнала при отсутствии нагрузки F; AF(t) - соответственно дополнительная сила динамометров 1 и 2;

«1 и К2 - коэффициенты преобразований динамометров 1 и 2;

AVi, AV2 - максимальные значения выходных сигналов динамометров 1 и 2 от дополнительной силы.

В выражении (5) неизвестны F, Ki, K2 Из (5) получаем

F ViKi V2K2(G)

AF(t)AF1(t) + AF(t)

AViKi + ДУ2К2 .(7)

Так как динамометры I и 2 имеют разную жесткость и разные коэффициенты преобразования, то выходные сигналы AVi иД V2 имеют разные значения. Тогда выражение (4) запишется о виде

Р . РVi V2

AViV +7W2 V-

где Vi, V2 - выходные сигналы динамометров с учетом сигнала при отсутствии narpv - ки мкВ,

,Д V;2 амплитуд ви однмч сигналов динамометрог от дспитнигельной ;илы мкВ

Изобретение г, чиол-er исключить предваригггьную градуировку /пр/1и элементов что упрощает изиерем е, повысить за счет этогс точ ость и обеспечить измерение иилы г динами1 еском режиме. Формул изо пртеч.1я

Способ измррену я силы ззк тючэющий- ся в ггм чт ) уЧ1руги злементь1 .)пгручкл- юг ). темой си |0й о троде яют их си няпыот змсряемо г и/1 i i ю и иэ- морчют дсг ояп /грльнмс Д1 ци. уп ;)угих тленен ГРЗ о т ц и ч а ю i t и vi с а что с целью упрощения процесс измс е ния повышения точности и обег печения

F Д:

,н.

динамических измерении, предгаригельно

0 соединяют упоуие элементы между гоб в

послрдочэтелоную силовую ц°пь задл-от ормацию приложенную к месгу соединение

упругих элементов дополнительной извест1,ог1

силой изменяющейся по гармоническому

5 тхочу а знэче ine Г- измеряемся силы опгеделяют из соотношения

-

сГ(Х i Т- Х2

гдеДР амплитуда дополнмтелпюй изое- 0гтной гилы, HSMeiifliOLH i/cf1 по

гармоническому закону,h; -деформация первою упругого элемента под делстзием измеряемой гили.мкм,

г,ефо. мрция BTOPOI о упругого эле M IIT J i оддейстрием измеряемой сигы мим,

эмплитуда дополнительной де формации угругих элементов, мкм. 0

Х-, -/

X. с1)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения силы. Целью изобретения является $ш$$ш$ ш$$$$$$$ упрощение процесса измерений, повышение точности и обеспечение динамических измерений. Нагружают упругие элементы 1 и 2 измеряемой силой F, определяют их деформации Xi и Хг соответственно от измеряемой силы F и задают им дополнительную деформацию д дополнительной известной силой, изменяющейся по гармоническому закону, а значение измеряемой силы определяют из соотношения Xi ХзА .. г, где Д г - амплитуда F ДР d(Xi +Х2у дополнительной известной силы, Н. 1 ил. Ё AFlt) ( ю ю VI со кэ