Пьезочастотный датчик силы Советский патент 1991 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионного преобразования усилия или массы в частоту электри- ческого сигнала

Цель изобретения - повышение функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения градуировки.

На представлена функцио- нальная схема датчика; на - набор образцовых гирь

Датчик содержит опору 1, на которой установлено основание - образцовая гиря 2 с пазами 3, подгоночной полостью 4 и сферическим углублением 5 Между основанием образцовой гирей 2 и силовводящим элементом - образцовой гирей 6 с пазами 7, под- гоночной полостью 8, сферическим углублением 9 установлены в пазах 3 и 7 пьезоэлементы 10 с электродами 11, подключенными к возбудителям 12 Пьезоэлементы 10 имеют подэлектрЬд- ные зоны чувствительности 13 и без- электродные части 14 Сигналы с вы хода возбудителей 12 подключаются на вход сумматора (не показан), выходной сигнал которого равен сумме частотных сигналов, являкщейся мерой измерен но го усилия

На представлены сферические образцовые-гири 15-19 (нагружающие элементы) - набор сферических образцовых

Пьезоэлементы 10 () закрепляются неподвижно (неподвижное соединение) в пазах 3 основания - образцовой гири 2 посредством безэлектродных частей 14 Закрепление пьезоэлементов 10 может быть как разъемным, так и неразъемным (на показано неразъемное соединение пьезоэлемен- тов 10. с основанием - образцовой гирей 2 и силовводящим элементом - образцовой гирей 6). Пьезочастотный датчик силы может быть установлен на опоре 1 как основанием - образцовой гирей 2, так и силовводящим элементом образцовой гирей . 6.

Нагрузка сферическими образцовыми гирями 15-19 () производится по средством установки в сферическое углубление 5 или 9 одной из указанных образцовых гирь 15-19

В дальнейшем при работе через тановленную в сферическое углубление 5 или 9 одной сферической образцо

1

10

15

20

25

642962ч

вой гири 15-19 производится нагруже- ние пьезочастотного датчика силы. Передача нагрузки может осуществляться - , также посредством двух сферических образцовых гирь 15-19 (по выбору), вставляемых в сферические углубления 5 и 9 Полржение пьезочастотного датчика силы может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным относительно направления местной вертикали.

Основание - образцовая гиря 2, силовводящий элемент - образцовая гиря 6 и сферические образцовые гири 15-19 могут быть изготовлены, например, из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса (немагнитной) по ГОСТ 5632-72. Пьезоэлементы 10 могут быть изготовлены, например, из ис- куственного пьезоэлектрического кварца Возбудители 12 могут быть собраны, например, на микросхеме ЛАЗ 155 серии (К 155-ЛАЗ).

До сборки пьезочастотного датчика силы производят метрологическое измет рение массы основания - образцовой гири 2, силовводящего элемента - образцовой гири 6, сферических образцовых гирь 15-19 и пьезоэлементов 10, а также соответствующее измерение геометрических параметров (длины, ширины, толщины) пьезоэлементов 10.

После выполнения указанных измерений на все элементы (кроме пьезоэлементов 10) ставят клеймо с указанием массы, например, 50 г Точная подгонка массы производится посредством добавления или снятия материала, заключенного в подгоночной полос- .ти 4,8, или нанесением (снятием) слоя внешнего покрытия (у сферических образцовых гирь 15-19). У пьезоэлементов 10 подгонка массы производится нанесением или снятием покрытия выводов электродов 11. Данные метрологической аттестации (измерения) на пьезоэлементы 10 и другие элементы заносятся в паспорт изделия.

До установки пьезоэлементов 10 в пьезочастотный датчик силы возбуждают эти пьеэоэлементы (по одному) в свободном ненагруженном состоянии с помощью возбудителя 12, подключенного к электродам 11 Электропитание на возбудитель 12 подают от блока питания (не показан). Частоту пьезою электрических колебаний ненагружен- ных пьезоэлементов 10 можно прове-

30

35

40

45

50

55

рить также в смонтированном пьеэо- частотном датчике силы, для чего в пазах 3 основания - образцовой гири 2 и пазах 7 сило вводящего элемента -t образцовой гири 6 укрепляются (с возможностью разборки или монолитно) пьезоэлементы 10, а сам датчик располагается на опоре горизонтально (относительно главных граней пьезо- элементов 10)„

Частота пьезоэлектрических колеба- ний каждого пьезоэлемента 10 измеря- ется, например, с помощью измерителя частоты Затем на горизонтальной опоре устанавливают датчик силы в вертикальное положение (относительно главных граней пьезоэлементов 10) и проверяют нагрузочную характеристику датчика представляющую собой прямую так как пьезочастотный датчик является линейным преобразователем (по двум точкам путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силовводящим элементом, затем вверх основанием (фиксируя при этом отклонение частоты), так как калиброванная масса основания отличается от калиброванной массы силовводя- щего элемента на установленную калиброванную величину (например, масса основания равна 0,2 кг, масса силовводящего элемента - О,I кг в одном из вариантов).

Метрологическая проверка может быть проведена без использования специализированной метрологической аппаратуры и оборудования (нагрузочных стендов, образцовых гирь, специальной оснастки и пр), благодаря чему время первичного контроля существенно сокращается. Кроме того, метрологическая проверка может быть произведена как при действии усилия сжатия, так и при действии усилия растяжения Для этого достаточно поднять рукой (или подвесить) датчик сначала вверх силовводящим элементом, затем вверх основанием, фиксируя при этом отклонение частоты, при этом на пьезоэлементы будет действовать усилие, пропорциональное массе основания или массе силовводящего элемента и половине массы самих пьезоэлементов (при симметричной конструкции пьезоэле- ментов).

Сферические образцовые гири 15-19 используются для снятия нагрузочнрй

характеристики на начальном участке и для работы пьезочастотного датчика силы в устройствах измерения силы или массы Для снятия нагрузочной ха- рактеристики каждую сферическую образцовую гирю 15-19 (сначала по возрастанию массы, а затем в противоположном направлении) устанавливают в

сферическое углубление 5 или 9 пьеэо- частотного датчика силы и измеряют величину частоты выходного сигнала По снятым показателям строят нагрузочную характеристику, из которой

5 определяют необходимые параметры

(чувствительность, линейность, нестабильность, повторяемость, гистере- зис и др)

Датчик устанавливают в устройство

0 для измерения силы (массы) Выбирают одну из сферических образцовых гирь 15-19, устанавливают ее в сферическое углубление 5 или 9, основание - образцовую гирю 2 укрепляют, напри-

5 мер, на корпусе. Через сферическую образцовую гирю 15-19 нагружают пьезочастотный датчик силы, а с выхода возбудителя 12 снимают (например, на измеритель частоты) электрические

0 сигналы, частота которых изменяется прямо пропорционально приложенной нагрузке

В силовводящем элементе - образцовой гире бив основании - образцовой гире 2 имеются подгоночные полости, которые служат для точной подгонки массы этих метрологических элементов путем добавления или снятия некоторого количества материала, помещенного в указанные полости

Благодаря выполнению силовводящего элемента и основания в виде образцовых гирь с пазами и подгоночными полостями обеспечивается совмещение их крепежных и метрологических функции, а выполнение в них сферических углублений и снабжение устройства сферическими образцовыми гирями (набором) дает возможность снятия некоторых основных параметров устройства Сферические элементы, выполненные в виде образцовых гирь, используются также для передачи усилия через них на пьезочастотный датчик силы в составе устройства измерения силы или массы

Формула изобретения

1. Пьезочастотный датчик силы,- содержащий нагружающий элемент, пье- зоэлементы, имеющие безэлектродные зоны и подэлектродные зоны, покрьг тые электродами, подключенными к возбудителям, силовводящий элемент и основание, каждый из которых выпол- ней со сферическими углублениями и пазами, в которых с помощью без- электродных зон неподвижно установлены пьезоэлементы, отлич а ю - щ и и с я тем, что, с целью повыше- ния функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения градуи

ровки, силовводящий элемент и основа- ние выполнены в виде образцовых гкръ калиброванной массы, а пьезоэлементы калиброваны по массе и геометрическим размерам

2.Датчик по-п.1, отличаю- щ и и с я тем, что на наружных частях образцовых гирь выполнены подгоночные полости.

3.Датчик по п.1 и2, о т л и - чающи-йся тем, что нагружающий элемент выполнен в виде набора калиброванных по массе сменных сферических грузов, установленных в сферических углублениях образцовых гирь.

Изобретение относится к прибо- ростроению и может быть использова- но для измерения усилия или массы. Целью изобретения является повыше- ние функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения градуировки. Цель достигается тем, что в датчике силы, содержащем силовводя- щий элемент 6 и основание 2, между которыми установлены жестко пьезо- элементы 10, силовводящий элемент 6 7 12 доз дуй и- тель Т и основание 2 калиброваны по массе, пьезоэлементы 10 калиброваны по се и геометрическим размерам. Метро логическая проверка может быть про ведена путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силовводящим элементом 6, а затем вверх основанием 2 и фикса- цией частотного выходного сигнала, снимаемого с возбудителей 12, подключенных к электродам 11 пьезоэле- ментов 10. Для снятия нагрузочной характеристики также применяются образцовые гири, используемые затем для передачи измеряемого усилия на датчик силы и устанавливающиеся в сферические углубления 9 и 5 сило- вводящего элемента 6 и основания 2. Силовводящие элементы 6 и основания 2 имеют подгоночные полости 8 и 4 соответственно. 3 sin. ф-лы, 2 ил. (Л о 4 К СО о к см | Фие.1

15 16 17 JB J9

СКК50О

Фиг.г