Измерительное пьезоэлектрическое устройство Советский патент 1991 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к точному приборостроению, предназначено для измерения размеров деталей в машиностроении и может быть использовано в прецизионных цифровых системах автоматического управления при линейном перемещении объекта.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения веса изделия.

На фиг. 1-5 приведено измерительное пьезоэлектрическое устройство.

Устройство содержит неподвижный корпус 1 с направляющей 2, на которой с возможностью смещения установлен ползун 3, имеющий фрикционную изолирующую прокладку 4, сопряженную с помощью прижимных болтов 5 с упругой лентой 6, размещенной через щели 7 и 8 в двух идентичных кольцеобразных накопителях 9 и 10, один конец 11 которой расположен внутри первого накопителя, а другой конец 12 - внутри второго, а сами накопители расположены в противоположных концах корпуса на расстоянии не менее рабочего хода ползуна.

Упругая лента плоской стороной 13 (фиг. 1-3) размещена в пазе 14 направляющей 15, соединяющей кольцеобразные накопители.

На внутренних боковых стенках накопителей из акустически изолирующего материала в пазах 16 с возможностью деформации прогиба по мере накопления упругой ленты обеими концами наклонно друг к другу в виде хорд, проходящих через окружность накопителя, шарнирно установлены многослойные пьезоэлектрические трансформаторы 17-19, и 20-22, образованные из пьезоэлектрической 23 (фиг.З, 4) и металлической 24 прямоугольных пластин, кольцеобразные накопители и пьезоэлектри|леские трансформаторы вместе образуют измеритель.

При измерении веса детали первый и второй концы упругой ленты через вырезы

25 и 26 в ступенчатых цилиндрических волноводах 27 и 28 жестко закрепляются с первым и вторым цилиндрическими трансформаторами 29 и 30, установленными в центре основания каждого из накопителей.

Многослойные пьезоэлектрические

трансформаторы состоят из первой и второй раздельных секций электродов 31 и 32, имеющих электрические выводы 33 и 34. В металлической пластине многослойных пьезоэлектрических трансформаторов

в зоне механического контакта с упругой

лентой жестко закреплен контакт 35 с двумя

выступами пилообразной формы (фиг. 4).

В конструкции устройства может быть

применена упругая лента ЗВСЗ-16УТ/1.

Электроды пьезоэлектрических трансформаторов цилиндрической формы состоят из первой секции 36 и второй секции 37, разделенных друг от друга. Электронная

часть устройства - индикатор 38 (фиг. 1) с высвечиваемым табло 39, встроенный в измерительный блок, который закреплен в корпусе; измерительного устройства. На фиг. 1 и 3 условно показана измеряемая

деталь 40. При измерении веса деталь 40 устанавливается на планке 41. Цилиндрические преобразователи имеют электрические контакты 42 и 43.

При измерении размера детали 40 она

устанавливается двумя выступами 44 и 45, расположенными на ползуне 3 и корпусе 1. Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерения упругую ленту 6 устанавливают через направляющую 15 в накопителях 9 и 10, производят регулировку начальных статических сжимающих усилий воздействия упругой ленты на

многослойные пьезоэлектрические трансформаторы 17-19 и 20-22.

Фрикционная изолирующая прокладка с помощью прижимных болтов 5 жестко прижимается к плоской стороне упругой ленты.

Затем первые электродные секции 31 многослойных пьезоэлектрических трансформаторов 17-19 и 20-22 возбуждаются от источника переменного напряжения на резонансной частоте пьезоэлектрических трансформаторов,

Резонансные колебания в многослойных трансформаторах возникают в результате установления в них стоячих ультразвуковых волн.

При измерении линейных размеров условно изображенной на фиг. 1-3 детали 40 последняя устанавливается между ползуном 3 и неподвижным корпусом 2.

При совместном смещении ползуна с упругой лентой, например, вправо, последняя с накопителя 9, наматываясь в рулон, входит в накопитель 10. За счет увеличения числа витков в одном и уменьшения в другом начальная суммарная жесткость витков изменяется, что создает соответственно увеличение сжимающего усилия воздействия на многослойные пьезоэлектрические трансформаторы 20-22, во втором накопителе 10 и уменьшение усилия воздействия в первом накопителе 9, приводящее к плавному изменению напряжения (аналоговый сигнал), возникающему на их вторых секциях 32 по тому же закону в зависимости от величины смещения (линейного размера детали) и прижимного усилия,

Сумма усилий воздействия упругой ленты в обеих накопителях на пьезоэлектрические трансформаторы по всему, диапазону измерений остается постояннбй, а их разность зависит от величины установленного размера.

Измерение размеров детали 40 от начального значения по всему диапазону обеспечивает дифференциальный съем аналогового сигнала за счет разности выходных напряжений вторых секций 32 многослойных пьезоэлектрических трансформаторов.

Это напряжение (аналоговый сигнал) поступает на вход измерительного блока через сумматор (не показаны) к входу элемента сравнения, выполненного в виде операционного усилителя с дифференциальным входом.

С выхода усилителя снимается напряжение (аналоговый сигнал) с усредненным значением механических и электрических неоднородностей многослойных пьезоэлектрических трансформаторов 17-19 и 20-22.

После сравнения в элементе сравнения с опорным напряжением аналоговый сигнал характеризует фактический линейный размер измеряемой детали 40. Численные показатели размера детали высвечиваются индикатором 38 измерительного блока 39 (фиг. 1).

При измерении веса детали первый 11 и второй 12 концы упругой ленты 6 через ступенчатые волноводы 27 и 28 жестко закрепляются в вырезах 25 и 26 соответственно с первыми 29 и вторым 30 цилиндрическими трансформаторами.

Затем измеряемая деталь 40 подвешивается к ползуну 3, планка 41 корпуса измерительного устройства устанавливается в вертикальном положении так, что направление вектора силы тяжести, воздействующего на упругую ленту 6, совпадает с

направлением ее смещения, при котором пружина воздействует на пьезоэлемент, передавая ему деформацию кручения, а вторые секции электродов 32 цилиндрических трансформаторов формируют аналоговый

сигнал, характеризующий фактический вес измеряемой детали.

Таким образом, устройство, кроме измерения размеров, обеспечивает измерение веса детали (либо линейное перемещение

детали) и связанную с этим возможность определения плотности материала измеряемой детали.

35

Формула изобретения

1. Измерительное пьезоэлектрическое устройство, содержащее неподвижный корпус с направляющей, подвижно закрепленный в направляющей ползун, взаи0. модействующие с ползуном два измерителя с пьезоэлектрическими трансформаторами, механизм воздействия на пьезоэлектрические трансформаторы, связанный через ползун с пьезоэлектрическими транс5 форматорами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, направляющая установлена вдоль одной из сторон корпуса, измерители размещены на противоположных концах направляющей,

0 механизм воздействия на пьезоэлектрические трансформаторы выполнен в виде закрепленной на ползуне упругой ленты, установленной в направляющей, концы которой размещены в измерителях, измерите5 ли выполнены в виде кольцеобразных накопителей с пьезоэлектрическими трансформаторами, расположенными наклонно друг к другу в виде хорд окружности накопителя с возможностью взаимодействия транс- форматоров с упругой лентой и

образующими полость для ее размещения, измерители имеют щели для поступления ленты в эту полость, на одном из концов корпуса и на ползуне выполнены контактные выступы, предназначенные в процессе измерения для взаимодействия с контролируемым изделием.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что оно снабжено в каждом измерителе контактами пилообразной формы по числу пьезоэлектрических трансформаторов, закрепленными в средней части соответству

ющего трансформатора и контактирующими с упругой лентой.

3. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения веса изделия, оно снабжено установленным в центре основания кольцеобразного накопителя в каждом измерителе цилиндрическим трансформатором с жестко закрепленными цилиндрическими волноводами, а концы упругой ленты закреплены в этих волноводах.

Изобретение относится к точному приборостроению и предназначено для измерения размеров деталей в машиностроении. Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения веса изделий. Цель достигается за счет того, что два измерителя с пьезоэлектрическими трансформаторами, соответственно 17, 18, 19 и 20, 21, 22, размещены на противоположных концах направляющей 2 и соединены с ползуном 3, перемещающимся по ней. Для взаимодействия с контролируемым изделием 40 предусмотрены контактные выступы 44 и 45.

16

20

я k ям23

W

23 33 31 32 2Ь 31 Фиг.

Фиг.5