Устройство для измерения статического усилия Советский патент 1992 года по МПК G01L1/00 

Изобретение относится к области измерения статического усилия в различных областях техники.

Известно устройство для измерения силы, сущность работы которого в TQM, что преобразуется сила в электрический сигнал, представляющее собой резисторный датчик с потенциометрической схемой, содержащей упругий элемент с расположенным внутри него множительным механизмом, выполненным в виде стойки, жестко закрепленной на корпусе упруго о элемента, рычага, малым плечом шарнирно соединенного с упругим элементом, а большим плечом контактирующего с преобразователем деформации упругого элемента 1. Недостатком известной конструкции является низкие точность и надежность измерения, вызываемые ступенчатым изменением сопротивления резистора, нестабильностью переходного сопротивления контакта и .трением между контактом и резистором.

Известного устройство для измерения динамической силы, содержащее установленный на основании чувствительный элемент, охватывающие разомкнутые зарядовые обкладки, вокруг которых установлен экран, при этом для измерения параметров обкладки соединены с преобразователем электрического заряда, выход которого подключен к измерительному прибору 2. В качестве преобразователя электрического сигнала используется акселерометр, преобразующий ускорение в электрический сигнал, что предопределяет область применения - измерение динамических усилий. Недостатком известного устройств является невозможность замера статического усилия.

Целью изобретения является обеспечения замера статического усилия при одновременном упрощении операции по зэмеру. Это достигается за счет того, что в устройство для измерения статического усилия, содержащее установленный на основании

ы

00

ю

чувствительный элемент, охватывающие его разомкнутые зарядовые обкладки, вокруг которых установлен экран, при зарядовые обкладки соединены с преобразователем электрического заряда, выход которого подключен к измеритэльно- му прибору, введена изолирующая прокладка, установленная между чувствительным элементом, выполненным в виде электропроводного стержня, и зарядовой обклад- кой, выполненной в виде спирали, последний виток которой замкнут на себя.

Такое выполнение устройства упрощает операции по процессу замера, повышает точность замера и обеспйчивает замер ста- тического усилия.

На фиг. 1 иллюстрирует принцип работы устройства; на фиг. 2 показано устройство для измерения величины статического усилия с кольцевой разомкнутой зарядовой обкладкой; на фиг.З - то же устройство с зарядовой обкладкой, выполненной в виде спирали; на фиг. 4 - поперечный разрез устройства на фиг. 3; на фиг. 5 - устройство с зарядовой обкладкой, выполненной в виде спирали, последний виток которой замкнут сам на себя; на фиг. 6 - электрическая схема измерения электростатического заряда.

Устройство для измерения статического заряда содержит станину 2 с установленным на ней стержнем 1, служащим датчиком при измерении. В/жруг стержня 1 с зазором 4 монтируют кольцевой изолятор 3, выполненный из электрического материала, кото- рый охватывает зарядовая обкладка 5, выполненная не замкнутой. Последняя соединена с приемником 6 электростатического заряда, при этом соединение может быть осуществлено через экранируемый провод- ник 7. Обкладка 5 может быть выполнена о виде спирали 8 (фиг. 3-5), В этом случае последний виток спирали 8 замкнут сам на себя (фиг. 5). Электрическая-схема измерения электростатического заряда, приведен- ная на фиг.6, содержит мост постоянного тока, состоящий и элементов Тт, Та, Ra, R4 и RS. В диагональ питания моста через выключатель Вк1 включен источник питания, а в измерительную диагональ моста включен измерительный прибор. Ti и Т2 - полевые транзисторы типа КП805И с зарядовой связью затвора, которые можно разрядить на корпус прибора через резисторы RI и Ra и ВК2. Позицией 9 обозначен экран.

Принцип работы устройства для измерения статической силы.

При нажатии нз стержень - датчик 1 силой Р происходит продольная его деформация, в результате которой образуется статический заряд на поверхности стержня 1. Одновременно он же образуется на кольцевой обкладке 5, и через проводник 7 прием- ник б электростатического заряда фиксирует его величину. Как показали эксперименты, величина статического заряда пропорциональна прикладываемому статическому усилию. По показанию приемника электростатического заряда и определяют величину статической силы, приложенной к стержню-датчику 1.

Целесообразно использовать кольцевую зарядовую обкладку 5 в виде спирали 8 (фиг. 3,4,5), В этом случае происходит усиление сигнала, подаваемого на приемник электростатического заряда. При выполнении устройства со спиралью (фиг.5), последний виток которой замкнут сам на себя, повышается точность измерения, так как устройство изолируется от влияния внешней средыоЭкраном при этом пужит последний виток спирали 8.

Электрическая схема работает следующим образом. Затворы Ti соединяются с корпусом, а Та - с кольцевым проводником. Транзисторы Ti и Та включены по схеме усилителя мощности (истоковый поотори- тель). Выключателем Вк2 снимаются заряды с затворов транзисторов Ti и Та. Мост балансируется с помощью Н4.Так как на затворе Ti нулевой заряд (затвор присоединен к корпусу), то сопротивление перехода отток- сток заряда принимает величину, соответствующую нулевому заряду затвора. ЗатаорТз предварительно разряжается на корпус через Ra, Вк2,

Балансируя мост сопротивлением R$, доживаются нулевого тока в измерительной диагонали моста. Стрелка микроамперметра устанавливается на отметку О, т.е. посредине шкалы.

При нагружении стержня силой Р снимают показания с измерительного прибора о связи с накоплением заряда нз стержне 1. Изменяя силу Р, приложенную к стержню, получают изменение тока в измерительной диагонали моста, причем зависимость изменения заряда на съемном электроде пропорциональна величине прикладываемой силы.

Применение предлагаемого способа позволяет повысить точность измерения статического усилия при упрощении процесса замера.

Формула изобретения Устройство для измерения статического усилия, содержащее установленный на основании чувствительный элемент, охватывающие его разомкнутые зарядовые

обкладки, вокруг которых установлен экран, при этом зарядовые обкладки соединены с преобразователем электрического заряда, выход которого подключен к измерительному прибору, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения,

в него введена изолирующая прокладка, установленная между чувствительным элементом, выполненным в виде электропроводного стержня, и зарядовой обкладкой, выполненной в виде спирали, последний виток которой замкнут на себч.

Сущность изобретения: устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде электропроводного стержня, охваченного зарядовой обкладкой 8. Зарядовая обкладка выполнена в виде спирали, последний виток которой замкнут на себя, и подключена к преобразователю электрического заряда. Между чувствительным элементом 1 и зарядовой обкладкой 8 установлена кольцевая изолирующая прокладка 3. Устройство защищено экраном 9. 6 ил.

УТЯЗУХ/ У/Я

Фаг. 2

Фиг. $

1

8

Вк/