Датчик силы Советский патент 1992 года по МПК G01L1/10 

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано для точного измерения усилий.

Известен датчик, содержащий упругий чувствительный элемент в виде цилиндра с выполненным прямоугольным сквозным пазом и выступом, имеющим два Г-образиых кронштейна разной длины, к которым крепятся две струны с магнитной системой возбуждения 1.

Принцип работы такого устройства основан на том, что при воздействии измеряемого усилия упругий элемент деформируется так, что одна струна сжимается, а другая растягивается, соответственно увеличивается собственная частота одной струнь и уменьшается другой. Разность этих частот пропорциональна-измеряемому усилию.

Однако струнные чувствительные элементы обладают рядом существенных недостатков: чувствительностью к помехам, действующим как в параллельном, так и перпендикулярном направлениях по отношению к оси струны, невысокой стабипьно- стью показаний, температурной нестабильностью.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности решению является устройство 2, в которой резонаторы выполнены в виде четырех соосных цилиндрических оболочек за одно целое с кольцевым упругим элементом.

Принцип работы такого датчика заключается втом, что под воздействием приложенного усилия упругий элемент деформируется так, что верхние цилиндрические оболочки сжимаются, а нижние растягиваются. Пропорционально их деформаци меняется собственная частота колебаний этих оболочек.

Недостатком прототипа является трудоемкость изготовления упругого элемента е связи со сложностью его конфигурации и монтажа электромагнитов съема и возбуждения колебаний, расположенных внутри силовводящей оболочки меньшего диаметСО

00 СП

: «-

pa. Также следует отметить, что резонаторы, выполненные в виде цилиндрических оболочек, обладают повышенной жесткостью, что приводит к снижению точности измерения,

Кроме того, в резонаторе из-за дискрат- ного расположения электромагнитов в окружном направлении возбуждаются колебания оболочек неосесимметричной формы в то время, как они испытываютосе- симметричную деформацию, что также снижает чувствительность резонаторов.

Целью изобретения является усепиче- ние чувствительности датчика и повышение технологичности его изготовления.

Цель достигается тем, что резонаторы выполнены в виде кольцевых пластин, две из которых расположены симметрично относительно третьей, которая закреплена в срединной плоскости кольцевого упругого элемента, при этом псе электромагниты съема и возбуждения колебаний выполнены в виде катушек и расположены соосно упругому элементу, а выход третьего генератора подключен к вторым входам первого и второго смесителей.

Существенными отличиями в предлагаемом техническом решении является выполнение резонаторов в виде трех кольцевых пластин, две из которых симметрично расположены относительно третьей, которая не подвержена деформации и слу- жит температурным стабилизатором выходного сигна/.а датчика. Это позволяет по новому расположить электромагниты съема и возбуждения колебаний, т.е. так, чтобы ось симметрии совпадала с осью симметрии упругого элемента. Такое расположение обеспечивает возбуждение осесимметрич- мых колебаний резонаторов, что в конечном счете повышает их чувствительность, а следовательно, и точность измерения усилий.

Осевое сечение упругого элемента с частотно-разностным выходным сигналом у его электрическая схема приведены соответственно на фиг.1 и 2. Датчик силы (фиг. 1) содержит резонаторы 2,5,8, выполненные в виде кольцевых пластин за одно целое с упругой кольцевой пластиной 10. На этой же фигуре показан один из возможных вариантов расположения электромагнитов съема 1, 6, 7 и возбуждения колебаний 3, 4, 9. На фиг. 2 представлена электрическая схема соединения электромагнитов 1, 31 4, 6, 7, 9, трех частотно-разностных смесителей 11, 12, 13 и трех дифференциальных электронных усилителей-ограничителей 14, 15, 16. Генераторы 17, 18, 19 колебаний показаны на фиг. 2 пунктиром.

Датчик силы работает следующим образом.

Под действием осевого усилия Р упругий элемент деформируется так, что упругая

кольцевая пластина 10 изгибается, деформируя резонаторы 5 и 2, при этом их собственная частота колебаний изменяется: у резонатора 2 уменьшается,-а у резонатора 5 увеличивается, причем эти изменения про0 порциональны измеряемому усилию. Резонатор 8 не деформируется, так как он расположен в срединной плоскости кольцевой пластины, и частота его собственных колебаний поэтому не изменяется. Генера5 торы 17, 18 и 19 возбуждают колебания в кольцевых пластинах 2.5,8 с частотами F2, РЗ и FI соответственно, и при помощи обратной связи с этих пластин снимаются колебания этими же генераторами. При этом в

0 кольцевой пластине 2 возбуждаются колебания меньшей частоты, ч в кольцевой пластине 5 - большей по сравнению с частотой колебаний кольцевой пластины 8.

С помощью смесителей 11 и л 2 вычита5 ются частоты РтР2 и Рз-Fi, Так как геометрические размеры кольцевых пластин 2 и 5 одинаковы, то величина их деформаций одинакова и противоположна по знаку. Поэгс,/ приращение частоты одинаково на выходе

0 смесителей 11 и 12. Температурная, стабилизация осуществляется за счет резонатора 8, частота которого не зависит от измеряемого усилия, а зависит только от температуры. Следовательно, погрешность, связанная с

5 изменением температурь: при измерения;, усилий, будет исключена.

Формула изобретений « Датчик силы, содержащий упругий элемент о виде кольцевой пластины и ненныеза одно целое с ним три резонатора, каждый с электромагнитами съема и псз- суждения колебаний, включенными в соответствующие схемы трех генореюрои колебаний и три смесителя, при этом выхо5 ды первых двух генераторов подключены к первым входам первого и второго смесителей, выходы которых соединены с входами третьего смесителя, о т л и ч э ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения чувствительно0 сти и повышения технологичности, резонаторы выполнены в виде кольцевых пластин, две из которых расположены симметрично относительно третьей, которая закреплена в срединной плоскости кольцевого упругого

5 элемента, при этом все электромагниты съема и возбуждения колебаний выполнены в виде катушек и расположены соосно упругому элементу, а выход третьего генератора подключен к вторым входам первого и второго смесителей.

6

р

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано для точного измерения усилий. Целью изобретения является увеличение чувствительности и повышение технологичности. Датчик силы содержит три резонатора в виде кольцевых пластин 2,5 и 8, возбуждение и съем сигналов с которых осуществляются с помощью катушек, включенных в схему автогенераторов 14,15 и 16. При этом выходы генераторов включены на вход двух смесителей 11 и 12, выходы которых подключены к входу третьего смесителя 13 Выходной сигнал последнего является мерой измеряемого усилия, приложенного к упругому элементу 10, на котором закреплены указанные выше резонаторы. 2 ил.