Датчик усилий Советский патент 1975 года по МПК G01L1/10 

(54) ДАТЧИК УСИЛИЙ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении усилий и других параметров, преобразованных в силу.

Известные кварцевые датчики усилий, содержащие кварцевую пластинку-резонатор, автогенератор и силопередающие элементы, обладают недостаточно высокой точностью из-за несовершенства силопередающих элементов.

Предлагаемый датчик отличается от известных тем, что силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой-резонатором.

Это позволяет увеличить точность измерения усилия.

На фиг. 1 изображено устройство чувствительного элемента датчика кварцерезонансного частотного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - включение кварцевого резонатора в цепь обратной связи активного четырехполюсника; на фиг. 3 - пример реализации датчика для измерения инерционных усилий, т. е. акселерометра.

Чувствительный элемент датчика состоит из кварцевого резонатора (дисковой или иной формы) 1 среза AT с электродами 2 и 3, расположенными с двух сторон, и двух элементов 4 и 5 для передачи механического усилия или

давления. Преобразуемое воздействие прикладывается в направлении, совпадающем с направлением других волн, т. е. по толщине резонатора 1.

Кварцевый резонатор включен в цепь обратной связи активного четырехполюсника (см. фиг. 2), образую вместе с ним управляемый по частоте автогенератор. Для устранения гистерезисных явлений и

повышения точности преобразования воздействия в изменение частоты генератора кварцевый резонатор и элементы для передачи воздействий в месте контакта механически соединены или выполнены в виде единого целого

из монокристалла кварца с ориентацией кристаллографических осей, обеспечивающей при возбуждении появление упругих высокочастотных сдвиговых колебаний.

Силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой - резонатором, например, вакуумной пайкой или выполненный с ней за одно целое.

На фиг. 2 приведен пример реализации датчика для измерения инерционных усилий, т. е. акселерометра.

На диафрагмах 6 и 7 подвешена масса, состоящая из кварцевых колец 8 и 9 и кварцевой пластинки-резонатора 10. На корпусе 11

установлена гайка 12 для создания начальной нагрузки на пластинку-резонатор.

Датчик работает следующим образом.

В исходном состоянии управляемый кварцевый автогенератор вырабатывает напряжение высокой частоты, определяемой резонансной частотой «свободного, механически не зажатого кварцевого резонатора. При изменении величины измеряемого воздействия вида усилия или давления через элементы, расположенные с двух сторон резонатора, происходит механическое зажатие кварца и изменение его резонансной частоты. Так как кварцевый резонатор определяет частоту генерируемого автогенератором напряжения, она изменяется по закону изменения во времени приложенного к кварцу воздействия. Полученный первичным кварцерезонансным измерительным преобразователем сигнал высокой частоты подается на вторичную преобразующую аппаратуру f на чертеже не показана). Эффекты увеличения точности обеспечиваются за счет жесткой связи пластинки-резонатора с силопередающими элементами и «освобождения от усилий центральной активной области кварца.

Предмет изобретения

Датчик усилий, содержащий кварцевую пластинку-резонатор с электродами на противоположных гранях, автогенератор и силопередающие элементы, установленные на противоположных гранях, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения усилий, силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой-резонатором.