Силоизмерительный преобразователь с частотным выходом Советский патент 1979 года по МПК G01L1/10 

3

Кроме того, виброперемычки резонатора соединены с унругим элементом и поперечными перемычками посредством упругих шарниров.

На фиг. 1 приведена схема конструкции преобразователя с резонатором, работающим, например, на второй гармонике колебаний; на фиг. 2 - конструкция измерительного преобразователя с частотным выходом в случае работы его резонатора на первой гармонике колебаний с отличиями, обеспечивающими более линейную выходную характеристику; там же показано соединение стержней резонатора с остальными частями конструкции через упругие шарниры.

Измерительный частотный преобразователь содержит упругий элемент 1, изготовленный с ним за одно целое резонатор 2 и систему возбуждения 3.

Конкретная форма упругого элемента непосредственно не касается существа изобретения и обобщенно представлена в виде кольца.

Резонатор 2 содержит виброперемычки 4, выполненные, например, в виде стержней, имеющих прямоугольное поперечное сечение или сечение в форме треугольника. Виброперемычки 4 расположены в плоскости колебаний резонатора 2, совпадающей с плоскостью чертежа симметрично относительно общей продольной оси резонатора X - д: и соединены между собой поперечными перемычками 5, расположенными на одинаковых расстояниях от концов виброперемычек перпендикулярно общей продольной оси резонатора 2.

Расстояние от концов виброперемычек 4 до геометрических осей поперечных перемычек 5, перпендикулярных общей продольной оси резонатора 2, должны быть выбраны таким образом, чтобы точки 6 пересечения геометрических осей с продольной осью резонатора 2 совпадали с пучностями форм колебаний резонатора 2.

Система возбуждения 3 является частью электромеханического генератора с резонатором 2. Здесь эта система показана состоящей, в частности, из приемника 7 колебаний, возбудителя 8 колебаний, расположенных с зазором относительно резонатора 2 и связанных с входом и выходом усилителя 9.

В конструкции на фиг. 2 части 10 виброперемычек 4, выполненных в виде стержней, по обе стороны поперечной перемычкн 5 расположены под острым углом по отношению к продольной оси X-X резонатора 2 и образуют ромб.

Поперечная перемычка 5, соединяющая виброперемычки 4, выполнена в виде пружины. Расстояние между виброперемычками 4 должно быть выбрано из условия получения необходимого момента инерции сечения резонатора 2, который при заданной

4

длине резонатора обеспечивает требуемое значение начальной частоты его колебаний. При значениях «критической силы вибронеремычек резонатора 2, близких к нулю, жесткость упругого элемента I должна быть достаточной, чтобы создать в виброперемычках 4 резонатора 2 предварительные натяжения, обеспечивающие устойчивые поперечные колебания резонатора 2.

Резонатор с виброперемычками, имеющими запас по продольной устойчивости, может работать и без его предварительного растяжения, а также при изменении направления приложенных к резонатору сил.

в последнем случае целесообразно соединять концы частей 10 виброперемычек 4 с упругим элементом и поперечными перемычками через упругие шарниры 11. Преобразователь работает следующим

образом.

Сила Р или другая измеряемая величина, преобразованная в силу, воздействует на упругий элемент 1, который по отношению к силе является первым звеном цепи

преобразования, обеспечивающим кинематические и (или) силовые преобразования для передач ик концам резонатора 2 расчетных усилий ,Л в требуемом направлении. Начальная частота резонатора 2 при Р 0

и заданной длине резонатора определяется его поперечной жесткостью, включая дополнительную жесткость, внесенную в случае предварительного натяга виброперемычек резонатора. Автоколебания резонатора

2 обеспечиваются системой возбуждения 3. При воздействии снлы Р, продольные силы N изменяют поперечную жесткость резонатора 2 и связанную с ней частоту колебаний. В этой части работа предлагаемого измерительного преобразователя с частотным выходом принципиально не отличается от работы известных аналогичных устройств. Особенности работы конструкции согласно фиг. 2 состоят в том, что изменение частоты резонатора происходит не только за счет изменения его поперечной жесткости, вызванной силами Л, но и за счет изменения момента инерции сечения, изменяющегося под действием этой же силы.

При действии растягивающей силы N части 10 виброперемычек 4 поворачиваются таким образом, что угол между ними увеличивается. При значении Л, соответствующей 0,7-0,8 Рмакс, угол а приближается к 180°, нелинейно уменьшая при этом момент инерции и соответственно частоту резонатора. Это выравнивает начальный участок его характеристика и она в целом становится более линейной. Если сила N сжимает резонатор, то момент инерции возрастает, дополнительно повышая частоту, что выравнивает характеристику ближе к ее конечному участку.

Повышение стабильности работы автоге5

нератсра вызывается более высокой добротностью резонатора, обусловленной тем, что уменьшается потеря энергии через его связи с упругим элементом, так как суммарный изгибающий момент в виброперемычках рассматриваемого резонатора, меньше соответствующего момента сплошного резонатора.

Уменьшение мощности, необходимой для раскачки резонатора, вызвано тем, что уменьшена общая масса резонатора, между частицами которой имеется внутреннее трение.

Температурная погрешность сплошных резонаторов в основном определяется изменением их поперечной л есткости за счет изменения температурного коэффициента модуля упругости. В связи с тем, что момент инерции виброперемычек рассматриваемого резонатора существенно меньше общего момента инерции резонатора, изменение их жесткости под влиянием температуры относительно мало влияет на общую жесткость, а следовательно, и на температурную погрешность.

Выполнение резонатора измерительного преобразователя с частотным выходом в виде по меньшей мере двух расположенных в плоскости колебаний виброперемычек, соединенных между собой поперечными перемычками, позволяет существенно улучшить метрологические качества высокочастотного резонатора.

Формула изобретения

1. Силоизмерительный преобразователь с частотным выходом, содержащий упругий

элемент, изготовленный за одно целое с ним резонатор, систему возбуждения и измерения частоты поперечных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, резонатор выполнен в виде по меньшей мере двух расположенных в плоскости колебаний симметрично относительно общей продольной оси резонатора чувствительных виброперемычек, которые

соединены между собой одной или несколькими поперечными перемычками, расположенными на одинаковых расстояниях от концов виброперемычек перпендикулярно общей продольной оси резонатора.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения иелинейности выходной характеристики преобразователя, поперечная перемычка выполнена в виде пружины, соединяющей

между собой середины виброперемычек, выполненных в виде стержней, например, прямоугольного сечения, причем части каледого стержня с двух сторон от пружины расположеиы под острым углом к продольной оси резонатора, образуя ромб.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что виброперемычки резонатора соединены с упругим элементом и поперечными перемычками посредством

упругих шарниров.

Источники информации, принятые во ванимание при экспертизе 1. Новицкий В. П. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энергия, 1970.

2 Авторское свидетельство СССР № 142462, кл. G OIL 1/10, 1960.

l j tнocmь „