Частотный преобразователь силы Советский патент 1979 года по МПК G01L1/10 

(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ

I

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к устройствам для измерения сил путем измерения частоты колебания напряженных элементов, и может быть использовано для прецизионных измерений усилий.

Известны вибрационно-частотные силоизмерители, содержащие в, качестве, чувствительных элементов упругий стержень или оболочку 1, 2, 3. Указанные устройства имеют функциональную шкалу, работают в широком диапазоне измеряемых усилий и обладают малой инерционностью.

Основным недостатком указанных устройств является низкая добротность механической колебательности системы, обусловленная значительным рассеиванием энергии в местах заделки чувствительного элемента в упругое тело.

Низкая добротность колебательной системы ведет к снижению точности измерения, что обусловлено отклонением частоты автоколебаний от резонансной согласно соотношению 4.

Af-2e Дф-Го,

где Д( - отклонение частоты автоколебаний от резонансной;

о - резонансная частота колебаний; в - добротность механической колебательной системы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является механический

резонатор пластинчатого типа 5, в котором для увеличения добротности и уменьшения массы основания чувствительный элемент вьшолнен в виде двух параллельных пластин, концы которых попарно соединены перемычками. Однако такая конструкция не

позволяет значительно повысить добротность колебательной системы, так как узлы колебаний перемычек находятся на значительном расстоянии от мест закрепления, что приводит к рассеиванию энергии колебаний в перемычках. Кроме того, данная конструкция ведет к сужению диапазона измерений, так KaiK резонатор ослабляется поперечным вырезом. В этой конструкции не удается значительно уменьщить массу основания, так как необходимо создать условия для нвправленного действия силы.

Целью изобретения является повышение чувствительности при одновременном расширении диапазона измерения, уменьщении маесы основания, увеличении добротности преобразователя. Это достигается тем, что в предлагаемый преобразователь введен второй механический резонатор, идентичный первому и соединенный с ним попарно концами, причем оба резонатора согнуты в плоскости, которая параллельна пластинам и перпендикулярШ Т17ЮйК0Сти их первоначального расположения. На чертеже изображена схема описываемого преобразователя,содержащего два упругих кольца 1, 2, согнутых rid Диаметру, местами изгибов прикрепленных к основаниям 3, 4 и образующих в плоскости, перпендикулярной направлению действия измеряемых усилий Р , две конструкции по форме Одинаковых камертонов классической формы Для возбуждения колебаний ветвей камертонов указанных конструкций предусмотрены возбудители колебаний 5, 6 и приемники колебаний 7, 8, включенные в цепь усилителя положительной обратной связи 9, вход которого поступает на прецезйонный частомер 10 для измерения и регистрации измеряемой силы. Частотный преобразователь силы работает следующим образом. Начальный импульс усилителя 9 приводит к колебаниям ветвей камертонов 1, 2 через возбудители 5, 6. Приемники колебаний 7, 8 воспринимают сигналы о частоте колебаний ветвей камертонов 1, 2, которые, усиливаясь в усилителе 9, вновь подаются на возбудители 5, 6. Таким образом замыкается звено селективной положительной обратной связи, обеспечивающей режим автоколебаний ветвей камертонов I, 2. При приложении измеряемого усилия к основанию 3, при условии жесткого закрепления основания 4, указанное усилие изменяет коэффициент податливости К изгибов камертонов Расщирение диапазона измерения достигается тем, что вместо двух упругих перемычек используется два упругих кольца, упругие деформации которых лежат в более широких пределах, чем у стержня. Кроме того, такая конструкция является более жесткой, чем тонк-ий стержень. Чувствительность предложенной конструкции возрастает за счет изменения податливости ветвей камертонов чувствительного элемента. Уменьщение массы основания достигается тем, что конструкция чувствительного элемента представляет собой по форме в плоскости действия силы - упругое кольцо, которое деформируется под действием диаметрально направленной силы. При этом масса основания может быть минимальной для устранения инерции измерения. Добротность колебательной системы предлагаемого частотного датчика силы возрастает за счет уменьщения энергии рассеивайия в местах закрепления полуколец, образующих по форме камертонную конструкцию к основанию. При симметричном расположении полуколец основания испытывают напряжения растяжения или сжатия, оставаясь при этом неподвижными, т. е. амплитуда колебаний мест закрепления практически равна нулю. Формула изобретения Частотный преобразователь силы, содержащий чувствительный элемент в виде механического резонатора, выполненного из двух параллельных пластин, концы которых попарно соединены перемычками, систему возбуждения и съема колебаний, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности преобразователя, в него введен второй механический резонатор, идентичный первому и соединенный с ним попарно концами, причем оба резонатора согнуты в плоскости, которая параллельна пластинам и перпендикулярна плоскости их первоначального расположения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 422985, кл,. G 01 L 1/10, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 447583, кл. G 01 L 1/10, 1972. 3..Лвторское свидетельство СССР № 324518, кл. G 01 L 1/10, 1967. 4.Новицкий В. П. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., 1970, с. 33. 5.Авторское свидетельство СССР № 219268, кл. G 01 L 1/10, 1966.