Струнный компенсационный датчик перемещения Советский патент 1980 года по МПК G01B7/00 G01L1/10 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения малых перемещений, например деформаций упругих вставок силоизмерителей

Известен струнный компенсационный датчик перемещения, содержащий струну, одним концом связьшаемую с контролируемым объектом, автогенератор возбуждения колебаний струны и генератор эта-лонной частоты, подключенные к разным входам блока сравнения, а также индикатор 1.

Однако точность этого датчика невысока вследствие нелинейности его выходньлх характеристик.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является струнный компенсационный датчик перемещения, содержащий корпус, собственно струну,одним концом связываемую с контролируемым объектом, блок сравнения и подключенные к его входам автогенератор возбуждения колебаний струны и генератор эталонной частоты, а также формирователь сигналов управления, подключенный входсяи к выходу блока сравнения, пьезопреобразователь и индикатор, подключенные к выходу указанного

формирователя 2. Благодаря введению пьезопреобразователя и формирователя сигналов управления, подаваеМссс на этот пьезопреобразователь, повышается линейность выходной характеристики струнного датчика и создаются условия для обеспечения колебаний струны практически на одной выбранной частоте, что уменьшает вероятность вытягивания струны из точек ее закрепления и возникновение усталости материала струны.

Недостатком такого датчика является относительно невысокая точность и надежность, обусловленные малой механической жесткостью пьезопреобразователя в направлении перемещения контролируемого объекта.

Действительно, при перемещении объекта деформируется не уолько струна, но и преобразователь, поэтому измеряемое струной перемещение будет равно

д«, Ч Ci)

где й,- деформация стру(,;

U4 перемещение объекта; Л,1 - деформация пьезопреобра 3 ов а т ел я. Таким образом, зависимость чувствительности компенсационного .стр ного датчика от жесткости пьезопре образователя запишется следующим образом: с С, чувствиоельность компенсационного струнного дат чика ; чувствительность струнно датчика без компенсации; Сг, - жесткость пьезопреобразо вателя Cj. - жесткость струны. Из выражения (2) видно, что чув ствительность и, следовательно, точ ность компенсационного датчика повышаются с ростом жес:-кости пьезопреобразователя. Таким образом, создание достаточно жесткого по от ношению к струне пьезопреобразоват дает возможность построить компенсационный датчик перемещения, не уступающий струнному преобразовател без компенсации по чувствительности и точности измерений, но обладающи линейной характеристикой. Однако применяемый в известном датчике пьезопреобразователь, связанный одним краем с корпусом датч ка, а другим - со струной, позволя достичь жесткости только посредств увеличения его размеров и, следова тельно, напряжения.управления пьез преобразователем, что нецелесообра но. Целью изобретения является повы шение точности изУ ерений и надежности датчика. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом струннсм к пенсациокном датчике перемещения пьезопреобразователь выполнен в вид биморфного пьезокерамического диска периферийная часть которого жестко соединена с ко эпусом датчика, а струна закреплена вторым концом в центре диска. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого датчика. Струна 1 одним концом соединена с перемешающимся объектом 2. АЕТОгенератор 3, являющийся возбудителем колебаний струны, и генератор 4 эталонной частоты подключены к разным входам блока 5 сравнения, вы ход которого через формирователь 6 сигналов управления подключен к индикатору 7 и биморфному дисковом пьезопреобразователю 8, закрепленн му по периферии в корпусе 9 датчика и соединенному в центре с другш«1 концом струны. Датчик работает следующим образом , При отсутствии переме цения струна 1 колеблется с частотой, равной частоте эталонного i-енератора 4. ripvi перемещении объекта 2 частота колебаний струны 1 начинает изменяться и сигнал рассогласования с выхода блока 5 сравнения через формирователь 6 сигналов управления поступает на биморфный дисковый пьезопреобразователь 8. Под действием сигнала управления один слой диска сжимается, уменьшая свой диаметр, а второй - расширяется, увеличивая его. За счет этого диск приобретает куполообразную форму, перемещая точку закрепления струны в сторону перемещения объекта, благодаря чему частота автогенератора возвращается к исходной величине. При этом сигнал управления, поддерживающий посредством биморфного дискового пьезопреобразователя частоту колебаний струны неизменной, является В-БКОДОМ датчика и поступает на индикатор. Использование биморфного дискового пьезопреобразователя, соединенного в центре со струной, позволяет существенно увеличить соотношение жесткостей компенсатора и струны, не изменяя габаритов датчика и напряжения управления пьезопреобразователем, что повышает точность измерений. Кроме того, за счет увеличения механической прочности пьезопреобразователя повышается надежность датчика. Формула изобретения Струнный компенсационный датчик перемещения,, содержащий корпус, собственно струну, одним концом связываемую с контролируемым объектом, блок сравнения и подключенные к его входам автогенератор возбуждения колебаний струны и генератор эталонной частоты, формирователь сигналов управления, подключенный входом к выходу блока сравнения, пьезопреобразователь и индикатор, подключенные к выходу формирователя сигналов управления, отличающийся тем , что, с целью повышения точности измерений и надежности датчика, пьезо.преобразователь вьпюлнен в виде биморфного пьезокерамического диска, периферийная часть которого жестко соединена с корпусом датчика, а струна закреплена вторым концом в центре диска, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 226441, кл. G 08 С 9/00, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР ft 564548, кл. G 01 L 1/10, 1976 (прототип).