Способ измерения силы Советский патент 1981 года по МПК G01L1/10 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано-при-измерении сил, возникающих в механических устройствах. Известные способы измерения сил частотными методами используют эффек изменения собственных частот колебательной системы под действием приложенных к ней силовых Haf-pysoK l J. Известен способ измерения силы, заключающийся в том, что возбуждают механические колебания системы, воздействуют на нее через силопрредающий элемент и по изменению резонансной частоты системы определяют величину силы 2 J. В этом способе направления колеба ний и воздействия силопередающего элемента различны и реализуется режи безотрывных колебаний силопередающег элемента и колебательной системы. Однако, в условиях повышения скоростей механизмов, машин и автоматических линий и требований к точности и надежности их работы, чувствительность и быстродействие известных способов и устройства измерения сил недостаточны. Цель изобретения - увеличение чув- . ствительности. Указанная цель достигается тем, что колебания возбулсдают до возникновения периодических разрывов контакта между колебательной системой и силопередающим элементом, изменяют частоту возбуждения до получения максимальной амплитуды виброударного режима и определяют величину силы по изменению этой частоты. На фиг. 1 изображена схема колебательной системы; на фиг. 2 - график зависимости перемещения масс отвремени; на фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика системы; на фиг.4 устройство для реализации способа. Колебательная система, например линейный осциллятор с массой 1 и упругостью 3 (фиг. 1), возбуждается 3, периодической силой F.. Силовое возде ствие через силопередающий элемент 2 передается на колебательную систему в направлении возбуждения колебаний. Пригмалой величине силы возбуждения в системе устанавливается режим безо рывных колебаний, в котором массы 1 и. 2 движутся совместно. При увеличении воэбузкцения контакт между массами разрывается и устанавливается в виброударный режим, причем соударения происходят через равные промежут .ки времени Т. Зависимости перемещени X масс 1 и 2 от времени показаны на фиг, 2. Амплитудно-частотная характеристи ка рассматриваемой системы для массы 1 имеет вид (фиг. 3), где неустойчивая ветвь показана пунктиром. Аналогичные характеристики имеют и другие колебательные системы при наличии соударений. На низких частотах система имеет резонанс с частотой W , величина которой не зависит от величины усилия Р, и реализуется режим безотрывных колебаний. При достаточно большой силе возбуждения на высоких частотах в системе возникает область виброударного резонансного режима с устойчивой и неустойчивой ветвями характеристик. Изменяя частоту возбуждения,так, чтобы система удерживалась неустойчивой резонансной кривой, можно добиться получения максимальных амплитуд колебаний. Частота uJrt Т виброударного режима с максимальной амплитудой колебаний однозначно опре деляется величиной силы Р. . Наличие виброударного взаимодействия в предлагаемом способе приводи к большему изменению частотных свойс колебательной системы по сравнению с известными способами, что выражает ся в увеличении чувствительности определяемой как производная частота по силе, отнесенная к единице частоты. При этом частота виброударного режима значительно превосходит собствен.ные частоты колебательной систе мы, время переходного процесса меньше и скорость измерения вьше, чем у известных способов. Выбранно.е направ ление силового воздействия обеспечивает максимум составляющей ударного импульса, при котором достигается максимальное повышение частоты tAg ви роударного режима. Пример устройст8ва, реализующего способ, показан на фиг. 4, , Устройство содержит колебательнуК)систему, например, пьезокерамическую пластину 1 и силопередающий элементстержень 2. Устройство отличается от известных тем, что оно снабжено ща| иковой направляющей 3, а колебательная система и силопередающий элемент установлены с возможностью относительного движения в направлении колебаний, что обеспечивается закреплением пластины на опоре направляющей, а стержень выполнен в виде подвижного элемента направляющей. Напряжение на обкладках создается задающим генератором и выбирается из условия появления разрывов контакта между пластиной и бойком. Изменением частоты генератора переводят систему в виброударный режим с максимальной амплитудой колебаний, и определяют величину силы по изменению частоты виброударнсгго режима. Расчет по известным формулам показьтает, что величины частот и чувствительность способа и устройства могут быть увеличены по сравнению с известными способами соответственно в 3 и 4,5 раза (предельные величины). Достигаемое при этом соответствующее увеличение скорости измерений приводит к существенному повьшению производительности оператора, проводящего, например, экспериментальные исследования силовых нагрузрк в механизмах.,Предлагаемый способ измерения силы может быть легко автоматизирован с помощью стандартных элементов систем беспоисковои адаптации. Формула изобретения Способ измерения силы, заключающийся в том, что возбуждают механические колебания системы, воздействуют на на нее через силопередающий элемент и по изменению резонансной частоты системы определяют величину силы, О:тлич ающийс я тем, что с целью увеличения чувствительности, колебаний возбуждают до возникновения периодических разрывов контакта между колебательной системой и силопередающим элементом, изменяют частоту возбуждения до получения максимальной амплитуды виброударного режима и определяют величину cHJtbi по изменению этой частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

582464, кл. G 01 L I/IO, 26.09.75.

2.Авторское свидетельство СССР И 461322 кл. G 01 L 1/10, 20.06.72 (прототип).tu