Струнный преобразователь для измерения механических величин Советский патент 1982 года по МПК G01B7/00 

(54) СТРУННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения различных механических величин (перемещение, давление, сила и т. п.) с получением выходной информации в виде частотно-модулированных электрических сигналов.

Известен струнный дифференциальный преобразователь для измерения механических величин, содержащий две струны, установленные параллельно оси преобразователя магнитную систему, охватывающую эти струны, упругий элемент, узел крепления струн и измерительный наконечник, жестко связанный с этим узлом 1.

Недостатком преобразователя является отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих требуемую силу натяжения упругого элемента и регулировку начальных частот колебаний струн, что затрудняет сборку и юстировку преобразователя.

Наиболее близким по техническим рещениям к изобретению является струнный преобразователь для измерения механических величин, имеющий центральное отверстие, закрепленный внутри-стакана цилиндрический щток, выполненный в виде оправки с

продольными противолежащими пазами и смонтированными на ней с возможностью перемещения вдоль пазов двумя стойками (ползушками), упругий элемент, выполненный в виде плоской пружины, установленной с возможностью перемещения относительно щтока, включенные в цепь электрического тока две струн| 1 и охватывающую их магнитную систему, жестко связанный с упругим элементом узел крепления, выполненный в виде коромысла с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струны, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, при регулировании положения которых изменяется натяжение струн, и измерительный наконеч15 ник, выступающий из крышки через отверстия в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления 2. Недостатком известного преобразователя является ограниченная точность преобразования механических величин, преобразуемых в перемещение измерительного наконечника, .обусловленная тем, что в процессе измерений наконечник перемещается по радиусу, т. е. под углом к продольной оси преобразователя (нарущается принцип Аббе). а также и температурной нестабильностью преобразователя из-за неравномерного прогрева плеч узла крепления - коромысла и струн дифференциального преобразователя. Параллельное оси размещение обеих струн преобразователя увеличивает его габаритные размеры по поперечной оси. Цель изобретения - повышение точности преобразования и уменьшение поперечных размеров преобразователя. Для достижения поставленной цели в струнном преобразователе для измерения механических величин, содержащем корпус, выполненный в виде стакана с крыщкой, имеющей центральное отверстие, закрепленный внутри стакана цилиндрический щток со смонтированными на нем с.возможностью перемещения стойками, упругий элемент, установленный с возможностью перемещения относительно щтока, включенные в цепь электрического тока две струны и охватывающую их магнитную систему, жестко связанный с упругим элементом узел крепления с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струны, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, и измерительный наконечник, выступающий из крышки через отверстие в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления, цилиндрический шток выполнен в виде двух втулок со сквозным поперечным пазом в их центральной части, глубина которого превышает половину диаметра втулки, упругий элемент выполнен в виде двух мембран, установленных у внутренних торцов втулок, узел крепления выполнен в виде V-образного кронштейна, а обе струны расположены по продольной оси преобразователя. На фиг. 1 представлен преобразователь, поперечный разрез; на фиг. 2 - преобразователь со снятым корпусом, вид сверху. Струнный преобразователь содержит цилиндрический корпус 1 с крыщкой 2, имеющей сквозное отверстие, через которое выетупает конец измерительного наконечника 3. Имеется также шток, выполненный в виде двух втулок 4 и 5, две мембраны 6 и 7, установленные в торцовых расточках втулок и защемленные по своему внешнему контуру. Эти мембраны могут быть как плоскими, так и гофрированными и имеют в центральной части отверстие. Узел крепления струн и измерительного наконечника преобразователя выполнен в виде кронштейна 8 О-образной формы, имеющего на концах, входящих в отверстия мембран 6 и 7, резьбу. Кронштейн крепится к мембране 7 с помощью гайки 9, а к мембране 6 - с помощью измерительного наконечника 3, имеющего на- этом конце внутреннюю резьбу. На оси симметрии преобразователя размещены струны 10 и 11, одни концы которых закреплены накладкой 12 на опорной площадке 13 кронштейна 8, находящейся на его середине. Противоположные концы струн 10 и 11 прикреплены к стойкам 14 с помощью накладок 15. Сами стоки прикреплены винтами 16 к втулкам 4 и 5 внутри их поперечных пазов с возможностью регулирования их положения вдоль продольной оси преобразователя благодаря наличию прямоугольных пазов в стенках втулок. Выступ 17 кронштейна и два регулируемых упора 18, между которыми он расположен, служат для предохранения струн от обрыва при перемещениях измерительного наконечника 3, превышающих предел измерения. Магнитная система преобразователя выполнена в виде постоянных магнитов 19, охватывающих струны 10 и 11. Струны включены в цепь электрического тока посредством щтырей 20 и 21, электрически изолированных от корпуса 1 втулками 22, и щтыря 23, соединенного с корпусом. Соответственно, опорная площадка 13 кронщтейна, к которой прикреплены одни концы струн, электрически соединена с корпусом, а стойки 14, к которым прикреплены противоположные концы струн, электрически изолированы от втулок 4 и 5 и электрически связаны со щтырями 20 и 21. Струнный преобразователь работает следующим образом. Перед началом измерений кронщтейн 8 с прикрепленным к нему измерительным наконечником 3 устанавливают в среднее положение и фиксируют посредством регулируемых упоров 18. Далее перемещают стойки 14 вдоль стенок прямоугольных пазов втулок 4 и 5 с целью регулирования начального натяжения (т. е., соответственно, и начальных частот) струн 10 и 11, используя для этого показания отсчетно-регистрирующего блока (не показан), присоединенного к штырям 20, 21 и 23. Затем между выступом 17 кронщтейна 8 и регулируемыми упорами 18 выставляют определенные зазоры, ограничивающие предельные пере.мещения измерительного наконечника 3. В процессе измерения перемещений измерительный наконечник 3 смещается вдоль продольной оси корпуса 1 преобразователя. Соответственно, на такую же величину смещается и кронштейн 8 с опорной площадкой 13, что приводит к изменению упругих деформаций струн 10 и И. Приращения упругих деформаций этих струн будут иметь разные знаки, вследствие чего частота колебаний одной из струн возрастет, а второй - уменьшится. Отсчетно-регистрирующий блок зарегистрирует это изменение. В качестве отсчетного блока может быть использован, например, стандартный электронно-счетный частотомер, который может работать в режиме измерения частот струн, отношения частот струн или периодов колебаний струн. Режим работы частотомера выбирается в соответствии с требуемым быстродействием преобразователя. Изменение показаний на цифровом табло отсчетно-регистрирующего блока (частотомера) будет линейно связано с перемещением измерительного наконечника 3. С целью линеаризации функции преобразования струнного преобразователя начальные частоты струн Ш и 11 должны иметь вполне определенные значения, определяемые режимом работы отсчетно-регистрирующего блока. Например, при измерении разности частот струн их начальные частоты должны быть равными; при измерении отношения частот струн их начальные частоты должны иметь бтношение tgi / 02 равные начальные частоты и длинь1, удовлетворяющие .соотношению VS и т. д. Благодаря тому, что обе струны преобразователя размещены по его продольной оси, а направление измеряемого входного перемещения и измерительного наконечника также совпадают с продольной осью симметрии преобразователя (причем благодаря мембранной подвескеобеспечивается стро-. го поступательное перемещение измерительного наконечника, кронштейна и концов струн, воспринимающих измеряемое перемещение), повыщается точность преобразования перемещений за счет устранения систематической погрешности нелинейности (соблюдением принципа Аббе) и повышения температурной стабильности нуля даже при неравномерном одностороннем прогреве корпуса. Одновременно уменьшаются поперечные размеры струнного преобразователя. Формула изобретения Струнный .преобразователь для измерения механических величин, содержащий корпус, выполненный в виде стакана с крышкой, имеющей центральное отверстие, закрепленный внутри стакана цилиндрический шток с смонтированными на нем с возможностью перемещения стойками, упругий элемент, установленный с возможностью перемещения относительно щтока, включенные в цепь электрического тока две струны и охватывающую их магнитную систему, жестко связанный с упругим элементом узел крепления с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струнь, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, и измерительный наконечник, выступающий из крышки через отверстия в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и уменьшения поперечных размеров преобразователя, цилиндрический шток выполнен в виде.двух втулок со сквозным поперечным пазом в их центральной части, глубина которого превышает половину диаметра втулки, упругий элемент выполнен в виде двух мембран, установленных у внутренних торцов втулок, узел крепления выполнен в виде U-образного кронщтейна, обе струны расположены по продольной осипреобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 356448, кл. G 01 В 7/02, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2850418/18-28, кл. G 01 В 7/02, 1979 (прототип).

14 f6 15 fgf g

(раг.2