Призматическая опора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

23 А (19) (11) сю4 С 01 G 3/16 21/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

j с

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ З Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 . 1. (2! ) 3626436/18-10 (22) 28.04.б3 (46) 23.01.86. Бюл. )1 3 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) В.А.Кофанов и Е.И.Новиков (53) 681.269(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 492754, кл. G О1 С 21/04, 1972.

Авторское свидетельство СССР

))I 979878, кл. G 01 G 21/04, 1980.

3 (54) (57) ПРИЗМАТИЧЕСКАЯ ОПОРА, содержащая несущую призму и основание с двугранной впадиной, в которой на ребре установлена несущая призма, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения измерения нагрузки, в ней основание выполнено в виде пьезокварцевого преобразователя деформации, в котором ось деформационно-частотной чувствительности совмещена с нагрузочной осью опоры, а несущая призма выполнена в виде пьезокварцевого деформационно-чувствительного резонатора.

1 12066

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионных измерителей массы.

Известна призматическая опора, содержащая упругий шарнир, тяги и рамки. Упругий шарнир прикреплен к противоположным сторонам одной рамки, одна из сторон другой рамки соединена с упругим шарниром внутри первой рамки, упругий шарнир и тяги 1п лежат на одной прямой Г11.

Недостатками этого устройства являются сравнительно малый ресурс работы и низкая точность, обусловленные значительными перемещениями к деформациями упругого шарнира, рамки и тяги.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является призматическая опора, содержащая. 20 несущую призму и основание с двугранной впадиной, в которой на ребре установлена несущая призма С23.

Недо"таток известной опоры — отсутствие возможности измерения нагрузок, воспринимаемых опорой, что необходимо для выбора их оптимальных величин при разработке.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения измерения нагрузок.

Поставленная цель достигается тем, что в призматической опоре, содержащей несущую призму и основание с двугранной впадиной, в которой на ребре. установлена несущая призма основание выполнено в виде пьезокварцевого преобразователя деформации, в котором ось деформационночастотной чувствительности совмещена ( с нагрузочной осью опоры, а несущая 4О призма выполнена в виде пьезокварцевого деформационно-чувствительного резонатора.

На чертеже показана схема призматической опоры.

Несущая призма 1 установлена в двугранной впадине 2 основания 3

/ выполненного в виде пьезокварцевого преобразователя деформации из пьезокварцевой пластины с нулевым темпе. ратурным срезом (например, срезом,. ух1/0), имеющей нулевое объемное . тепловое расширение,т.е. мало изменяющийся объем при изменении температуры. Несущая призма выполнена 55 также из пьезокварцевой пластины

° идентичного среза ух1/9(AT-срез) и имеет соответствующее нулевое

21

2 объемНое расширение. На главных гранях основания 3 нанесены металлические электроды 4, включенные в цепь обратной связи транзисторного автогенератора 5. На главных гранях несущей призмы 1 нанесены металлические электроды 6, включенные в цепь обратной связи транзисторного ! автогенератора 7. На нагрузочной грани 8 призмы 1 установлен груз 9, центр 10 масс которого лежит на совмещенных осях деформационно-частот1 1 ной чувствительности РР и нагрузочной 00 .

При установке груза 9 на несущую призму 1, установленную в двугранной впадине 2 основания 3, происходит упругая деформация основания

3 и несущей призмы 1, выполненных из однородного пьезоэлектрического кварца в виде нулевого температурного среза.

Работа устройства основана на использовании прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов, свойстве самокомпенсации объемного температурного расширения пьезокварцевых пластин нулевого среза (например среза ух1/9 -АТ-среза), из которых изготовлены несущая призма и основание,и использовании деформационночастотного эффекта, состоящего в том, что при упругой деформации пьезоэлектрика, направленной вдоль деформационно-частотной оси чувствительности,частота пьезоэлектрических колебаний его изменяется.

В исходном положении с помощью транзисторного автогенератора 5 возбуждают пьезоэлектрические колебания в подэлектронной зоне (локализованной зоне пьезоэлектрических колебаний), заключенной между металлическими электродами 4. С помощью дополнительного транзисторного автогенератора 7 возбуждают пьезоэлектрические колебания в подэлектродной .зоне (локализованной зоне пьезоэлектрических колебаний заключенной между металлическими электродами 6.

При установке груза 9 на нагрузочную грань 8 несущей призмы 1 согласно второму закону Ньютона созда-. ется усилие, направленное вдоль оси деформационно-частотной чувствйтельиости PP несущей призмы 1 и основания 3:

m g

12066

df

D h

Составитель В.Ширшов

Редактор И.Николайчук Техред Т.Дубинчак Корректор С.Шекмар

Заказ 8698142 Тираж .- Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,Ж -35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4 где F — направленное усилие;

m — масса груза;

g — вектор гравитационного по- ля Земли.

Поскольку направление усилия F ориентировано по оси деформационночастотной чувствительности как несущей призмы 1, так и основания

3, то оно вызывает отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний 10 в локализованных (подэлектродных) зонах несущей призмы 1 (выполненной из пьезоэлектрического кварца) и основания 3 (выполненного из идентичного пьезоэлектрического квар- 15 ца) согласно зависимости где df — изменение частоты пьезоэлек20 трических колебаний;

К8 — коэффициент деформационночастотной чувствительности;

dF — изменение усилия; 25

f — начальное значение частоты пьезоэлектрических колебаний (без нагрузки);

D — длина зоны нагружения;

h — толщина эоны нагружения;

Из уравнения видно, что отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний изменяется прямо пропорционально ко- эффициенту деформационно-частотной чувствительности К,изменению усилия dF начальному значению часто— ты Е и обратно пропорционально длине D и толщине зоны h нагружения.

При постоянном коэффициенте ehopмационно-частотной чувствительности

К и выбранной частоте (начальном значении) пьезоэлектрических колебаний f для повышения коэффициента преобразования усилия в частоту тре21 4 буется концентрация прикладываемого усилия на возможно меньшей площади ее приложения, что и выполнено в предложенной Конструкции — грань несущей призмы 1 установлена на грани (внутренней) основания 3, т.е. площадь приложения усилия минималь.— на при данной толщине пьезокварцевой пластины.

„Изменение частоты пьезоэлектри-, ческих колебаний основания 3 снимается с транзисторного автогенератора 5, а изменение частоты .пьезоэлектрических колебаний несущей призмы 1 — с дополнительного транзисторного автогенератора.

Поскольку изменение частоты пьезоэлектрических колебаний df происходит прямо пропорционально прикладываемому усилию dFs то по отклонению судят о величине массы груза 9.

Наличие двух каналов измерения усилия (1-й канал по нагружению основания 3, 2-й канал по нагружению несущей призмы i) обеспечивает су щественное повышение надежности измерения, точности и воэможности ведения взаимоконтроля функционирования.

Изменение температуры окружающей среды мало изменяет объем основания

3 и несущей призмы 1, поскольку применен нулевой температурный срез пьезокварцевых пластин, иэ которых изготовлены указанные элементы. Нулевой температурный срез обеспечивает сохранение объема (за счет внутренней анизотропной компенсации) а следовательно, сохранение размеров (D и h), влияющих на силовое напряжение . 0, отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний Ьf .