Кварцевый силоизмеритель

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытательных машинах для определения физико-механических параметров материалов. Дпя повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения крутящего момента в осевом канале 13 упругого элемента 1 размещена резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого стержня 11 с упругой головкой 12 и навинченной на него муфты 14. При приложении силы вдоль оси 00 измерителя частота колебаний силочувствительных кварцевьрс резонаторов 4 изменится, что вызовет прирост частоты электрических сигналов транзисторных возбудитеi (Л SD 4ib СЛ СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (я) 4 G 01 ? 1/16 3/10

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3718222/24-10 (гг) 30.03.84 (46) 15.07.86. Вюл. - 26 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) Е.И.Новиков (53) 53 1.781(088.8) (56) Лгейкип Д,И. и др. Датчики контроля и регулирования. М.: Энергия, 1965, с. 215. Иалов В.В. Пьезорезонансные датчики. H. Энергия, 1978, с. 182. (54) КВЛРЦЕВЫИ СИЛОИЗИЕРИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к силоиз-. мерительной технике и может быть использовано в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытательных машинах для определения физико-механических параметров материалов. Для повышения точности и расширения функциональных воэмож-ностей за счет обеспечения возможности измерения крутящего момента в осевом канале 13 упругого элемента

1 размещена резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого стержня 11 с упругой головкой 12 и навинченной на него муфты 14. При приложении силы вдоль оси 00 измерителя частота

I колебаний силочувствительных кварцевых резонаторов 4 изменится, что вызовет прирост частоты электрических сигналов транзисторных возбудите12445 лей 6,7, выраженный на индикаторах в единицах силы. При приложении к резьбовой муфте 14 крутящего момента прирост частоты колебанпй резо" наторов 4 изменяется прямо пропо13 ционально величине действующего момента. Термостабилирующий блок 15 обеспечивает постоянство температуры внутри устройства, 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения силы в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытательных машинах для определения физико-механических параметров материалов.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности измерения крутящего мо менга.

П» фиг. 1 изображена функцпональная схема предлагаемого кварцевого сплоиэмерителя; на фиг..2 — электрическая схема.

Кварцевый силоизмеритель содержит упругий элемент 1 с фланцами 2 и 3, сплочувствительные кварцевые резонаторы 4, электроды 5 которых подключены к соответствующим транзисторным возбудителям 6 и 7, реактивные корректоры 8 и 9, подключенные к электродам 5 соответствующих силочувствительных кварцевых резонаторов 4, герметизирующий кожух 10, установленный ме;кду фланцами 2 и 3, упругого элемента 1, упругий резьбовой стержень 11 с упорной головкой 12, введенный внутрь осевого канала !3, выполненного в упругом элементе 1,резьбовая муфта 14, навинченная на упругий резьбовой стержень l1 и поджатая к фланцу 2 упругого элемента 1, термостабилизирующий блок 15, включающий в себя последовательно соединенные датчик температуры, регулятор и нагреватель, источник 16- тока и индикаторы 17 и 18, подключенные к выходам соответствующих транзисторных возбудителей 6 и 7. Реактивные корректоры 8 и 9 включают в себя последовательно соединенные переменные конденсаторы 19 и 20, и переменные резисторы 21 и 22.При этом реактивные корректоры 8 и 9, возбудители 6 и 7 и термостабилизирующий блок 15 размещены внутри по5 #ости 23, выполненной в упругом резьбовом стержне 11, упорная головка

l2 которого поджата к фланцу 3 упругого элемента 1, выполненного из упругого материала, например из ковара, ц;температурный коэффициент расширения которого близок к соответствующему температурному коэффициенту силочувствительпых кварцевых резонаторов 4.

Резьбовая муфта l4 снабжена натяжньцл

15 рычагом 24 и связана с подпружиненным фиксатором 25.

Кварцевый сплоизмеритель работает следующим образом.

В исходн положении резьбовая

10 муфта 14 ослаблена, на транзисторные возбудители 6 и 7 от источника 16 тока подано питающее напряжение и в силочувствительных кварцевых резонаторах 4 возбуждены..пьезоэлектричес25 кие колебания, частота которых соответствует исходному значению.С помо щью переменного конденсатора 19 реак тивного корректора 8 устраняют разницу частот пьезоэлектрических колеба36 ний,добиваясь равенстваобеих частот, т.е.

1 =1

О ИСХ

Далее поворотом резьбовой муфты

14 посредством натяжного рычага 25 производят механическое сжатие упругого резьбового стержня 11, а следовательно и упругого элемента 1,который йередает механическое усилие на силочувствительные кварцевые резонаторы 4. Поскольку жесткость сипочувствительных кварцевых резонаторов 4 существенно выше (более трех порядков}, чем у упругих резьбового

1244513 стержня 11 и элемента 1, то последние деформируются в пределах упругой деформации, а силочувствительные кварцевые резонаторы 4 подвергаются только механическому напряжению

Э приводящему согласно силочастотному эффекту к прямо пропорциональному изменению частоты пьезоэлектрических колебаний.

При достижении заданного значения пьезоэлектрических колебаний, при котором резонаторы действует растягивающее механическое усилие, которое вызывает уменьшение прироста частоты пьезоэлектрических колебаний и на индикаторах 17 и 18 индицируется (со знаком минус) величина растягивающей силы.

Поскольку силочувствительный кварцевьп резонатор 4 является ли10 нейным преобразователем силы, изменение прироста частоты имеет прямопропорциональную зависимость

= 1

1 КСК i иск где Г„ — частота пьезоэлектрических колебаний верхнего (фиг. 1) силочувствительного кварцевого резонато- где ьй — прирост частоты пьезоэлекI ра 4; f — частота пьеэоэлектри- трических колебаний при действии ческих,колебаний нижнего (фиг. 1) сжимающей р а ра вар . К силочас отньп4 коэффициент цевый силоизмеритель готов х работе. (коэффициент Ратайского)

Предварительное механическое натя- . F< — вЕличина сжимающего (Расжение необходимо для устранения люфтов и перекосов в конструкции. 25

D — геометрический коэффициент

Предлагаемьп1 кварцевьп1 силоизме(площадь поперечного сечения силоритель позволяет измерять: растягива- чувствительного кваРцевого Реэонатоющие или сжимающие силы, действу- Ра 4)

1 ющие вдоль оси 00 измерителя; изп — номер гармоники силочувстгибающие усилия действующие поперек

Р 30 вительного кварцевого резонатора 4

1 ! оси 00 измерителя на фланец 2 при — коэффициент заделки силозаделке фланца 3; крутящий момент, чувствительного кварцевого резонатоприлегаемый к реэьбовой муфте 14 и ра 4. обеспечивающий ее поворот относитель- При приложении силы в направлении но оси 00 измерителя.

t перпендикулярно оси 00 измеритеf

При приложении силы в направлении 5 лЯ (на стРелке а) веРхний силочУвст35

f оси 00 измерителя сжимающей упру- вительный кварцевый резонатор 4 подгий элемент 1, оба силочувствительвергается растягивающему усилию,а ных кварцевых резонатора 4 подверга- нижний — сжимающему, в результате ются сжимающему механическому воздей- чего с верхнего силочувствительного ствию, вследствие чего частота пье- кварцевого резонатора 4 через тран"

40 зоэлектрических колебаний в них уве- зистоРньп возбУДитель 6 на инДикатоР личится прямо пропорционально вели- 17 подается электрический сигнал,причине сжимающего механического напря-. Рост частоты котоРого Уменьшен, жения и с каждого транзисторного . нижнего силочувствительного квардевозбудителя 6 и 7 на соответствующий вого Резонатора 4 через соответству45 индикатор 17 и 18 подаются электри- юп;ий тРанзистоРный возбудитель 7 на ческие сигналы, значение прироста индикатор 18 подается электрический частоты которых, выраженного на ин- сигнал, пРиРост частоты которого Уведикаторах 17 и 18 в единицах силы, личен от исходного значения. При

I соответствуют значению приложенной " этом о величине изгибающей силы су50 силы, при этом на обоих индикаторал.. ДЯт по Разности показаний инДикато-.

17 и 18 показания одинаковы (режим Ров. 17 H 18 двухканального измерения силы). (- При приложении к резьбовой втулке 14 крутящего момента M в напПри изменении направления дейст- 55 равлении вращения вокруг оси 00 вия жилы на противоположное, т.е. силоизмерителя по часовой стрелке при приложении растягивающей силы, (при заделке фланца 3) упругий элена силочувствительные кварцевые мент 1 сжимается, вызывая сжимающее

12445

1

K м 4 l 4 о иск о = ° >

20

Составитель A.AMàõàíîâ

Редактор Ю.Середа Техред В.Кадар Корректор В.Бутяга

Заказ 3906/44

Тираж 778 Подписное

ВНИППИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная„ 4

5 воздействие на силочувствительные кварцевые резонаторы 4, приррст час тоты пьезоэлектрических колебаний, в которых изменяется прямо пропорционально величине действующего момента где ьŠ— прирост частоты пьезоэлек.е трических колебаний от действия момента; 15

К вЂ” коэффициент пропорциональности; .M — крутящий момент.

При Изменении направления действия момента на противоположное, величина ипдицируемая на индикаторах

17 и 18, соответствует величине измеряемого момента, но с противоположным знаком.

При изменении исходного значения частоты, например, от действия стоения подстройка может быть осуществле а с помощью реактивных корректоров 8 и 9 или резьбовой муфты 14.

При работе силоизмерителя в условиях изменяющегося внешнего теплововго действия термостабилизпрующий блок 15 обеспечивает постояннство температуры внутри измерителя с минимальными энергетическими потеря- 35 ми.

13 6

Формула изобретения

1. Кварцевый силоизмеритйль, содержащий упругий элемент с фланцами по концам, силочувствительные кварцевые резонаторы, установленные между фланцами упругого элемента, и транзисторные возбудители, подключенные к электродам силочувствительных кварцевых резонаторов, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обес-, чения возможности измерения крутящего момента, в него введена упругая резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого резьбового стержня с упорной головкой и резьбовой муфты, навипченной на резьбовой стержень, размещенный в осевом канале, выполненном в упругом элементе и фланцах, к одному из которых поджата упорная головка резьбового стержня, а к другому — резьбовая мудп а, 2, Силонзмеритель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения температурной погреш ности, в него введены герметизируюшпй кожух, установлепный между фланцами упругого элемента, и термостабилнзирующий блок, включающий в себя пос" ледовательно соединенные датчик температуры, регулятор и -нагреватель, причем в упругом резьбовом стержне выполнена осевая полость,, в которой размещены транзисторные возбудители и термостабилизирующий блок.