Устройство для измерения температуры и механических усилий

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устройства путем увелргчения крутизны пр-е.образования. Изменяя частоты колебаний на выходе фазочастотнь х преобразователей 11 и 12 (ФЧП), оп ределяют значения действующих на упругий элемент 1 устройства усилия и температуры соответственно. В динамическом режиме изменение информационных параметров температуры и силового воздействия вызывает изменение частоты настройки пьезорезонаторов 2 и 3 и приводит к изменению частот на выходах автогенераторов 4 и 5, фазовых сдвигов на выходах линий задержки 6 и 7. Изменение фазовых сдвигов на выходах 6 и 7 линий задержек обусловливается изменением частот автоколебаний на выходах 10 и Л 1 ФЧП, что приводит к изменению фазовых сдвигов на выходах 8 и 9 линий зад,ержек. Вследствие этого происходит изменение частоты автоколебаний на выходе 12 ФЧП. Регистрируя изменение частот колебаний на выходе 11 и 12 ФЧП, судят о величине изменения информационных параметров . 2 з.п. ф-лы. 1 ил. к fQ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И3

4ь

ФЪ

Об в9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3831809/24-10 (22) 30.12.84 (46) 30.07.86. Бюл. У 28 (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им. Н.Е. Жуковского (72) Е.С. Колесник и К.В. Скульский (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 851121, кл. С 01 К 7/32, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 939967, кл. а 01 К 7/32, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TENПЕРАТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить чувствительнбсть устройства путем увеличения крутизны преобразования. Изменяя частоты колебаний на выходе фазочастотных преобразователей ll и 12 (ФЧП), оп ределяют значения действующих на (gy) g G 01 К 7/32, G 01 Ь 1/16 упругий элемент 1 устройства усилия и температуры соответственно. В динамическом режиме изменение информационных параметров температуры и силового воздействия вызывает изменение частоты настройки пьезорезонаторов 2 и 3 и приводит к изменению чаСтот на выходах автогенераторов

4 и 5, фазовых сдвигов на выходах линий задержки 6 и 7. Изменение фазовых сдвигов на выходах б и 7 линий . задержек обусловливается изменением частот автоколебаний на выходах 10 и,11 ФЧП, что приводит к изменению фазовых сдвигов на выходах 8 и 9 линий задержек. Вследствие этого происходит изменение частоты автоколебаний на выходе 12 ФЧП. Регистрируя изменение частот колебаний на выходе 11 и 12 ФЧП, судят о величине изменения информационных параметров. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.!

О где „„и с„ л!

Устройство разом.

1 1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для одновременного измерения температуры и силового воздействия с помощью пьезокварцевых преобразователей.

Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения крутизны преобразования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит упругий элемент 1 с пьезокварцевыми резонаторами 2 и 3, подключенными к автогенераторам 4 и 5, четыре линии 6-9 задержки и три автогенераторных фазочастотных преобразователя (ФЧП)

1.0-1 2.

Первый ФЧП 10 состоит из четырех смесителей 13.1-16.1 и усилителя

17.1, второй ФЧП 11 — из смесителей

13;2-16.2 и усилителя 17.2, третий

ФЧП 12 — из смесителей 13.3-16.3 и усилителя 17.3.

Пьезокварцевые резонаторы 2 и 3 установлены на упругом элементе 1 таким образом, что они подвергаются точечному нагружению. Резонаторы 2 и 3 обладают одинаковыми коэффициентами преобразования к температуре К (коэффициентами температурной чувст вительности) и коэффициентами К, и

К преобразования по силе (коэффициентами силовой чувствительности имеющими противоположные знаки, что характерно для дифференциальных устройств. В качестве пьезокварцевых резонаторов могут быть использованы пьезорезонаторы L С = среза, имеющие большие значения коэффициентов преобразования по силе и температуре и необходимые знаки коэффициентов.

247684; 2 тели 15.2, 14.1, 14.2, 14.3, 16.1 и

16.3 — вычитающими.

Время задержки сигнала Ф в пер( вой линии 6 задержки должно быть равно времени задержки сигнала во второй линии 7 задержки, а время задержки сигнала в четвертой линии

9 задержки должно быть равным — время запаздывания сигнала в усилителях

17.1 и 17.2 первого и второго ФЧП соответственно; — время запаздывания сигнала в третьей линии задержки. работает следующим об25 Упругий элемент 1 находится под действием силы и температурного поля в точке измерения. Пьезокварцевые резонаторы 2 и 3, прикрепленные к поверхности упругого элемента, ис30 пытывают точечное силовое нагружение и воздействие температурного поля. Одновременное воздействие силового и температурного полей определяет в стационарном режиме значение частот пьезокварцевых резонаторов 2 и 3, следовательно, частот генерации f è 1 автогенераторов

4 и 5 в соответствии с формулами: ьь (2)

= f+Kt+KF

2 01 2

Смесители в ФЧП выполнены однополосными — на их выходах выделяют колебания суммарной либо разностной частоты путем использования в них фильтровых или фазокомпенсационных узлов подавления нежелательных колебаний.

Если К„> К, то смесители 13.1, 13.3, 15.1, 15.2 и 15.3 должны быть суммирующими, а смесителя,13.2, 14.1, 14.2, 14.3, 16.1, 16.2 и 16.3 — вычитающими.

Если К; (К, то смесители 13.1, 13.2, 13.3, 15.1, 15.2, 15.3 и 16.2 должны быть суммирующими, а смесигде t u F — значения воздействующей температуры и силы соот45 ветственно.

На первые входы ФЧН 1О и 11 поступает сигнал с частотой f и начальной фазой Мр, на вторые входы— сигналы с частотой f и фазовым сдвигом д, + 2ВГ,„Ф,. +2 (Kt — К У)Ф, на третьи входы - сигнал с частотой и азовым.сдвигом Ч, а на четвертые — сигнал с частотой f и фат зовым сдвигом 1 +. йго б +2» (Kt +

55,.К Р) ф е

В результате прохождения сигналов через последовательно включенные смесители 13.1 14.1, 15.1 и 16.1

3 1247684 4 колебание на выходе четвертого сме- ной связи усилителя 17.1. При доссителя 16.1 сдвинуто по фазе по от- таточно высоком коэффициенте усиленошению к сигналу на входе смесите- ния усилителя 17.1 выполняется услоля 13.1 на величину вие баланса амплитуд и в замкнутой

Л» Л )g< (gt(< +()+ цепи, состоящей из последовательно, Ол л oz г г включенных блоков 13.! — 17.1, суЛ A

+(К i — KÄ<,,)Fj ° (3) ществует автоколебание, частота ко В то же время цепочка этих смесите- торого определяется из условия ба<г(ей ппедставляет. собой цепь обрат- ланса фаз ченных блоков 13.1—

17.1.

Во втором ФЧП 11 при .К„ С I(колебание на выходе четвертого смесителя 16.2 сдвинуто по фазе по отношению к колебанию на первом входе смесителя 13.2 на величину

2 (» ф» < )-2<<(k t <,„- gt< (л 2«(К л Кг <г) ° () вательно включенных блоков 13.2-17.2, существует автоколебание, частота которого определяется из условия баланса фаз соотношением

<

Ф,- У

Так как линии 6 и 7 задержки имеют40 л одинаковое время задержки то на выходе второго ФЧП существует колебание с частотой

2" (»ол + »ог) л + 2<< E2k t iÄ < (K - gÄ ) <, ° г) ал

2" ц1 линию 8 задержки сигнал запаздывает на время «д и поэтому поступает на 0 . второй вход ФЧП 12 с фазовым сдвигом которое поступает непосредственно на первый вход и через третью линию

8 задержки на второй вход третьего

12 ФЧП. При прохождении через третью "«+2" (» Ьг)< +2(< E2«+<4г-K,Ф Fj „ <л 5 ° (q) Ял

Колебание с выхода. второго 11 ФЧП поступает с частотой Г„ непосредст. венно на третий вход и через четвертую линию 9 задержки на четвертый вход третьего ФЧП 12. В процессе прохождения через четвертую линию 9 где m =1,3,5,... при инвентировании сигнала в цепи последовательно вклю- !5 ченных блоков 13.117.1 и <и =2,4,6,... при неинвентировании сигнала в цепи последовательно вклю- 20

При достаточно высоком коэффициенте усиления усилителя 17.2 выполня25 Ъ ется условие баланса амплитуд и в замкнутой цепи, состоящей из последогде n=1,3,5,... при инвентировании сигнала в цепи последовательно включенных блоков 13„2-17.2 и

<<=2,4,6,... при неин-, вентировании сигнала.

«<,,2«(»и-Е<, )(л- 2«(Кл+К,) Г<л (. ) йл 1

2 значение которой практически определяется только величиной силового воздействия F в силу того, что значение остальных параметров остается неизменным в процессе измерения. На выходе первого ФЧП 10 в этом случае

{при <, = ) существует колебание

z с частотой

5 1247684 6 задержки колебание запаздывает на вертый вход третьего ФЧП с фазовым л время 7 и поэтому поступает на чет- сдвигом г.i 2«HÄ-<„li -2"(2„К l<", и "1

122

16.3 оказывается сдвинутым по фазе по отношению к колебанию на первом входе первого смесителя 13.3 на величину

В результате прохождения колебаний через цепочку последовательно включенных смесителей 13.3-16.3 колебание на выходе четвертого смесителя еа 2 Нои 2,)1, n Kli ° 2" l4, Х i)" g <««Kt

ы

"91 "02 "У!

i довательно включенных блоков 13.317.3, существует автоколебание, частота которого определяется из условия баланса фаз соотношением

При достаточно высоком коэффици-. енте усиления усилителя 17.3 выполняется условие баланса амплитуд и в замкнутой цепи, состоящей из послеип >

2«(f 22 — Ев?) "л о вь

2K. п, 4 4«К1 lq 2 Л

У2 Я рах 4 и 5, первой 6 и второй 7 линиях задержки и в первом 10 ФЧП идентичны описанным вышее.

Во втором 11 ФЧП на выходе смесителя 16.2 выделяется сигнал с фазо-.

gp, вым сдвигом щ+2«(Гв — f Ф о(в 4 — 2(К„+ К ) F Ф„. При этом йа выходе усилителя 1 7 . 2 . существует колебание с частотой ив-2 2(вл f >7>++.2.и (K4+Kã)F л

В третьем 12 ФЧП на выходе усили- . теля существует колебание с часто4и тои

I 22 21ол о 1 "л

"4 4« y gф„

° (14) 33 УЗ л

21 бааз

Измеряя частоты колебаний на выходе второго 11 и третьего,12 ФЧП, можно определить значения действующих на упругий элемент 1 устройства усилия F и температуры t соответственно.

В динамическом режиме изменение информационных параметров температуры и силового воздействия вызывает изменение частот настройки пьезорезонаторов 2 и 3 и приводит, следовательно, к изменению частот на выходах автогенераторов 4 и 5 и фазовых сдвигов на выходах линий 6 и 7 загде 1=1,3,5... при инвентирований сигнала в цепи последовательно включенных блоков 13.3-17.3 и о=2,4,6... при неин вентировании сигнала; ч, — время задержки сигнала в цепи усилителя 17.3.

Значение частоты автоколебаний на выходе третьего ФЧП зависит практически только от температурного воздействия, так как величины остальных параметров остаются неизменными в процессе измерений.

В случае, когда К„ ) К, преобразование сигналов в автогенератодержки соответственно. Изменение фазовых сдвигов на выходах первой б и второй 7 линий задержек обусловливает изменение частот автоколебаний на выходах первого 10 и второго ll

ФЧП, что приводит к изменению фазовых сдвигов на выходах третьей 8 и четвертой 9 линий задержек. Вследствие этого нроисходит изменение частоты автоколебаний на выходе третьего 12

ФЧП. Регистрируя изменение частот колебаний на выходах второго 11 и третьего 12 ФЧП, судят о величине изменения информационных параметров.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения тем- тающим пературы и механических усилий, со- ные см держащее два пьезорезонатора, рас- фазоча положенных на упругом элементе и полнень подключенных к двум автогенераторам, 15 вычитаю о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с баланс целью повышения чувствительности чустви путем увеличения крутизны преобразо- палнен вания, в него введены четыре линии суммир задержки и три автогенераторных фа- 2р ла в ч зочастотных преобразователя, каждый . но рав из которых содержит усилитель и четыре смесителя, первые входы которых соответственно соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами фазочастотного преобразователя, а вторые входы соответственно подключены к выходу фазочастотного преоб разователя, соединенному с выходом усилителя, ВхОд котОРОГО сОединен с 30 Й и

31 выходом четвертого смесителя, к выходам первого, второго и третьего смесителей, при этом первые входы первого и второго фазбчастотных преобразователей подключены к выходу первого автогенератора, соединенному с входом, первой линии задержки,. вторые входы соединены с выходом первой линии задержки, третьи входы подключены к выходу второго автогенератора, соединенному с входом второй линии задержки, четвертые входы .соединены с выходом второй линии задержки, а выходы соответственно подключены к первому и треть/К» — K2/л (3.: — — — при К > К

К„+ К г

25 где К„ и К— г коэффициенты силовой чувствительности первого и второго автогенераторов соответственно; время запаздывания сигналов в усилителях первого и второго фазочувствительных преобразователей соответственно, время запаздывания сигнала в третьей линии. задержки.

382

3. Устройство по и. ), о т л и40 ч а ю щ е е с я тем, чта первый, второй и четвертый Однаполосные балансные смесители во втором фазочувствительном преобразователе выполнены вычитающими, а третий — сум45 мирующим при К К

Составитель В. Куликов

Техред М.Ходанич

Корректор В. Синицкая

Редактор Л. Веселовская

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4113/39

Подписное

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

7 12

Расчеты показывают, что в предлагаемом устройстве крутизны преобразования информационных параметров при соответствующем выборе величин задержек — 1,, — 1„5 может быть

3 на один-три порядка выше, чем в известном.

47684 8 ему входам третьего фазочастотного преобразователя, соединенным соответственно через третью и четвертую . линии задержки с его вторым и чет— вертым входами. ,2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что первые однополосные балансные смесители в фазочастотных преобразователях выпол10 иены суммирующими, а вторые — вычии, третьи однополосные балансесители в первом и третьем статных преобразователях вы суммирующими, а четвертые— щими, третий однополосный ный смеситель во втором фазотельном преобразователе вывычитающим, а четвертый ующим и время задержки сигнаетвертой линии -задержки выбраным