Преобразователь силы

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5g q G 01 I, 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

t©

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3549183/18-10 (22) 22.12.82 (46) 23. 12.86. Бюл. N- 47 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) В.N. Карпов, В.С. Кац, М.Л.Финкельштейн и В.Я. Яновский (53) 531.781(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 150273, кл. G 01 L 1/10, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

У 506220, кл. G 01 L 1/10, 29.12.72. (54) (57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛЫ, содержащий упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и связанного с ней при помощи сосредоточенных шар„„SU„„12?8629 А1 ниров углового рычага, резонатор, выполненный за одно целое с упругим элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем улучшения временной стабильности, он снабжен планкой, а упругий элемент выполнен в виде П-образного профиля, в горизонтальной части которого расположен резонатор, а в боковых частях — шарниры, при этом планка прикреплена к боковым частям консольной балки.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения динамических характеристик, консольная балка и угловой рычаг упругого элемента выполнены со скосами в боковых частях П-образного профиля.

1278б29

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий в различных весовых устройствах, Известны преобразователи силы с частотным выходом, содержащие упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и упругой перемычки, которые соединены с основанием, жест" ко прикрепленным к фундаменту, (1) .

Однако этот преобразователь характеризуется большой чувствительностью к влиянию присоединенных внешних систем, в результате чего меняется его градуировочная характеристика и уменьшается точность. Кроме того, конструкция этого преобразователя достаточно сложна.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь силы, содержащий упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и связанного с ней при помощи сосредоточенных шарниров углового рычага, резонатор, выполненный за одно целое с упругим элементом (2) .

Однако при действии измеряемого усилия в местах контакта упругого элемента с ножевыми опорами возникают значительные нормальные и каса" тельные напряжения, которые при длительном воздействии усилия и при его циклических изменениях приводят к смятию .поверхности кольцевой канавки упругого элемента. при этом увеличчвается площадь контакта между упругим элементом и ножевыми опорами, и известный преобразователь становится чувствительным к влиянию внешних присоединенных систем, которые могут искажать его градуировочную характеристику. Все, это снижает точность преобразователя и приводит к уменьше нию межповерочного срока.

Известно, что чувствительность известного преобразователя зависит

А от отношения — — где А — расстояние

Б от оси сосредоточенньгх шарниров до силоприемной части (до линии действия измеряемой силы Р), а Б — рассто якие от оси шарниров до места заделки резонатора с угловым рычагом. Окно, выполненное в консольной балке под резонатором в известном преобразователе, не может быть существенно уменьшено по высоте, поскольку его размеры определяются главным образом конструктивными размерами кронштейна с электромагнитами, поэтому уменьшить размер Б и тем самым увеличить чувствительность известного преобразователя и расширить диапазон измерения усилий в сторону меньших нагрузок при сохранении его габаритов и массы не представляется возможныы.увеличение чувствительности преобразователя возможно лишь за счет увеличения расстояния А, что приводит к увеличению габаритных размеров и массы известного преобразователя.

К недостаткам известной конструкции следует также отнести значительную удельную металлоемкость (т.е. отношение массы к номинальному усилию) упругого элемента, выполненно2О ra в виде сплошного цилиндра. Это приводит к изли:айнему расходу материала, из которого выполнен упругий элемент, а также ухудшает работу преобразователя в условиях вибраций и ударов, поскольку при этом на среднее значение усилия, которое необходимо измерить, накладываются колеба ния углового рычага, амплитуда которых прямо пропорциональная массе уг,лового рычага. Зти наложения приводят к появлению дополнительной погрешности усреднения, величина которой тем больше, чем больше масса углового рычага, что снижает точность преобразователя и ухудшает его динами.— ческие характеристики.

Кроме того, конструкция упругого элемента известного преобразователя сравнительно сложна и недостаточно

10 технологична.

Цель изобретения — повьш ение точности за счет улучшения временной стабильности и повышения динамических характеристик.

Цель достигается тем, что преобразователь силы, содержащий упругий элемент, выполненный в виде консольной балки и связанного с ней при помощи сосредоточенных шарниров углового рычага, резонатор, выполненный за одно целое с упругим элементом, снабжен планкой, а упругий элемент выполнен в виде П-образного профиля, в горизонтальной части которого расположен резонатор, а в боковых частях — шарниры, при этом планка,прикреплена к боковым частям консольной балки. Консольная балка и угловой ры1278629 чаг упругого элемента могут быть выполнены со скосами в боковых частях

П-образного профиля.

На фиг. 1 изображен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — - упругий элемент,.

Устройство содержит упругий элемент 1, выполненный в виде П-образного профиля, резонатор 2, систему 3 10 возбуждения, консольную балку 4 и угловой рычаг 5. При помощи сосредоточенных шарниров 6 соединены между собой консольная балка 4 и угловой рычаг 5, а боковые части консольной . 15 балки 4 в свою очередь связаны между собой планкбй 7.

Резонатор 2 выполнен в горизонтальной части П-образного профиля за одно целое с упругим элементом 1 и пред- 20 ставляет собой призматический стержень, обладающий собственной изгибной жесткостью. Один конец резонатора связан с угловым рычагом 5, другой — с консольной балкой 4. Иеханические напряжения в резонаторе при . отсутствии внешней нагрузки (Р=О) близки к нулю.

Расстояние от оси шарниров 6 до силоприемной части преобразователя, 30 выполненной в виде тонкой стальной ленты 8, определяет размер А болыпого плеча рычага 5, а размер малого плеча Б определяется расстоянием от оси шаниров 6 до места заделки резонатора 2 с угловым рычагом 5. °

Система 3 возбуждения преобразователя состоит из электромагнитов

9 и 10, установленных в кронштейнах 40

11, которые в свою очередь закреплены на горизонтальной части П-образно го профиля с двух ее сторон, и усилителя 12 возбуждения. Система 3 возбуждения служит для преобразования - 45 механических колебаний резонатора 2 в электрические колебания.

Для улучшения работы преобразователя в условиях механических вибраций и ударов и повышения его динами- 50 ческих свойств в боковых частях углового рычага 5 могут быть выполнены скосы (фиг. 3), уменьшающие его массу и увелччивающие резонансную частоту упругой системы. Скосы служат для ,контроля сборки системы 3 возбуждения.

Планка 7, которая может быть выполнена из различного материала, например стали, установлена на торцах боковых частей консольной балки 4 при помощи сварки или механическим путем. Она связывает боковые части консольной балки и служит для крепления преобразователя в корпусе или на месте его установки.

Преобразователь силы с частотным выходом работает следующим образом.

При воздействии измеряемого усилия P на силоприемную часть 8 в резонаторе 2 возникают продольные напряжения растяжения, зависящие от от

A ношения — — которые изменяют его

В поперечную жесткость, а следовательно, и частоту era поперечных (изгибных) колебаний. Система 3 возбуждения обеспечивает актоколебательный режим работы резонатора 2. Изменение частоты колебаний резонатора 2 несет информацию о величине измеряемого усилия P.

Выполнение упругого элемента в виде П-образного профиля и введение планки, связывающей боковые части консольной балки, делает преобразователь нечувствительным к влиянию присоединения его к различным внешним системам, что позволяет повысить временную стабильность градуировоч-. ной характеристики и увеличить межповерочный срок, т.е. в конечном счете повысить точность преобразователя.

Расположение шарниров в боковых частях П-образного профиля позволяет сравнительно просто повысить чувствительность преобразователя путем изменения расстояния Б от резонатора в месте его заделки с угловым рычагом до оси сосредоточенных шарниров, т.е. позволяет создать ряд преобразователей силы наменьшие нагрузки,унифицированные по своим геометрическим размерам.

Кроме того, выполнение упругого элемента в виде П-образного профиля резко сокращает удельную металлоемкость преобразователя силы, улучшает его работу в условиях механических вибраций и ударов и повьппает его динамические характеристики.

Применение П-образного профиля одинаковой толщины позволяет использовать листовой или полосовой материал, что упрощает процесс изготовления упругого элемента, применяя для этого простые и высокопроизводи1278629

Составитель А.Северин

Техред Л.Олейник

Корректор А. 11льин

Редактор И.Дербак

Заказ 6822/36 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул. Проектная, 4 тельные операции (вырубка заготовки с последующей гибкой). Зто приводит к уменьшению расхода материала упругого элемента.

Испытания предлагаемого преобразователя силы с частотным выходом показали, что в них отсутствует отрицательный эффект влияния присоединенной массы при их закреплении, а основная погрешность не превосходит Р,Р4 7, от номинального значения.