Многопредельный измеритель усилий

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Силовводящий и чувствительный элементы измерителя выполнены в едином пьезоблоке 1 в виде правильного многогранника с параллельными главными гранями. Чувствительный элемент образован вогнутыми криволинейными поверхностями 4 с электродами 8, электрически соединенными с подстроечными мишенями 9, Масса измеряемого груза, установленного на герметизирующую крьижу 5, вызывает отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний, фиксируемое блоком -П преобразования. з.п, ф-лы, 3 ил. 1 ГчЭ 00 о со 9и,г.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А"!!

5!1 4 6 01 Ь 5/16, 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3901469/24-10 (22) 28.05.85 (46) 23,12.86. Бвл. Ф 47 (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) Е,И.Новиков (53) 531.78!(088,8) .(5e) Авторское свидетельство СССР

Ф 739350, кл. Q 01 G 1/04, !978.

Авторское свидетельство СССР

У 1190216, кл. G Ol Ь 5/16, 1984. (54) ИНОГОПРЕДЕЛЬН1!И ИЗ!!ЕРИТЕЛЬ УСИлий.(57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений. Силовводящий и чувствительный элементы измерителя выполнены в едином пьезоблоке 1 в виде правильного многогранника с параллельными главными гранями. Чувствительный элемент образован вогнутыми криволинейными поверхностями 4 с электродами 8, электрически соединенными с подстроечными мишенями 9.

Масса измеряемого груза, установленного на герметизируюцую крышку 5, вь.зывает отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний, фиксируемое блоком 11 преобразования. з.п, ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к силоизмерительной технике, а именно к технологическому приборостроению, и может быть использовано в робототехнике и для измерения силовых характе ристик нагружения по нескольким направлениям, а также для прецизионного взвешивания объектов.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона изме; рений, На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг, 2 — разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — крышка устройства, вид сверху, Измеритель содержит многогранный пьезокварцевый срез 1, имеющий четное число боковых граней 2, причем противоположно расположенные грани параллельны между собой, и две параллельные между собой главные грани 3, в центральных частях которых выполнены вогнутые криволинейные поверхности 4, которые могут быть сферическими (двояковогнутая линза)", эллиптическими или асферическими, Сферические криволинейные поверхноети применяются для обеспечения распределения осевой силочувствительноСти (для многогранного пьеэокварцевого AT среза) по бокбвым граням согласно зависимости

К (с )*2,75-10 sin cp (1) где К (g) - коэффициент силочастотG ной чувствительности в зависимости от углового положения боковой грани.

Эллиптические криволинейные поверх.1 ности применяются в случае необходимости эллиптической деформации зависимости (1), т.е. для уменьшения силочастотной зависимости на одних боковых гранях и расширения ее на других боковых гранях.

Асферические криволинейные поверхности применяются н случае необходи" мости повьппения нагрузочной спосббности по главным граням.

На главных гранях 3 крепятся герметиэирующие крьппки 5 из прозрачного материала, покрытого светоэащитным покрытием б, в котором выполнены просветленные участки — сканирующие окна 7, служащие для направления сканирования лазерного луча при

0= б „с, (2) где G - грузоподъемность(кг/ми ) г1 для пьезоэлектрического кварпа при деформации сжатия О„ь =400 кг/им ; — максимально допустимое иеханическое напряжение, кг/мм

Б — площадь параллельной части г главной грани, м

Вдоль оси силочастотной чувствительности ХХ создается усилие или на герметизирующую крьппку 5 устанавливается груз (не показан), массу ко-, торого требуется измерить.

В силу действия силочастотного эффекта масса. груза (или усилия) вызывает отклонение. (повышение) частоты пьезоэлектрических колебаний согласно зависимости

F fo ш g.fo

6f=K (3)

Diig i D.n) где h f — отклонение частоты пьезоэлектрических колебаний, Гц;

78634 2 кодс тройке ч ас то ты пь е зо элек трич ес-" ких колебаний.

На средних участках вогнутых криволинейных поверхностей 4 нанесены электроды 8, электрически соединенные с подстроечными мишенями 9 и электрическими выводами 10, служащи- ми для подключения электродов к блоку 11 преобразования, выход которого

10 подсоединен к индикатору 12, .Работа устройства основывается на прямом и обратном пьезоэлектрических эффектах и силочастотнои эффекте ° !

5 Измеритель работает следующим об" разом.

От блока питания (не показан) йодают напряжение на электронные блоки (блок 11 преобразования и ин20 дикатор 12), Для измерения усилия или массы груза устройство устанавливается на основание. Например, для нагружения ,по главныи граням 3 устройство уста25 навливается гериетиэирующей крвппкой на основание так, что направление

l местной вертикали ББ совпадает с осью силочастотной чувствительнос-, ти ХХ.

З11 Грузоподъемность в этом случае определяется площадью параллельных частей главных граней 3, т.е.

278634

3 1

К вЂ” силочастотный коэффициент, и с/Н

F — вектор усилия, кг; значение начальной частоо ты, Гц;

D — геометрический коэффициент (поперечное сечение кварцевого среза), м

2.

n - номер гармоники; — коэффициент заделки (при жесткой заделке g =1), m — масса груза, кг; гравитационная составляющая, м/с, Электрический сигнал, прирост частоты которого изменяется прямо пропорционально от действующего усилия или массы груза, от электродов по электрическим выводам 10 подается на блок 11 преобразования (например, автогенератор, выполненный на микроэлементе ЛАЗ серии 155), с выхода которого снимается на индикатор, где индицируется в единицах силы при измерении усилия или в единицах массы при измерении массы груза.

После выполнения измерения груз. снимается с герметизирующей крьппки

5, н устройство снова готово к работе.

При необходимости измерения с .большим коэффициентом преобразования многогранный пьезокварцевый срез 1 ,устанавливают на основании на заданную боковую грань 2, на противоположную, параллельную ей, устанавливают груз (чеи создают усилие). Далее измерение производится как указывалось при воздействии по главным граням.

В случае ухода частоты (начального значения) пьезоэлектрических колебаний направляют лазерный луч от подстроечного лазера (не показан) на один из просветленных участков — сканирующее окно 7 перпендикулярно его поверхности. Сканируя лазерным лучом вдоль указанного просветленного участка, сканирующей дорожкой выжигают часть выбранной подстроечной мишени 9, наблюдая по частотомеру (не показан) за отклонением частоты пьезоэлектрических колебаний.. При достижении пьезоэлектрическими колебаниями заданного значения прекращают выжигание подстроечной мишени 9, и уст10 ройство снова готово к работе.

При старении пьезоэлектрического кварца уход частоты пьезоэлектрических колебаний может появиться вновь.

Тогда указанным образом выжигают

15 часть этой же подстроечной мишени 9 или следующей.

Светоэащитное покрытие 6 защищает электроды 8 и электрические выводы 10 от случайного попадания лазер2д ного луча на них.

Формула изобретения

l. Многопредельный измеритель уси25 лий, содержащий размещенные в корпусе силовводящий элемент, выполненный в виде пьезорезонатора с электродаии, подключенными через блок преобразования к индикатору, о т л и ч а ю щ шийся теи, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, силовводящий и чувствительный элементы выполнены в едином моноблоке в виде правильного много" гранника с параллельными главньпки

35 гранями, в центре которого вогнутыми криволинейными поверхностями образо, ван чувствительный элемент с электродами и подстроечными мишенями, а

40 корпус выполнен в виде закрепленных на главных гранях многогранника. двух прозрачных крышек с светозащитным покрытиеи и окнами, расположенньпчи над подстроечными мишенями.

2. Измеритель по п. 1, о т л ич а ю шийся теи, что крышки скреплены герметично посредствои оп- . тически прозрачного контакта.

1278634

Риг. 8

Составитель A,Ýêîíoìoí

Редактор И. Горная Техред Л. Олейник Корректор Е.Сирохман "

Заказ 6823/37 Тираж ?78 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