Устройство для измерения усилий
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента,и измерительный прибор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния внешних условий, в него введен блок сравнения а первый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположенной на стороне наружной обкладки и электрически изолированной от нее, при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладке . первого пьезоэлемента, а выход - к измерительному прибору.
СОЮЗ СО8ЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
4(513 G 01 Ь 1 16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ДВтО1 СКОМ СВ КтИЛЬСтВМ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3605096/24-10 (22) 13.06.83 (46) 30.06.85. Бюл. Р 24 (72) П,И.Госьков и- В.Н.Седолищев (7I) Алтайский политехнический институт им. И.И.Ползунова (53) 531.781(088,8) (56) I. Авторское свидетельство СССР
У 501305, кл. G 01 L 1/16, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР
9 143585, кл. G 01 Ь 9/08, 13,02,60 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
УСИЛИЙ, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу
„„SU„„1164562 А и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента,и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния внешних условий, в него введен блок сравнения а первый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположенной на стороне наружной обкладки и электрически изолированной от нее, при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладке первого пьезоэлемента, а выход — к измерительному прибору.
1164562
1О
20
30
= Б „К„ К К 2 11вх 1 8
Uq 1
1 а
Изобретение относится к силоиэмерительнай технике и может быть использовано для измерения давлений, . механических усилий в различных отраслях промышленности..
Известно устройство для измерения усилий, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый от генератора электрических колебаний и измерительный прибор, подключенный к обкладкам пьезоэлектрического преобразователя 1 f.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерений, обусловленная нестабильностью акустических потерь преобразователя и изменением его механической добротности при изменении температуры окружающей среды, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения усилий,содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и .по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента, и измерительный прибор (2-), Однако известное устройство не позволяет избавиться от погрешностей
1 вызываемых нестабильностью акустических потерь температуры окружающей среды, параметров возбужцающего re— нер атора.
Цель изобретения — повышение точности путем уменьшения влияния внешних условий, Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения усилий, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор, подключенный к обкладкам первого пьезоэлемента, и измерительный прибор, введен блок сравнения, а пер-вый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположенной на стороне наружной обкладки и электрически изолированной от нее, при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладке первого пьезоэлемента, а выход — к измерительному прибору, На фиг. I представлена схема устройства; на фиг.2 — его характеристики, Устройство состоит из генератора
I электрических колебаний, двух пьезоэлементов 2 и 3, соединенных между собой через заземленную прокладку
4, измерительного прибора 5, подключенного к преобразователю усилий через блок деления сигналов 6. Усилие прикладывается в узлы колебаний через силопередающие элементы в форме конусов 7 . Пьезоэлемент 2 имеет обкладку возбуждения 8, подключенную к выходу генератора I, и дополнительную обкладку 9, подключенную к одному из входов блока деления сигналов б. Обкладка 1О пьезоэлемента 3 подключена к второму входу блока деления сигналов 6.
Устройство работает следующим образом, От генератора 1 осуществляется возбуждение преобразователя в режиме автоколебаний со стороны первого пьезоэлемента. Величины выходных напряжений с дополнительной обкладки 9 первого пьезоэлемента U< и обкладки 10 второго пьезоэлемента
У„ можно представить формулами: где U — величина входного напряже8Х ния;
ʄ— коэффициент трансформации пьезоэлемента, пропорциональный механической добротности преобразователя;
К вЂ” коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение входного импеданса преобразователя под действием измеряемого усилия;
К вЂ” коэффициент пропорционапь— насти, характеризующий акустические потери преобразователя;
К вЂ” коэффициент акустической связи колеблющихся масс резонаторов.
Производя деление U u U полу— чаем т. е. величина, пропорциональная отношению выходных напряжений с первого и с второго пьезоэлементов, l 164562 л m, н +Р
А т„6!
6= 2 п2 П1 Ъч«» о п
2 где А„и А
19 шz
n„1
35 зависит только от степени акустической связи пьезоэлементов.
Известно, что отношение амплитуд колебаний резонаторов на частоте синфазных колебаний можно представить формулой: амплитуды колебаний первого и второго пье !5 зоэлементов, эквивалентные массы первого и второго пьезоэлементов; коэффициент связаннос — О ти
У коэффициент инерционноупругой связи; парциальные частоты первого и второго 25 пьезоэлементов.
Так как напряжение !!а обкладке пьезоэлемента пропорционально амплитуде механического колебания (2), У1
30 то величину -- — можно представить
U, с в таком виде:
При и и величина — 4 1 и и
2 "г з ави сит о т з нач ения к о эффициен та связанности .
В предложенном устройстве использовались пьезоэлементы с парциальными частотами, отличающимися на 37 и6 2.
Под действием измеряемого усилия происходит уменьшение коэффициента инерционно-упругой связи за счет увеличения жесткости преобразователя и уменьшения колебательной скорости элемента связи. В результате этого коэффициент связанности уменьшается, И1 а величина — -- возрастает в ф нк !2
У ции приложенного к преобразователю усилия.
Таким образом, величина — —, про2 порциональная отношению амплитуд выходных напряжений с первого и со второго пьезоэлементов, не зависит от акустических потерь, от изменения температуры окружающей среды, параметров возбуждающего генератора и практически линейно зависит от величины измеряемого усилия.
Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить точность измерения, повышается также температурная и временная стабильность показаний, отпадает необходимость в стабилизации выходных параметров возбуждающего генератора, упрощается конструкция силопередающего узла датчика усилий.
II64562
Составитель А. Северин
Редактор К.Волощук Техред О. Неце Корр ектор Л.Пилипенко
Заказ 4178/3& Тираж 897 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР.по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
