Пьезоэлектрический датчик

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения крутящих моментов. При воздействии на шток 9 усилий отрезок трубы 7 передает их на пьезоэлементы 3 и 4. Если чувствительиости пьезоэлементов 3 и 4 одинаковы, выходной сигнал будет иметь одинаковую величину и разную полярность. При приложении крутящего момеита на шток 9 он передается к середине отрезка трубы 7, за счет спиральных прорезей 8 труба 7 стре-. мится увеличить или уменьшить свою высоту и тем самым создаются равные нагружения на пьезоэлементы 3 и 4. Полученные напряжения необходимо сложить для получения полного сигнала. Это выполняют с помощью операционного усилителя, подавая полученные напряжения на один из его входов. Соединяя выходы пьезоэлементов 3 и 4 с двумя операционными усилителями, создающими разность и сумму сигналов с пьезоэлемеитов 3 и 4, получим на выходе усилителя разности напряжение, соответствукяцее нормальному нагружению преобразователя. На выходе усилителя суммы получаем выходное напряжение , соответствующее нагружеяию от крутящего момента. 1 ил. а ®

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (511 4 G Ol L 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPGHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЙЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4129421/24-10 (22) 02.07.86 (46) 29.02.88. Бюл. У 8 (71) Специальное конструкторское бюро Института математики и механики

АН АЗССР (72) Ф.А.P.Èñêåíäåð-заде, Д.Г.Агаларов, И.Р.Мардухаев, Г.С.Бунятов, А.А.Багиров, Ш.А.Мамедов и P.È.Øàõмамедов (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 309259, кл. С 01 L 1/16, 1968.

Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергия, )978, с. 182-185. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения крутящих моментов. При воздействии на шток 9 усилий отрезок трубы 7 geредает их на пьезоэлементы 3 и 4. Если чувствительности пьезоэлементов

3 и 4 одинаковы, выходной сигнал 6удет иметь одинаковую величину и разную полярность. При приложении крутящего момента на шток 9 он передается к середине отрезка трубы 7, эа счет спиральных прорезей 8 труба 7 стре-,: мится увеличить или уменьшить свою высоту и тем самым создаются равные нагружения на пьезоэлементы 3 и 4.

Полученные напряжения необходимо сложить для получения полного сигнала.

Это выполняют с помощью операционного усилителя, подавая полученные напряжения на один из его входов. Соединяя выходы пьезоэлементов 3 и 4 с двумя операционными усилителями созЭ 9 дающими разность и сумму сигналов с пьезоэлементов 3 и 4, получим на выходе усилителя разности напряхение, соответствующее нормальному нагружению преобразователя. На выходе усилителя суммы получаем выходное напряжение, соответствующее нагружеяию от крутящего момента. 1 ил.

1377629

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения и контроля комбинированных механических нагрузок, возникающих при работе различных машин и механизмов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения крутящих момен- 10 тов.

На чертеже представлен пьезоэлектрический датчик.

Пьезоэлектрический датчик состоит из корпуса 1, в котором посредством 15 болта 2 зажаты пьезоэлементы 3 и 4, прокладки 5 и 6 из электроизоляционного материала и отрезок цилиндричес-. кой трубы 7 со спиральными прорезями

8. К отрезку цилиндрической трубы 7 20 коаксиально крепится шток 9 посредством жесткого диска 1О.

Датчик работает следующим образом.

При воздействии на шток 9 осевых (нормальных) усилий отрезок цилиндри- 25 ческой трубы 7 передает его в зависимости от направления либо на пьезоэлементы 3, либо на пьезоэлементы 4.

При приложении крутящего момента на шток 9 он передается в середине 30 отрезка цилиндрической трубы 7, за счет спиральных прорезей 8 цилиндрическая труба 7 стремится увеличить высоту и тем самым создаются равные усилия на оба пьезоэлемента 3 и 4, электрические сигналы с которых также регистрируются электронным устройством.

Прокладки 5 и 6 из электроизоляционного материала предназначены для 40 изоляции зпектрических сигналов с пьезоэлементов 3 и 4 от короткого замыкания через отрезок цилиндричес.кой трубы . Болт 2 после создания предварительного сжатия пьезоэлементов 3 и 4 фиксируется относительно корпуса 1.

При воздействии на шток 9 осевых (нормальных, усилий отрезок цилиндрической тр бы 7 передает их на пьезоэлементы и 4, при этом один из пьезоэлементов нагружается, а другой разгружается. Если чувствительности установленньк пьезоэлементов 3 и 4 одинаковы, вйходной сигHRJI 3 и будет иметь одинаковую величину и разную полярнось . Обозначим полученные напряжения U и U4„, где индекс означает реэульгат действия нормальных усилий. Для получения полного сигнала необходимо сложить эти напряжения с разными знаками: н ПЪН (114н )

Это можно выполнить, например, с помощью операционного усилителя, подавая сигналы U>„ H U4„ на инверсионные входы.

При приложении крутящего момента на шток 9 он передается к середине отрезка цилиндрической трубы 7, за счет спиральных прорезей 8 труба 7 стремится увеличить или уменьшить (в зависимости от направления крутящего момента) свою высоту. Тем самым создаются равные нагружения (или разгружения) на пьезоэлементы 3 и 4.

Обозначим полученные напряжения

У „ и U4®, где индекс означает результат действия момента. Для получе- . ния полного сигнала необходимо сложить эти напряжения с одинаковыми знаками 1з 11зм + ам

Это можно выполнить также с помощью операционного усилителя, подавая сигHBJIbI Ug H U4 на один H3 eI o Bxo дов е

Рассмотрим совместное действие нормальной нагрузки и крутящего момента. Тогда на пьезоэлементе 3 возникнет напряжение

11 н ПЗ м а на пьезоэлементе 4 напряжение

4 4Н 4M

Тогда, соединяя выходы пьезоэлементов с двумя операционными усилителями, создающими разность и сумму сигналов с пьезоэлементов 3 и 4, полу- чим на выходе усилителя. разности

Ъ 4 Зн П5м 4М

4м Зм не т.е. на выходе усилителя разности получаем выходное напряжение, соответствующее нормальному нагружению преобразователя.

На выходе усилителя суммы

Ц + "4 = 1 зн + ".ьм+ (Ц4н) +

1 4м 2115 м мю т.е. на выходе усилителя суммы получаем выходное напряжение, соответстl377629

Формула изобретения

Составитель А.Экономов

Техред Л.Сердюкова

Редактор М.Петрова

Корректор С.Шекмар

Заказ 859/34

Тираж 847 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 вующее нагруженню от крутящего момента.

Пьезоэлектрический датчик, .содержащий корпус с двумя пьезоэлементами, между которыми размещены силовводящий блок и механизм предварительного tO поджатия пьезоэлементов, о т л и ч а ю шийся тем, что с целью расширения функциональных воэможностей за счет обеспечения независимого и одновременного измерения крутящих моментов и нормальных усилий, в него введены два сумматора, а силовводящнй блок выполнен в виде штока, закрепленного в средней части цилиндрической трубы коаксиально ей, в трубе выполнены наклонные прорези, симметричные относительно плоскости, перпендикулярной оси трубы и проходящей через ее середину, при этом выводы пьезоэлементов попарно соединены с суммирующими входами одного сумматора и с вычитающими входами другого.