Вибрационно-частотный датчик силы

011 506220

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик! и (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.12.72 (21) 1863546/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.09.78. Бюллетень № 36 (45) Дата опубликования описания 18.08.78 (51) М. Кл. б 01L 1/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 531.781 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М, Карпов, В, P. Санто, В. Я. Яновский, А. И, Михайлов и М. Ф. Беляев

Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (71) Заявитель (54) ВИБРАЦИОННО-ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ

Известны вибрационно-частотные датчики силы, содержащие размещенный в корпусе упругий элемент в виде цилиндрической консольной балки с угловым рычагом, частотный преобразователь с механическим резонатором в форме призматического стержня и установочный кронштейн.

Эти датчики не обеспечивают требуемую точность и имеют сложную коррекцию чувствительности. 10

С целью устранения указанных недостатков в предлагаемом датчике угловой рычаг упругого элемента соединен с цилиндрической частью консольной балки посредством сосредоточенных упругих шар- 15 ниров с общей осью поворота, перпендикулярной к продольной оси резонатора; упругий элемент закреплен в корпусе на трех конусных упругих зажимах, входящих своими конусами в кольцевую канавку, вы- 20 полненную на цилиндрической части консольной балки; упругий элемент с корпусом закреплен с возможностью поворота в установочном кронштейне таким образом, что ось упругих шарниров наклонена по 25 отношению к горизонтальной плоскости.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, вид сбоку по направлению оси упругих шарниров (корпус датчика показан в разрезе); на фиг. 2 — поперечное сечение 30 датчика через его упругие шарниры с сечением по плоскости, проходящей через кольцевую канавку на основании упругого элемента.

Датчик состоит из упругого элемента 1, частотного преобразователя 2, корпуса 3, зажимов 4, установочного кронштейна 5.

Упругий элемент 1 выполнен в виде цилиндрической части и консольной балки 6 с угловым рычагом 7, соединенными посредством сосредоточенных упругих шарниров 8. Угловой рычаг снабжен силоприемной головкой 9, имеющей проточку 10 треугольного, профиля. Расстояние от оси шарниров 8 до проточки 10 на головке 9 определяет размер А большого плеча рычага 7. Размер Б определяет величину малого плеча.

Масса рычага 7 выбрана такой, чтобы обеспечить необходимую величину резонансной частоты упругой системы.

На цилиндрической части упругого элемента имеется кольцевая канавка 11 треугольного профиля.

Частотный преобразователь 2 состоит из резонатора 12, двух поляризованных электромагнитов 13, усилителя 14.

Резонатор 12 представляет собой призматический стержень, обладающий собственной изгпбной жесткостью. Один конец ре506220 зонатора 12 связан с малым плечом рычага 7, другой — с консольной балкой 6. Резонатор 12 выполнен за одно целое с упругим элементом 1 и является его частью.

Механические напряжения в резонаторе близки к нулю при отсутствии внешней нагрузки (Р=О) на большом плече рычага 7.

Однако в некоторых случаях в резонаторе могут быть созданы предварительные напряжения растяжения или сжатия.

Поляризованные электромагниты 13 усTBHoBJIeEIbI с двух сторон резонатора с небольшим смещением от его середины по длине.

Один из электромагнитов 13 (адаптер) соединен с входом усилителя 14 и служит для .преобразования механического колебания резонатора в колебания электрического напряжения.

Другой электромагнит (возбудитель) соединен с выходом усилителя 14 и служит для преобразования колебаний электрического тока в электромагнитную .силу раскачки резонатора 12.

Усилитель 14 собран на полупроводниковых элементах и работает в режиме амплитудного ограничения. Выходной сигнал датчика снимается с усилителя 14 через имеющиеся в нем дополнительные каскады.

Корпус 3 датчика служит для закрепления в нем упругого элемента 1 и защиты датчика от внешних воздействий.

На корпусе 3 по окружности через 120 установлены ножевые или конусные зажимы 4, один из которых в месте крепления с корпусом 3 имеет упругий участок. Острые части зажимов 4 упираются в кольцевую канавку 11 и тем самым фиксируют упругий элемент 1 в корпусе 3.

Упругий элемент 1 с корпусом 3 закреплен в установочном кронштейне 5 таким образом, что ось упругих шарниров 8 наклонена по отношению к горизонту на угол а.

Конструкция кронштейна 5 позволяет поворачивать в нем корпус 3 так, чтобы чувствительность (девиация) при номинальной нагрузке соответствовала требуемой величине.

На кронштейне 5 имеются штрихи и знаки «+» и « — », а на корпусе 3 индекс, которые указывают направление поворота для увеличения или уменьшения чувствительности. Кронштейн 5 снабжен лапками

15, посредством которых датчик закрепляется на установочной поверхности.

Ограничитель нагрузки 16 представляет собой винт, ввернутый в корпус 3 и зафиксированный в таком положении, чтобы при нерегрузке длинное плечо рычага 7 упиралось 8 торец винта.

Датчик работает следующим образом.

При воздействии измеряемой силы P на большое плечо рычага 7 в резонаторе 12

Зо

60 возникают продольные напряжения, изменяющие его поперечную жесткость, а следовательно, и частоту его колебаний. Изменение частоты несет информацию о величине действующей нагрузки.

Автоколебательный режим работы резонатора обеспечивается системой возбуждения.

Связь углового рычага 7 с консольной балкой 6 посредством сосредоточенных упругих шарниров 8 исключает паразитные резонансы, искажающие монотонность выходной характеристики датчика и вредные напряжения изгиба в заделках резонатора 12. Крепление упругого элемента 1 в корпусе 3 с помощью трех ножевых или конусных упругих зажимов 4 исключает влияние затяга элементов крепления на стабильность характеристики выходного сигнала датчика.

Закрепление упругого элемента 1 с корпусом 3 с возможностью поворота в установочном кронштейне 5 создает возможность корректировки чувствительности датчика, так как при повороте корпуса 3 изменяется величина эффективной силы, являющейся составляющей измеряемой силы Р

P — P соза, где а — регулируемый угол наклона оси упругих шарниров 8 к горизонту.

Формула изобретения

1. Вибрационно-частотный датчик силы, содержащий размещенный в корпусе упругий элемент в виде цилиндрической консольной балки с угловым рычагом, частотный преобразователь с механическим резонатором в форме призматического стержня и установочный кронштейн, о тл и ч а ющи и с я тем, что,,с целью повышения точности, угловой рычаг упругого элемента соединен с цилиндрической частью консольной балки посредством сосредоточенных упругих шарниров с общей осью поворота, перпендикулярной к продольной оси резонатора.

2. Датчик по п. 1, отли чающийся тем, что, с целью повышения точности, упругий элемент закреплен в корпусе на трех конусных упругих зажимах, входящих своими конусами в кольцевую канавку треугольного профиля, выполненную на цилиндрической части консольной балки.

3. Датчик по пп, 1 и 2, отлич ающийс я тем, что, с целью упрощения коррекции чувствительности, упругий элемент с корпусом закреплены с возможностью поворота в установочном кронштейне так, что ось упругих шарниров наклонена по отношению к горизонтальной плоскости. б06220

2 3 Ч

Фиг.1

Составитель В. Ширшов

Техред Н, Рыбкина

Корректор Е. Хмелева

Редактор T. Колодцева

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1638/6 Изд. ¹ 630 Тираж 1080

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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