Устройство для измерения усилия

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями , отличающеес я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительности , в него введены вторая плоская пьезопластина со встречноштыревыми преобразователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина с выпуклыми рабочими поверхностями с переменными радиусом и двумя встречногштыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочих поверхностях, при этом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластинами с образованием акустического контакта между ними так, что встречно-штыревые преобразователи на.плоских пьезопластинах i расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьезопластин соединены фиксатором. f™ ЗКВЕБ

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) З(5(1 G 01 L 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 354!359/18-10 (22) 1 3, 01 . 83 (46) 30.11.84. Бюл.N 44 (72) Я,Н ° Пугачев (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 531.781(088,8) (56) 1. Применение ультразвука в промьппленности. Под ред.Л.И.Маркова.

М,, "Машиностроение", 19/5, с,231.

2. Патент ClllA N 3888115, кл,73-88,5, 10.06,75 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСИЛИЯ, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительности, в него введены вторая плоская пьезопластина со встречноштыревыми преобразователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина с выпуклыми рабочими поверхностями с переменными радиусом и двумя встречно-,штыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочих поверхностях, при этом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластинами с образованием акустического контакта между ними так, что встречно-штыревые преобразователи на.плоских пьеэопластинах расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьеэопластин соединены фиксатором.

1126822

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а более конкретно к измерению усилий с помощью поверхностных акустических волн, и может быть использовано для измерений усилий в различных областях техники.

Известны ультразвуковые устройства для измерений усилий по контролю других постоянных материалов, ос- 10 нованные на измерении распространения акустических волн (1), Недостатком таких устройств является низкая точность измерений усилий, так как модули упругости и сдвига измеряют с помощью обычных эходефектоскопов, погрешность измерений которых составляет 2-3X °

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения 20 усилия, содержащее плоскую пьеэопластину со встречно-штыревыми преобразователями, Принцип действия известного устройства основан на измерении скорости распространения поверхностных акустических волн от приращений модуля упругости под воздействием внешних усилий (2)

Недостатком известного устройства является низкая чувствительность при нешироком диапазоне измеряемых усилий.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения и повышение чувствительности, Цель достигается тем, что в уст- 15 ройство для измерения усилия, содержащее плоскую пьезопластину с0 встречно-штыревыми преобразователями, введены вторая плоская пьезопластина со встречно-штыревыми преобра- 40 зователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина с выпуклыми рабочими поверхностями с переменным радиусом и двумя встречно-штыревыми преобраэо ателями, закрепленными на ее вер- 15 шине на противоположных рабочих поверхностях, при этом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластинаии с образованием акустического контак- )0 та между ними так, что встречноштыревые преобразователи на плоских пьезопластинах расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьезоплас- 55 тин соединены фиксатором.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит клиновидную пьезопластину I с выпуклыми рабочими поверхностями 2 и 3, излучающие встречно-штыревые преобразователи 4 и 5, плоские пьеэопластины 6 и 7 с встречно-штыревыми преобразователями 8, фиксатор 9, В основании клиновидной пьезопластины 1 закреплены концы плоских пьезопластин 6 и 7, На клиновидной пьеэопластине 1 с выпуклыми поверхностями 2 и 3 закреплены в ее вершине встречно-штыревые преобразователи 4, 5, а концы плоских пьеэопластин 6 и 7 закреплены на основаниях клиновидной пьезоутластины 1, в образуя между собой акустические контакты. Встречно-штыревые преобразователи 8 расположены на противоположных концах пьеэопластин 6 и 7, которые закреплены между собой фиксатором 9, Устройство работает следующим образом, Встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 формируют поверхностную акустическую волну, которая распространяется по выпуклым поверхностям

2 и 3 клиновидной пьезопластины 1 и переходит на поверхность плоских пьеэопластин 6 и 7 в местах акустического контакта клиновидной и плоских пьеэопластин, Встречно-штыревые преобразователи 8 находятся в зоне распространения поверхностных акустических волн и преобразуют акустические сигналы в электрические.

В исходном состоянии время распространения поверхностных акустических волн от преобразователей 4 и 5 до преобразователей 8. выбирается одинаковым, что о5условлено начальным креплением пьезопластин, Фиксатор 9 стягивает торцы плоских пьезопластин 6 и 7, в результате чего уменьшается длина акустических каналов между преобразователями 4-8 и 5-8, например, на половину рабочего хода от воздействия внешнего усилия на фиксатор, Это дает возможность использовать дифференциальное включение акустических каналов 4-8 и 5-8 и исключить влияние температуры на точность измерения.

При воздействии внешнего усилия на фиксатор 9 длина акустического канала 4-8, например, уменьшается, 3 1126822 а канала 5-8 увеличивается эа сче| изгиба плоских пьезопластин 6 и 7 относительно поверхностей 2 и 3, что приводит к изменению величин электрических сигналов на встречно штыревых преобразователях 8 пьезопластин 6 и 7.

По изменению электрических сигналов судят о величине внешних усилий, приложенных к фиксатору 9, Использование дифференциального включения акустических каналов с переменной длиной и временем распространения поверхностных акустических волн позволяет расширить рабочий диапазон измерения усилий и увеличить чувствительность.

Акустический контакт между клиновидной пьезопластиной и плоскими пьеэопластинами осуществляется за счет их взаимного соединения. Для исключения попадания пыли на рабочие поверхности пьеэопластин устройство раэмещено в защитном корпусе (не показан), Выпуклые поверхности клиновидной пьезопластины образованы радиусом, величина которого увеличивается при его движении к вершине пьезопластины и может составлять, например, отношение 1:100, .что приводит к большим смещениям акустического контакта между поверхностями 2 и 3 и увеличивает чувствительность при широком диапазоне измеряемых усилий при смещении фиксаторг под действием Внешней силы, Применение устройства для измерения усилий в народном хозяйстве по сравнению с базовым объектом дает возможность увеличить чувствитЕльность и рабочий диапазон более чем .в десять раз.

Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8682/31

Филиал ППП "Патент" г.ужгород, ул.Проектная,4

Составитель А.Северин

Редактор Л.Алексеенко Техред М.Гергель КорректоР С.Шекмар