Датчик силы

 

1. ДАТЧИК СИЛЫ, содержащи корпус, упругий элемент, два LC-reнератора с LC-контурами, один из которых выполнен в виде плоской катушки индуктивности и размещен с зазором относительно упругого элемента , отличающийся тем, что, с целью повыщения точнос измерения путем компенсации темпера турной погрешности, упругий элемент выполнен в виде кольцевого меандра из диамагнитного материала, LC-конТ ры генераторов выполнены в виде плоских катушек, средние диаметры витков которых равны средним диаметрам соответствующих кольцевых площадок упругого элемента, и размещены с двух сторон упругого элемента. 2.Датчик по п. 1 , о т л и ч аю щ и и с я там, что .в него введен вход управления режимом, два конъюнктора, два детектора-компаратора и два ключа, причем вход управления режимом подключен к выходам генераторов , а выходы детекторов-компараторов - к вторым входам конъюнкторов, выходы конъюнкторов подключены к управляющим входам ключей, которые включены в разные цепи питания генераторов. 3.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что все вертикальные участки меандра имеют одинаковую площадь сечения в плоскости окружности .

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) () 1) А (51)4 С 01 L 1/10

М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ности, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3738583/24-10 (22) 21.05,84 (46) 15.11. 85. Бюл. № 42 (72) А. Т. Харитонов и Е, П. Осадчий (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 324532, кл. G 01 L 9/12, Международная заявка PCT № 82/01067, кл, (I 01 1, 9/00, 1982. (54) (57) 1. ДАТЧИК СИЛЫ, содержащий корпус, упругий элемент, два LC-генератора с LC-контурами, один иэ которых выполнен в виде плоской катушки индуктивности и размещен с зазором относительно упругого элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем компенсации температурной погрешности, упругий элемент выполнен в виде кольцевого меандра из диамагнитного материала, LC-конту1 г, ры генераторов выполнены в вице плоских катушек, средние диаметры витков которых равны средним диаметрам соответствующих кольцевых площадок упругого элемента, и размещены с двух сторон упругого элемента.

2, Датчик по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что .в него введен вход управления режимом, два коньюнктора, два детектора-компаратора и два ключа, причем вход управления режимом подключен к выходам генераторов, а выходы детекторов-компараторов — к вторым входам коиьюнкторов, выходы конъюнкторов подключены к управляющим входам ключей, которые включены в разные цепи питания генераторов.

3. Датчикпоп. 1, о тличаю шийся тем, что все вертикальные участки меандра имеют одинаковую площадь сечения в плоскости окруж1191758

Изобретение относится к силоизмерительной технике, Цель изобретения — повышение точности измерения сил.

На фиг. 1 показано устройство 5 механической части датчика, сложный разрез по осевой линии; на фиг, 2 конфигурация упругого элемента вид снизу; на фиг, 3 — конфигурация плоской катушки одного из резонаторов; на фиг. 4, — структурная схема датчиKQ °

Датчик содержит основание 1, упругий элемент 2 в виде кольцевого меандра с силопередающим стержнем

3, верхнюю получашку 4 с направляющей втулзсой 5. По периметру эззеглентозз 1, 2 и 4 выполнены кольце1зые пазы 6, и которых защемлены диэлектрические пластины 7 и 8. 20

На обращенных к упругому элементу

2 сторонах пластин 7 и 8 выполнены плоские спиразгьные катушки пндуктивностп 9 и 10 соответственно, которые вклю 1ены в a!3 TO! e!!epact электропных блоков !1 и 12, размещенных на противоположных по отношению к катушкам 9 и 10 сторонах пластин 7 и

8, 3>IOI;Tpl!vecKoe соединение катушек

9 и 10 с электронными блоками 11 и 30

12 осуществляется с помощью перемычек 13 на печатные проводники 14 электроьп1ых блоков. За счет разъемного крепежа 15 получашки 4 к основанзпо

1 обеспечшзается жесткая затяжка уггpyroro ozIeweI! ra 2 I 1!>Iacтин 7 и 8 в д а т -и гк е lз т О KF 13 р ем я K o I I c T p y к цl l я легко разбираетcSI для ремонта и Ilpo филактических ра.бот.

Для подачи нанряжения шзтанпя, ц) сигналов управления па электронные блоки 11 и 12 и съема выходных частотных сигналов используется высс>кочастотный разъем 16 (для упрощения чертежа фllг. 1 lip .>IIÎÄÊHêè для связll Я5 разъема 16 с блоками 11 и 12 условно не показаны).

Катушки 9 и 10 образук>т с поверхност>1гзи э>1емента 2 два вгзсо1созастотных резонансных LC-контура (реэонато- 5g ра), резонансные частоты которых зависят от числа витков и геометрии катушек 9 и 10, расстояния от катушек до поверхности элемента 2 материала и конфигурации упругого элемента.

При изготовлении упругого элемента

2 из диамагнитного маTерпала резоНапСНЫЕ о>С IOтм 1.С-КОНтурОВ f < И f обратны расстоянию от соответствующей .катушки до поверхности элемента 2 а, информационным параметром датчика является их разность, За счет дифференциального: изменения частот f1 и f< обеспечивается эффективная компенсация нестабильностей выходных частот fI и f2 по.скольку электронные блоки и LC-контуры находятся в одинаковых условиях, аналогичны по схеме и конструкции, питаются от общего источника питания.

3а счет непосредственного совмещения катушек 9 и 10 с автогенераторами электронных блоков практически исключается влияние перемычек 13 на выходные частоты f< и f< поскольку эти перемычки иглеют очень малую длину и практически частотонезависимь1, Изготовление элемента 2 в виде кольцевого меандра позволяет обеспечить повышенную чувствительность датчика нри измерении малых сил. Варьируя

1вгощадью сечения каждого участка меандра можно изменять характеристику сила — деформация элемента в целом и выбрать тем самым требуемую харазс"1еристику преобразования датчика в целом. Предпочтительно выбирать постоянную площадь сечений всех участков меандра (толщина стенок уменьшается при движении от центра упругого элемента). Битки катушки 10 выполнены с диаметром, близким к среднему диаметру соответствующих кольцевых площадок 17 элемента 2.

Этим обеспечивается повьшгеиная чувст>313тельность резонансной частоты

LC-контура к деформации элемента 2.

Катушка 9 выполнена аналогично катушке 10, отличие заключается в смещении перемычки 13 из центра пластины 7 из-за наличия в пластине отверстия 16.

Структурная схема датчика вклгочает два электрончпгх блока 11 и 12, которые отличаются знаком изменения выходной частоты под действием измеряемой силы 1"„. Бнутренн>гя структура блоков 11 и 12 и остальном одинакова, поэтому на фиг, 4 она показана на примере блока 12, В состав электронного блока 12 входит резонатор 19, образованный катушкой 9 и нижней по фиг. 1 поверхностью элемента 2, Резонатор 19 включен в генератор 18. К выходу гене" ратора 18 подключен через буферный

1191758 каскад 20 вход детектора-компаратора

21, а выход детектора 21 подключен к первому входу конъюнктора 22 (двух— входовая схема И).

На второй вход конъюнктора 22 подается сигнал Uy„ для управления режимом работы датчика, К выходу конь юнктора 22 подключен управляющий вход ключа 23, с этого же выхода снимается термоэависимый сигнал Fä при наличии единичного сигнала Uy на входе датчика.

При подаче на вход датчика сигнала

U р = 1 с момента t< сигнал F< = 1, ключ 23 размыкается и питание U геРр

1 нератора 19 спадает по экспоненциальному закону. Аналогично изменяется амплитуда 11.1 ВЧ сигнала на выходе буферного каскада 20, Сигнал U

z детектируется в блоке 21 и сравнивает-20 ся с двумя пороговыми напряжениями

U и П.1., Выходное напряжение 31 блока 21 равно единице при снижении напряжения (Uy U,,) и"-.равно нулю при росте напряжения (i5z. < Uq), При

Б„„„ = 1на выходе блока 12 формируется термоэависимый сигнал U<, частота следования которого Fz .

Аналогично на выходе блока 11 час- 30 тота равна F<, Датчик может работать в двух режимах: режиме измерения силы Г„ (Uy„1, =

= О) и режиме измерения температуры

Т р (11 пр

IIpn U y » = 1 в электронных блоках

I 1 и 12 (фиг. 4) замыкается обратная связь с BblxDpoB элементов 21 на входы управляемых ключей 23 через конъюнк= 40 торы 22 и оба блока начинают формировать термозависимые сигналы Р и

F соответственно, Во вторичной аппаратуре (не показана) осуществляется измерение частот Г1 и Fz запись их в ОЗУ вычисли. тельного блока вторичной аппаратуры и расчет значения Т. по сумме час1 тот, После записи значений Р1 и Р в

ОЗУ на вход датчика подается сигнал

U до = О, на выходах датчика формируются высокочастотные сигналы f1 .и они измеряются во вторичной аппаратуре, заносятся в ОЗУ, а затем рассчитывается значение измеряемой силы Р„, пропорциональное квадрату.

Полученное значение Ft„ некорректно из-за влияния температуры Т на жесткость упругого элемента 2 датчика и на частоты, поэтому Во вторичной аппаратуре осуществляется коррекция значения Р> с использованием полученного значения Т и известной зависимости величин f< и fz от Т, Эта зависимость снимается при изготовлении датчика и должна храниться в ОЗУ вторичной аппаратуры.

Скорректированное значение измеряемой силы F1 и температуры Т выводится на индикацию, затем измерение частот и вычисление значения F повторяется до тех пор, пока не будет сформирован сигнал П „р = 1, необходимый для уточнения значения

Т, Для снижения погрешности определ:.ния Т формирование сигнала

U yap = 1 разрешается при значении измеряемой силы F» близкой к нулю.

Этот алгоритм может быть введен в микроЭВМ, включенной в состав вторичной аппаратуры, 1191758

Фи г,У тГ ,4г

Составитель В. Годзиковский

Редактор Jl, Авраменко Техред О.Влщи иинл Корректор М, Демчик

Заказ 7148/38 Тирлж 896 Поднисное

ВПИИПИ Государственного комитетл СССР по делам изобретешш и слкрыгнй

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

Филиал 1П1П "Патент", г . Ужгород, ул . Проектная, 4