Устройство для измерения усилий

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, перемычки имеют форму утоньшенных участков пластины, образованных углублением, вьтолненным в ней так, что толщина перемычек не превьшает половины толщины пластины, причем перемычки смещены одна относительно другой в плоскости пластины, а также по толщине относительно средней плоскости пластины на расстояние, не менее половины толщины перемычки. 2. Устройство поп.1,отли-, чающееся тем, что перемычки смещены по толщине относительно сред-, ней плоскости в противоположных направлениях. (Л $i Т1 Фи. /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

2 08 А1 (!9) (1!!,51! 4 С 01 1/18

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЪ)ТИЙ!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /ц

Н д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ !! ц! (2I) 3508670/18-)0 (22) 04.11.82 (46) 07.10.86. Бюл. № 37 (72) В.Н.Симонов, В.В.Малов, В.Е.Прядко и Д.В.Карпеев (53) 531.781(088.8) (56) ). Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. — M. Энергия, !978.

2. Авторское свидетельство СССР

- 514212, кл. G 0) L 1/16, 16.05.75. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСИЛИЙ, содержащее пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, перемычки имеют форму утоньшенных участков пластины, образованных углублением, выполненным в ней так, что толщина перемычек не превьппает половины толщины пластины, причем перемычки смещены одна относительно другой в плоскости пластины, а также по толщине относительно средней плоскости плас" тины на расстояние, не менее половины толщины перемычки.

2, Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что перемычки смещены по толщине относительно сред-, ней плоскости в противоположных направлениях.

12623

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к пьезоэлектрическим частотным датчикам механических величин.

Известны пьезоэлектрические час— тотные датчики усилий, содержащие два дифференциальных резонатора с возбуждающими электродами, выполненные в пластине из пьезоэлектрического материала, имеющие измерительную схему с частотным выходом (lj .

Однако эти устройства не обладают необходимой чувствительностью.

Наиболее близким к изобретению по ! технической сущности является устрой- 15 ство для измерения усилий, содержащее пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой 12) .

Недостатком известного устройства является низкая величина максимального полезного изменения частоты резонаторов, ограниченного сравнительно малым запасом статической устойчивос- 25 ти конструкции пластины. В результате малой величины полезного сигнала относительная нестабильность датчика, обусловленная, например, влиянием старения или изменения температуры, 30 оказывается недопустимо большой, а точность измерения — низкой.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, З5 что в устройстве для измерения усилий, содержащем пьезоэлектрическую пластину с перемычками, на которые нанесены электроды, соединенные с измерительной схемой, перемычки име- щ ют форму утоньшенных участков пластины, образованных углублением, выполненным в ней так, что толщина перемычек не превышает половины толщины пластины, причем перемьгчки смещены одна относительно другой в плоскости пластины, а также по толщине относительно средней плоскости пластины на расстояние, не менее половины толщины перемычки, 50

Перемычки могут быть также смещены по толщине относительно средней плоскости в противоположных направлениях.

На фиг. 1 изображено предлагаемое усгройство, вид сверху; на фиг.2 сечение A-А на фиг.l; на фиг.3 — сеО8 2 чение Б--F> на фиг.l; на фиг.4 — эпюры деформаций в пластинах.

Устройство содержит пьезоэлектрическую пластину 1, в которой посредством углублений 2 и 3 образованы перемычки 4 и 5. На перемычки нанесены пары электродов б и 7, соединен— ных с измерительной схемой. Пластина закреплена в основании датчика 8, а на ее край действует измеряемое усилие F.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии измеряемого усилия F (в указанном на фиг.2 и 3 направлении) пластина подвергается поперечному изгибу, при котором нижняя часть пластины сжимается, а верхняя— растягивается. Если толщина перемычки не превышает половины толщины пластины, а перемычка смещена относительно средней плоскости пластины на расстояние, не менее половины толщины перемьгчки, то (фиг.4) она вся либо сжимается как перемычка 4, либо растягивается (перемычка 5).

В результате частота резонатора либо увеличивается, как для резонатора, образованного электродами б, либо уменьшается — как для резонатора, образованного электродами 7. С по— мощью измерительной схемы измеряются резонансные частоты резонаторов и производится: вычитание резонансных частот генераторов, составляющих в этом случае дифференциальную схему.

Поскольку края перемычек как бы жестко защемлены в пластине, перемычки обладают большим запасом статической устойчивости, что способствует получению максимальных значений полезной девиации частоты резонаторов, а следовательно,. и повышению точности датчика.

Предлагаемая конструкция обладает и высокой чувствительностью, так как при изгибе пластины в ней, а следовательно, и в перемычках возникают большие механические напряжения.

Вследствие того, что толщина леремычек может быть выбрана очень малой, но не меньше толщины, соответствующей пределам прочности материала на рас.тяжение и статической устойчивости перемычек на сжатие, напряжения в них могут быть очень велики.

Технологически более удобно выполнять перемычки, смещенные в одинакоСоставитель А.Северин

Техред Л. Олейник

Редактор А.Шишкина

Корректор В.Бутяга

Тираж 778

RHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Il3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5412/37

Подписное производственно-полиграфическое предприятие, г.. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 12Ч3ОВ 4 вом направлении. Поэтому на практике По сравнению с известным предламогут быть использованы оба варианта гаемое техническое решение позволяет конструкции устройства в зависимости повысить точность и чувствительность от конкретной ситуации. датчика практически на порядок.