Пьезоэлектрический датчик статических усилий

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности. Подключают электрод 2 к генератору 5 электрических колебаний, а второй электрод 3 - к измерительному прибору 6. Пьезотрансформатор 1 совершает механические колебания, за счет чего на электродах 3 появляется электрическое напряжение, величина которого определяется измерительным прибором 6. Под действием измеряемого статического усилия, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда колебаний пьезот рансформатора уменьшается и уменьшается переменное электрическое напряжение, снимаемое с электродов 3, что фиксируется измерительным прибором 6. Аналогично работает датчик при подключении измерительного прибора 6 к электроду 2, а генератора 5 электрических колебаний - к электроду 3. 4 ил. (Л со оо 1С |мА 05 05 D Р N} Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕ(Х1УБЛИН (gg 4 G 01 L 1/16

МСрау м

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. У

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 501306 (21) 4032821/24-10 (22) 05.03.86 (46) 23.08.87. Бюл. Р 31 (72) В.М.Шарапов, О.М.Боев, В.А.Пешков и А.К.Полищук (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9. 501306, кл. С 01 L 1/16, 1974. (54), ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК СТАТИЧЕСКИХ УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение чувствительности.

Подключают электрод 2 к генератору

5 электрических колебаний, а второй электрод 3 — к измерительному прибо„„SU„„1332166 A 2 ру 6. Пьезотрансформатор 1 совершает механические колебания, .за счет чего на электродах 3 появляется электрическое напряжение, величина которого определяется измерительным прибором

6. Под действием измеряемого статического усилия, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда колебаний пьезотрансформатора уменьшается и уменьшается переменное электрическое напряжение, снимаемое с электродов

3, что фиксируется измерительным прибором 6. Аналогично работает датчик при подключении измерительного прибора 6 к электроду 2, а генератора

5 электрических колебаний — к электроду 3. 4 ил.

1 13321

Изобретение относится к силоизмерительной ткхнике, может быть использовано в различных отраслях промьппленности и в лабораторной практике

5 для измерения статических усилий, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св.

Р 501306.

Целью изобретения является повьшiе- 10 ние чувствительности.

На фиг.1 показана конструкция пьезоэлектрического датчика статических усилий; на фиг.2 — зависимость резонансной частоты датчика от соотношеd ния диаметров электродов — (диаметра

D дискового электрода Й к наружному диаметру кольцевого D) при возбуждении со стороны диска (кривая а) и кольца (кривая в); на фиг.3 — зависимость чувствительности патчика от

Й отношения диаметров электродов — при

D возбуждении со стороны диска (кривая

r) и кольца (кривая d); на фиг.4— вид одного из электродов пьезотрансформатора, разделенного на диск и пять колец.

Датчик содержит цилиндрический пьезоэлектрический преобразователь (пьезотрансформатор) 1, на торцах которого расположены электроды в виде кольца 2 и диска 3, установленный в пазах держателей 4, генератор 5 и измерительный прибор 6.

Датчик (фиг. 1) работает следующим ебразом.

Подключают один из электродов, например, в виде кольца 2 к генератору

5 электрических колебаний, настроенному на резонансную частоту радиальных колебаний пьезотрансформатора, а второй электрод, например, в виде диска 3 — к измерительному прибору 6.

Пьезотрансформатор под действием возбуждающего напряжения совершает механические колебания за счет чего, на электродах 3 появляется электрическое напряжение, изменяющееся с частотой механических колебаний. Величина напряжения определяется измеритель-. ным прибором 6. Под действием измеряемого статического усилия Р, приложенного к держателям 4 датчика, амплитуда механических колебаний пье- 55 зотрансформатора уменьшается и, следовательно, уменьшается переменное электрическое напряжение, снимаемое

66 2 с электродов 3, что фиксируется измерительным прибором 6.

Аналогично работает датчик, если генератор 5 подключить к электроду в виде диска 3, а измерительный прибор 6 к электроду в виде кольца 2.

В примере конкретного выполнения используется пьезоэлемент ф 32х12мм из пьезокерамики ЦТС-19 с зазором между электродами, равным 0,3 мм.

Держатели изготавливаются из стали

45 с углом = 120

Оптимальное соотношение диаметров

d электродов — определяется на одном

D пьезоэлементе следующим образом.

На токарном станке с помощью резца шириной 0,2 - 0,3 мм электроды пьезотрансформатора делятся так, как это показано на фиг.4.

Затем кольца 8 — 12 соединяются между собой и подключаются к генера" тору 5, а диск 7 подключается к измерительному прибору 6. Измеряются резонансная частота и чувствительность пьезотрансформатора при указанном подключении.

Аналогичные измерения проводятся при подключении генератора к диску

7, а измерительного прибора к соединенным вместе кольцам 8 — 12.

Далее, диск соединяют с кольцом

8 (что приводит к увеличению диамет- ра d) и подключают к измерительному прибору, а соециненные между собой кольца 9 — 12 — к генератору.

Измеряются резонансная частота и чувствительность так, как это описано вьппе, Указанные измерения повторяются при последовательном увеличении диаметра диска соединением соответствующих электродов (при последующих измерениях к диску 7 с кольцом 8 последовательно подключаются кольца 9—

12).

Строилась зависимость резонансной

d частоты f> от соотношения — (фиг.2)

D при возбуждении с диска (кривая а) и возбуждении с кольца (кривая в).

Строится также зависимость чувстd вительности S от соотношения—

D (фиг.3) при возбуждении с диска (кривая г) и возбуждении с кольца (кривая d).

332166

76

3 I

Как видно из фиг.2, резонансные частоты при возбуждении с диска и кольца совпадают при соотношении — =

D 0,578. Этой частоте соответствуют максимумы на кривых чувствительности (фиг.З). Максимальная чувствительность наблюдается при соотношении диаметров от 0,5 до 0,7.

Формула изобретения

Пьезоэлектрический датчик статических усилий по авт. св. У 501306, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, отношение диаметра дискового электрода к наружному диаметру кольцевого электрода выбирается в пределах от

0 5 до 0,7.

1332!66

Составитель А. Экономов

Редактор Г. Волкова Техред 11.>оданич . Корректор И. Муска

Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьиий

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

Заказ 3823/37

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, ная 4