Датчик силы

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва. В датчике силы упругое кольцо , связанное с силовводящими цилиндрами 1, выполнено из двух частей, соединенных по плоскости, проходящей через центр датчика перпендикулярно его продольной оси симметрии. Обе части, представляющие собой упругие кольца 4 и 5, устанавливаются друг на друга наружными опорными выступами 6. На внутренних выступах 7 кольца 4 закреплен дисковый пьезокварцевый резонатор 9 с поджатием до упругой деформации, выбранной в пределах (0,65-1,0) . Дисковый пьезокварцевый резонатор 10 поджат на внутрейних выступах 8 до упругой деформации в пределах (0,1-0,35)Х (D - диаметр резонатора). Изменение воздействующей на датчик силы вызывает изменение резонансной частоты пьезорезонаторов 9 и 10. Силочувствительные оси пьезокварцевых резонаторов совпадают с осями, проходящими через центры внутренних выступов 7 и 8. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1404847 А1 дц4G011 l 16 1 10

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ е и

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4061343/24-10 (22) 25.04.86 (46) 23.06.88. Бюл. № 23 (72) В. Я. Баржин, А. И. Вервейко, Н. В. Гудков, В. В. Скрынник и Ю. С. Шмалий (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 558189, кл. G 01 1 9/08, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 1167452, кл. G 01 1 1/10,,1984. (54) ДАТЧИК СИЛЪ| (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва. В датчике силы упругое кольцо, связанное с силовводящими цилиндрами 1, выполнено из двух частей, соединенных по плоскости, проходящей через центр датчика перпендикулярно его продольной оси симметрии. Обе части, представляющие собой упругие кольца 4 и 5, устанавливаются друг на друга наружными опорными выступами 6. На внутренних выступах 7 кольца 4 закреплен дисковый пьезокварцевый резонатор 9 с поджатием до упругой деформации, выбранной в пределах (0,65 — 1,0) 10 D.

Дисковый пьезокварцевый резонатор 0 поджат на внутренних выступах 8 до упругой деформации в пределах (0,1 — 0,35) Q р,10 D (D — диаметр резонатора). Изменение воздействующей на датчик силы вызывает изменение резонансной частоты пьезорезонаторов 9 и 10. Силочувствительные оси пьезокварцевых резонаторов совпадают с осями, проходящими через центры внутренних выступов 7 и 8. 6 ил.

1404847

Изобретение относится к технике измерения механических усилий и может быть использовано при создании датчиков силы давлений, перемещений, ускорений и т. д.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На чертеже представлен предлагаемый датчик силы.

На фиг. 1 показана конструкция датчика силы для случая, когда диаметр упругого кольца больше диаметра жестких цилиндров; 10 на фиг. 2 — то же, когда диаметр упругогокольца меньше диаметра жестких цилиндров; на фиг. 3 — конструкция упругого кольца, в котором внутренние выступы лежат на одной оси с опорными выступами со стороны плоскости раздела; на фиг. 4 — то же, в ко15 тором опорные выступы лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через центры внутренних выступов со стороны плоскости раздела; на фиг. 5 — вид части упругого кольца, в котором внутренние выступы совпадают с опорными выступами до соединения упругого кольца в единое целое; на фиг. 6 — то же, в котором внутренние выступы совпадают с опорными выступами после соединения упругого кольца в единое целое. 25

Датчик силы состоит из жестких цилиндров 1, соединенных коническими перемычками 2, составляющими угол <р с упругим кольцом 3, разделенным в плоскости, перпендикулярной его оси, на две части в виде упругих колец 4 и 5, на плоскости раздела которых выполнены диаметрально противоположные наружные опорные выступы 6, опорные поверхности которых до соединения составляют с плоскостью раздела угол а.

В первом упругом кольце 4 центры опорных выступов 6 лежат в плоскости, проходящей через ось упругого кольца 3 и центры внутренних выступов 7, опорные поверхности пьезокварцевых резонаторов перпендикулярны опорным поверхностям опорных выступов 6. Во втором упругом кольце 5 центры 40 опорных выступов 6 лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось кольца и центры внутренних выступов 8.

На внутренних выступах 7 закреплен дисковый пьезокварцевый )резонатор 9 с поджатием (0,65 — 1,0) 10 О, где 0 — диаметр 45 резонатора для случая, представленного на фиг. 1, и с поджатием (0,1 — 0,35) 10 D для случая, представленного на фиг. 2. На внутренних выступах 8 установлен дисковый пьезокварцевый резонатор 10 с поджатием (0,1 — 0,35) ° 10 "D и (0,65 — 1,0) . 10 3D для 50 случаев, представленных на фиг. и фиг. 2 соответственно. На дисковых пьезокварцевых резонаторах напылены электроды 11, соединенные с токовыводами 12. Механические оси закрепленных дисковых пьезокварцевых резонаторов 10 и 11 совпадают с осями, проходящими через центры внутренних выступов 7 и 8 соответственно. Упругие кольца 4 и 5 соединены в единое упругое кольцо 3 по плоскостям опорных выступов 6 и скреплены, например, сваркой.

Во время сборки пьезокварцевые резонаторы 9 и 10 устанавливаются в упругие кольца 4 и 5 и кольца устанавливаются друг на друга опорными выступами. Путем создания силы на фланцы опорных выступов добиваются совмещения опорных плоскостей опорных выступов. При этом пьезокварцевый резонатор 9 испытывает усиление поджатия (фиг. 5 и 6), а пьезокварцевый резонатор 10 — ослабление. Величина усилия поджатия и ослабления определяется выбором угла

a,(0,36 10 О/h, где 0 — диаметр дискового пьезокварцевого резонатора;

/г — расстояние от места крепления дискового пьезокварцевого резонатора до утоньшения на конусной поверхности 13.

После соединения опорных выступов по плоскости упругие кольца 4 и 5 соединяются сваркой в единое упругое кольцо 3.

Датчик силы работает следующим образом.

Измеряемая сила F прикладывается к жестким цилиндрам 1 в направлении оси датчика. Через конические перемычки 2 эта сила передается на упругие кольца 4 и 5 и через них на опорные выступы 6. Угол <1,, образованный коническими перемычками, определяет величину боковой составляющей

F =Ftgq,/2. Эта сила приложена к упругому кольцу по периметру опорных выступов и направлена наружу для случая, представленного на фиг. 1, и внутрь для случая, представленного на фиг. 2. В результате происходит ослабление пьезокварцевого резонатора 9 и сжатие пьезокварцевого резонатора 10 для случая, представленного на фиг. 1, и наоборот, сжатие пьезокварцевого резонатора 9 и ослабление 10 для случая, представленного на фиг. 2.

В результате изменения воздействия изменяется резонансная частота пьезокварцевых резонаторов, а так как изменения воздействий противоположны по знаку, то противоположно и изменение резонансной частоты. Следовательно, разность частот

Af=fi — fz, где f> и fp — резонансные частоты пьезокварцевых резонаторов, причем величина изменения Af будет максимальна для данного типа резонаторов, так как на оба резонатора воздействие силы происходит по осям, имеющим максимальную силочувст вительность.

Формула изобретения

Датчик силы, содержащий упругое кольцо, механически связанные коническими перемычками с силовводящими цилиндрами, два пьезокварцевых резонатора, закрепленных каждый соответственно на двух диамет10 рально противополо.кных в угр« ни. дуговых выступах кольц» так, что их н,ц)скост! параллельны друг другу, симметричны относительно центра д»тчика и нерп H;3Hêóлярны продольной оси симметрии датчик», отличающийся тем, (т, с целью повышения чувствительности, упругое кольцо выполнено из двух частей, соединенных по плоскости, проходящей через центр làò÷èêà и перпендикулярно его продольной оси симметрии, в каждой из частей упругого кольца выполHpíû по два диаметрально противоположных паружпых опорных выступа, центры которых совпадают с плоскостью, проходящей через центры внутренних выступов первой части ко,(ьц;3, il и(. рп(и (ик >. !)(рi!() Ii, l()(к(>«гH. хо (яп!«и чер(" ll(Hòðh! )(пм)р(ппих иы«)(!! и

BT() I)()II !»Стп 0,!hll > (3« BH Г«, П>П!>(( ()«и Hh(.зокв<3рце33ь! \ р(зо!!» ()р()(3 (о(>п».г;I l() i

«осями, проходяп(ими I(р«з Il(!(гры ()нi I. реHHHx выступов, и» которы. з»кр«H,I Hl>l резонаторы, при этом пьезокв»рп«вый резонатор первой ч»стп кольц» иодж»т до упругой деформации, вьi,)ð IHH()!I и п13«дс I»x

10,65- 1,0) . 10 О, ()l(B;!1)ll(ный резонатор второй ч»сти ког(),ц(! (о пругой деформации в пред(. II» ((),1 (!, )5) 1О )!), 3де 0 — ди» м«гр р(з(и !;и ор;!. Hp HH«м (и)( части ко, I hH» м(х (! и и>l((ки (о(,и и(Hhl Ho и. l()«кости наружных (н)()рных (3()с! уll()B.

1404847

Составитель А. Экономов

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Корректор Г. Решетник

Заказ 3092/43 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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