Преобразователь механических усилий

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для преобразования механических усилий в цифровой код. Цель изобретения - повышение точности и надежности . Измеряемое усилие прогибает биморфный пьезоэлемент 2 (БПЭ). Импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Открывается схема 16 совпадения и размыкается ключ 14. При этом тактовые импульсы от генератора 13 проходят на выход преобразователя к измерительной схеме, а от генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ начинает накапливаться заряд. БПЭ прогибается в обратную сторону, компенсируя прогиб от измеряемого усилия. В момент выравнивания измеряемого и компенсируюш.его усилия сигнал на выходе дифференциатора 7 минимальный, что вызывает срабатывание компаратора 8. При этом формирователь импульсов вырабатывает управляюш,ий импульс, который приводит триггер 10 в нулевое состояние. О величине измеряемого усилия судят по количеству прошедших тактовых импульсов. 1 ил. so (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1425481 А 1

m 4 б 01 1 1 16 9 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCMOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ы1 ОТКРЫТИЙ (21) 4227269/24-10 (22) 19.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. № 35 (71) Одесский политехнический институт (72) Ю. М. Завершинский (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 885844, кл. G 01 1 1/16, 1980.

Джагупов P. Г., Ерофеев А. А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике.-Л., 1986, с. 88. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для преобразования механических усилий в цифровой код. Цель изобретения — повышение точности и надежности. Измеряемое усилие прогибает биморфный пьезоэлемент 2 (БПЭ). Импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Открывается схема 16 совпадения и размыкается ключ 14.

При этом тактовые импульсы от генератора 13 проходят на выход преобразователя к измерительной схеме, а от генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ начинает накапливаться заряд. БПЭ прогибается в обратную сторону, компенсируя прогиб от измеряемого усилия. В момент выравнивания измеряемого и компенсирующего усилия сигнал на выходе дифференциатора 7 минимальный, что вызывает срабатывание компаратора 8. При этом формирователь импульсов вырабатывает управляющий импульс, который приводит триггер 10 в нулевое состояние. О величине измеряемого усилия судят по количеству прошедших тактовых импульсов. 1 ил.

1425481

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для преобразования механических усилий в цифровой код.

Цель изобретения — повышение точности и надежности.

На чертеже показана принципиальная схема преобразователя механических усилий.

Преобразователь содержит корпус 1, биморфный пьезоэлемент (БПЭ) 2, с внешними электродами 3 и 4, упругую фольгу 5, которая одновременно является внутренним электродом БПЭ 2, подключена к общему проводу и. служит для удобства закрепления БПЭ 2 в корпусе 1. Источник питания выполнен в виде генератора 6 тока выход которого подключен к электродам 3 и 4.

Измерительная схема содержит дифференциатор 7, компаратор 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10 с установочным входом 11 и входом 12 сброса, генератор 13 тактовых импульсов, ключ 14, шину 15 запуска .и схему 16 совпадения.

При этом первая клемма ключа 14 заземлена, электроды 3 и 4 подключены к второй клемме ключа 14 и через последовательно соединенные дифференциатор 7, компаратор 8 и формирователь 9 импульсов к входу 12 сброса триггера 10, установочный вход 11 которого подключен к шине 15 запуска, а выход — к управляющему входу ключа 14 и первому входу схемы 16 совпадения, второй вход которой подсоединен к генератору 13 тактовых импульсов, а выход — к регистратору (не

6оказан).

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии измеряемое усилие Г, приложенное к БПЭ 2, приводит к его (прогибу. Триггер 10 сброшен, и на его выходе логический «О». Ключ 14 замкнут, иа электродах БПЭ 2 отсутствует электрическое напряжение. Схема 16 совпадения закрыта для прохождения импульсов, вырабатываемых генератором 13 тактовых импульсов.

Запускающий импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Ключ 14 размыкается, и открывается схема 16 совпадения, разрешая прохождение тактовых импульсов от генератора 13. При размыкании ключа 14 от воздействия генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ 2 начинает накапливаться заряд. При этом БПЭ 2 начинает развивать силу, пропорциональную величине накопленного заряда и направленную противоположно измеряемому усилию. Сила, развиваемая БПЭ 2, компенсирует измеряемое усилие F и, следовательно, уменьшает величину прогиба.

При увеличении заряда на электродах

БПЭ возрастает электрическое папряжение, 50

Формула изобретения

f5

45 причем скорость возрастания напряжений прямо пропорциональна электрической емкости БПЭ 2, так как пьезоэлектрический преобразователь характеризуется двумя предельными значениями электрической емкости: Си. — -емкость при отсутствии смещения (зажатый кристалл) и С» — емкость при отсутствии силы (свободный кристалл), которые связаны между собой известным соотношением. Таким образом, в первый момент времени, когда сила, развиваемая БПЭ, равна нулю, электрическая емкость имеет максимальное значение С, С увеличением заряда возрастает сила, развиваемая БПЭ 2 и компенсирующая измеряемое усилие F. При этом емкость

БПЭ 2 уменьшается и достигает минимального значения С в момент равенства компенсационной силы, развиваемой БПЭ 2, и измеряемой величины F.

Дифференциатор 7, подключенный к электродам БПЭ 2, формирует на выходе сигнал, величина которого пропорциональна скорости изменения напряжения на электродах БПЭ 2, т. е. электрической емкости

БПЭ 2, так как ток заряда постоянен.

Таким образом„ на выходе дифференциатора

7 сигнал изменяется от максимального значения в начальный момент, до минимального значения, соответствующего моменту выравнивания измеряемого усилия F и компенсационной силы. При достижении выходным сигналом дифференциатора 7 минимального значения срабатывает компаратор 8. По фронту выходного сигнала компаратора 8 формирователь 9 импульсов вырабатывает управляющий импульс, который поступает на вход 12 сброса триггера 10 и сбрасывает его в «О».

Логический «О» с выхода триггера 10 поступает на схему 16 совпадения, запрещая прохождение тактовых импульсов.

При этом на выходе схемы совпадения формируется последовательный код, соответствующий измеряемому усилию F.

При сбросе триггера 10 ключ 13 замыкается, тем самым разряжая заряд накопленный на электродах БПЭ 2. Таким образом, преобразователь приходит в исходное состояние. Об измеряемой величине F судят по величине последовательного кода, сформированного на выходе схемы 16 совпадения.

Преобразователь механических усилий, содержащий биморфный пьезоэлемент, к электродам которого подключен источник питания, и измерительную схему с регистратором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, в нем источник питания выполнен в виде генератора тока, а измерительная схема содержит дифференциатор, компаратор, формиро1425481

Составитель М. Жуков

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор М. Пожо

Заказ 4758/37 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 ватель импульсов, триггер, генератор тактовых импульсов, ключ, шину запуска и схему совпадения, при этом первая клемма ключа заземлена, электроды биморфного пьезоэпемента подключены к второй клемме ключа и через последовательно соединенные дифференциатор, компаратор и формирователь импульсов к входу сброса триггера, установочный вход которого подключен к

Шине запуска, а выход — к управляющему входу ключа и первому входу схемы совпадения, второй вход которой подсоединен к генератору тактовых импульсов, а выход — к регистратору.