Пьезочастотный датчик силы

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения усилия или массы. Целью изобретения является повышение функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения градуировки . Цель достигается тем, что в датчике силы, содержащем силовводящий элемент 6 и основание 2, между которыми установлены жестко пьезоэлементы 10, силовводящий элемент 6 7 12 доз дуй итель Т и основание 2 калиброваны по массе, пьезоэлементы 10 калиброваны по се и геометрическим размерам. Метро логическая проверка может быть про ведена путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силовводящим элементом 6, а затем вверх основанием 2 и фиксацией частотного выходного сигнала, снимаемого с возбудителей 12, подключенных к электродам 11 пьезоэлементов 10. Для снятия нагрузочной характеристики также применяются образцовые гири, используемые затем для передачи измеряемого усилия на датчик силы и устанавливающиеся в сферические углубления 9 и 5 силовводящего элемента 6 и основания 2. Силовводящие элементы 6 и основания 2 имеют подгоночные полости 8 и 4 соответственно. 3 sin. ф-лы, 2 ил. (Л о 4 К СО о к см | Фие.1

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1) С 01 Т 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЫ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4704993/10 (22) 16 ° 06 ° 89 (46) )5i04a9) ° Бюл, )) 14 (75) ЕИ,Новиков (53) 531 ° 78)(088a8) (56) Автор ское свидетельство СССР

)) 1397754, клв G 01 L ) /26, 1986а

Авторское свидетельство СССР

h 1368648, кл ° С 01 С 3/)3, 1986а (54) ПЬЕЗОЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть ислользовано дпя измерения усилия или массы, Целью изобретения является повышение функционапьных возможностей за счет обеспечения выполнения градуировки, Цель достигается тем, что в датчике силы, содержащем силовволящий элемент 6 и основание 2, между которыми установлены жестко пьезоэлементы 10 силовводящий элемент 6..SU„„> 642

2 и основание 2 калиброваны по массе, пьезоэлементы 10 калиброваны по мас се и геометрическим размерам, Метрологическая проверка может быть про» ведена путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силовводящим элементом 6, а затем вверх основанием 2 и фикса цией частотного выходного сигнала, снимаемого с возбудителей 12, подключенных к электродам 1) пьезоэле ментов )О» Для снятия нагрузочной характеристики также применяются об» разцовые гири, используемые затем для передачи измеряемого усилия на датчик силы и устанавливающпеся в сферические углубления 9 и 5 сила вводящего элемента 6 и основания:2 °

Силовводящие элементы 6 и основа ння 2 имеют подгоночные полости 8 и

4. соответственно, 3 з;и, ф»лы, 2 ил, 9

1642962

50

В дальнейшем при работе через ус тановленную в сферическое углубление

5 или 9 одной сферической образца

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионного преобразования усилия или массы в частоту электри че ска га си гнала

Цель изобретения - повышение . функциональных возможностей за счет обеспечения выполнения градуиравки

На фиг 1 представлена функцио- 10 нальная схема датчика; на фиг,2 набор образцовых гирь»

Датчик содержит опору 1, на которой установлено основание - образцовая гйря 2 с пазами 3, подгоночной 15 полостью 4 и сферическим углублением

:5» Между основанием - образцовой гирей 2 и силовводящим элементомобразцовой гирей 6 с пазами 7, под- гоночной полостью 8, сферическим углублением 9 установлены в пазах 3 и 7 пьезоэлементы 10 с электродами

11, подключенными к возбудителям 12

Пьезоэлементы 10 имеют подэлектрод-! ные зоны чувствительности 13 и без 25 электродные части 14, Сигналы с вы хода возбудителей 12 подключаются на вход сумматора (не показан), выходной сигнал которого равен сумме частотных сигналов, являнщейся мерой измерен 30 ного усилия»

На фиг,2 представлены сферические образцовые- гири 15 19 (нагружающие элементы) набор сферических образ цовых гирь, 35

Пьезоэлементы 10 (фиг,1) закреп ляются неподвижно (неподвижное соеди нение) в пазах 3 основания - образ цовой гири 2 посредством безэлектрод ных частей 14, Закрепление пьезоэле 40 ментов 10 может быть как разъемным, так и нераэъемным (на фиг,l показано нераэъемное соединение пьезоэлемен тов 10. с основанием - образцовой ги» рей 2 и силовводящим элементом 45 образцовой гирей 6). Пьезочастотный датчик силы может быть установлен на опоре 1 как основанием образцовой . гирей 2, так и силовводящим элемен том образцовой гирей:6»

Нагрузка сферическими образцовыми гирями 15 19 {фиг,2) производится по средством установки в сферическое углубление 5 или 9 одной из указан ных образцовых гирь 15-19»

1 вой гири 15-19 производится нагруже» ние пьезочастотного датчика силы.,Пес редача нагрузки может осуществляться . также посредством двух сферических образцовых гирь 15»19 (па выбору), вставляемых в сферические углубления

5 и:9» Положение пьезочастатного датчика силы может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным относительно направления местной вертикали, Основание - образцовая гиря 2, силовводящий элемент - образцовая ги" ря 6 и сферические образцовые гири

15-19 могут быть изготовлены, например, из каррозионно-стойкой стали аустенитнаго класса (немагнитнай) по

ГОСТ 5632-72 ° Пьезоэлементы 10 могут быть изготовлены, например, из искуственного пьезоэлектрического кварца» Возбудители 12 могут быть собраны, например, на микросхеме ЛАЗ 155 серии (K 155-ЛАЗ).

Да сборки пьезачастатного датчика силы производят метрологическое изме;. рение массы основания - образцовой гири 2, силовводящего элемента - образ цовой гири б, сферических образцовых гирь 15-19 и пьезоэлементов 10, а так" же соответствующее измерение геометрических параметров (длины, ширины, толщины) пьезоэлементов 10 °

После выполнения указанных измерений на все элементы (кроме пьезоэлементов 10) ставят клеймо с указанием массы, например, 50 г Точная подгонка массы производится посредством добавления или снятия материала, заключенного в подгоночной полости 4,8, или нанесением (снятием) слоя внешнего покрытия (у сферических образцовых гирь 15-19) ° У пьезо» элементов 10 подгонка массы производится нанесением или снятием покры» тия выводов электродов 11. Данные метрологической аттестации (измерения) на пьезоэлементы 10 и другие элементы заносятся в паслорт изделия

До установки пьезоэлементов 10 в пьезочастотный датчик силы возбуждают эти пьезоэлементы (по одному) в сво.бодном ненагружеином состоянии с помощью возбудителя 12 подключенного к электродам 11, Электропитание на возбудитель 12 подают ат блока пи тания (не показан). Частоту пьезо. электрических колебаний ненагруженных пьезоэлементов 10 можно прове2962

164 рить также в смонтированном пьезо» частотном датчике силы, для чего в пазах 3 основания - образцовой гири

2 и пазах 7 силовводящего элемента образцовой гири 6 укрепляются (с возможностью разборки или монолитно) пьезоэлементы 10, а сам датчик располагается на опоре горизонтально (относительно главных граней пьезоэлементов 10), Частота пьезоэлектрических колеба" ний каждого пьезоэлемента 10 измеряется, например, с помощью измерителя частоты, Затем на горизонтальной опоре устанавливают датчик силы в вертикальное положение (относительно главных граней пьезоэлементов 10) и проверяют нагрузочную характеристику датчика представляющую собой прямую, так как пьезочастотный датчик является линейным преобразователем (по двум точкам путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначаt ла вверх силовводящим элементом, затем вверх основанием (фиксируя при этом отклонение частоты), так как ка» либрованная масса основания отличается от калиброванной массы силовводящего элемента на установленную калиброванную величину (например, масса основания равна О, 2 кг, масса сило вводящего элемента О, 1 кг в одном из вариантов).

Метрологическая проверка может быть проведена без использования специализированной метрологической аппаратуры и оборудования (нагрузочных стендов, образцовых гирь, специальной оснастки и пр,), благодаря чему время первичного контроля существен но сокращается, Кроме того, метрологическая проверка может быть произве дена как при действии усилия сжатия, так и при действии усилия растяжения, Для этого достаточно поднять рукой (или подвесить) датчик сначала вверх силовводящим элементом, затем вверх основанием, фиксируя при этом отклонение частоты, при этом на пьезоэлементы будет действовать усилие, про порциональное массе основания или массе снловводящего элемента и поло вине массы самих пьезоэлементов (при симметричной конструкции пьезоэле ментов) .

Сферические образцовые гири 15 19 используются для снятия нагрузочн9й

I характеристики на начальном участке и для работы пьезочастотного датчика силы в устройствах измерения силы или массы, Для снятия нагрузочной ха рактеристики каждую сферическую образцовую гирю 15-19 (сначала по воэ растанию массы, а затем в противоположном направлении) устанавливают в сферическое углубление 5 или 9 пьеэо частотного датчика силы и измеряют величину частоты выходного сигнала, По снятым показателям строят на грузочную характеристику, из которой определяют необходимые параметры (чувствительность, линейность, неста» бильность, повторяемость, гистере зис и др ) °

Датчик устанавливают в устройство для измерения силы (массы) ° Выбирают одну из сферических образцовых гирь

15-19, устанавливают ее в сферичес кое углубление 5 или 9, основаниеобразцовую гирю 2 укрепляют, напри мер, на корпусе, Через сферическую образцовую гирю 15-19 нагружают пьезочастотный датчик силы, а с выхода возбудителя 12 снимают (например, на измеритель частоты) электрические сигналы, частота которых изменяется прямо пропорционально приложенной на грузке

В силозводящем элементе образцо вой гире 6 н в основании - образцо« вой гире ? имеются подгоночные по лости, которые служат для точной под гонки массы этих метрологических .элементов путем добавления или сня тия некоторого количества материала, помещенного - в указанные полости

Благодаря выполнению силовводяще го элемента и основания в виде образ цовых гирь с пазах и подгоночныии полостями обеспечивается совмещение их крепежных и метрологических функции, а выполнение в них сферических

50 углублений и снабжение устройства сферическими образцовыми гирями (на бором) дает возможность снятия неко торых основных параметров устройства, Сферические элементы, выполненные в

55 виде образцовых гирь, используются также для передачи усилия через них на пьеэочастотный датчик силы в, составе устройства измерения силы

) или массы.

1642962 .

Формула изобретения

oQ0 фиг 2

Составитель;АСеверин

Техред М.Дидык Корректор А Осауленко

Редакто р. М, Келемеш

Заказ 1153 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101

:1, Пьезочастотный датчик силы, содержащий нагружакщий элемент, пье» зоэлеменпа, имеющие безэлектродные зоны и подэлектродные зоны, покры» тые электродами, подключенными к возбудителям, силовводящий элемент и основание, каждый из которых выпол 10 нен со сферическими углублениями и пазами, в которых с помоЩью без электродных зон неподвижно установ лены пМзоэлементы, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше ния функциональных возможностей за. счет обеспечения выполнения градуи ровки, снловводящий элемент и основа ние выполнены в виде образцовых гирь калиброванной, массы, а пьезоэлементы калиброваны по массе н геометрическим размерам, 2 ° Датчик по:п,1, отли ч аюшийся тем, что на наружных частях образцовых гирь выполнены подгоночные полости, :3 ° Датчик по:п,1 и 2, о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что нагружаю щий элемент выполнен в виде набора калиброванных по массе сменных сферических грузов, установленных в сферических углублениях образцовых гирь,