Пьезорезонансный преобразователь усилий

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, системах контроля и регулирования. Целью изобретения является повышение точности. В устройство введен третий пьезорезонатор, который совместно с первыми двумя пьезорезонаторами 2 воспринимает измеряемое усилие, действующее вдоль их диаметров при их закреплении между основанием 1 и силоприемным элементом 3 в пазах k, при этом глубина пазов выбрана в пределах 0,1-0,2 высоты пьезорезонаторов. Пьезорезонаторы включают в схемы автогенераторов , частоты которых суммируются , и по изменению суммарной частоты судят об измеряемом усилии. 3 ил. $ (Л

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (5g)5 с 01 L 1/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMY СЮЗДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по йзоБРетениям и отнРытиям

IlPH ГКНТ СССР (21) 4796608/10 (22) 11.12.89 (46) 30.05.92. Бюл. Р 20 (71) Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта им. М.Т.Елизарова (72).В.С.Кононенко и В.И.Прокопьев (53) 531.781(088.8) (56) 1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергия, 1978, с. l67.

2 ° Авторское свидетельство СССР и 1.368648, кл. G О1 G 3/13, 1985. (54) ПЬЕЗОРЕЗОНАНСНЫЙ ПРЕ06РАЗОВАТЕЛЬ

УСИЛИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь2

-зовано в приборостроении, системах контроля и регулирования ° Целью изобретения является повышение точности.

В устройство введен третий пьезорезонатор, который совместно с первыми двумя пьезорезонаторами 2 воспринимает измеряемое усилие, действующее вдоль их диаметров при их закреплении между основанием 1 и силоприемным элементом 3 в пазах 4, при этом глубина пазов выбрана в пределах

0,1-0,2 высоты пьезорезонаторов. Пье-. зорезонаторы включают в схемы автогенераторов, частоты которых суммируются, и по изменению суммарной частоты судят об.измеряемом усилии.

3 ил.

1737289

55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении, системах контроля и управления и других областях науки и техники.

Известен пьезорезонансный преобразователь усилий, состоящий из пьезоэлектрического резонатора, основания и силоприемного элемента (1) .

Недостатком преобразователя является зависимость измеряемого усилия от точки приложения силы на силоприемном элементе, а также температурная .зависимость рабочей частоты из-за различного коэффициента расширения элементов устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезорезонансный преобразователь усилий, содержащий основание и силоприемный элемент, между которыми закреплены два пьезоэлектрических резонатора (2) .

Недостатком данного преобразова-теля .является зависимость измеряемого усилия от точки приложения силы на силоприемном элементе. с

Цель изобретения — повышение точности пьезорезонансного преобразователя путем устранения влияния смещений точки приложения измеряемой силы на силоприемном элементе.

Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее основание и силоприемный элемент, между которыми закреплены два пьезоэлектрических резонатора, введен третий пьезоэлектрический резонатор, причем пьезорезонаторы закреплены в пазах так, :чтобы центры всех резонаторов были расположены по окружности, плоскость которой перпендикулярна оси симметрии преобразователя, а центр окружности проходит через нее. Нормали к поверхности каждого резонатора лежат в плоскости указанной окружности и проходят через ее центр, Глубина пазов выбирается равной 0,1...0,2 высоты пьезоэлектрических резонаторов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых элементов: одного дополнительного пьезоэлектрического резонатора, причем пьезоэлектрические резонаторы распо †. ложены по окружности в пазах на силоприемном элементе и в основании.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез по оси прикладываемого усилия; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг.I, на Фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Пьезорезонансный преобразователь содержит неподвижное основание 1 в виде полого цилиндра, имеющее три паза для закрепления пьезоэлектрических

10 резонаторов 2 и силоприемный элемент

3, имеющий аналогичные три паза 4 для закрепления пьезоэлектрических резонаторов. Глубина пазов выбирается из условия получения необходимой поверхности контакта пьезоэлектрических резонаторов с корпусом и силоприемным элементом.

Преобразователь работает следующим образом.

20 Измеряемое усилие подводится к силоприемному элементу и воздействует на три пьезоэлектрических резонатора, Под действием сжимающего усилия происходит изменение частоты собстд венных колебаний пьезоэлектрических резонаторов и соответствующее изменение частоты автогенераторов, по которым судят об измеряемом усилии.

Конструкция пьвзорезонансного пре0 образователя позволяет осуществить жесткое крепление всех элементов и изменить при этом функцию силоприемного элемента, который в других пьезорезонансных преобразователях имел прямое упругое соединение с неподвижЗъ ным основанием, что приводило при изменении температуры к возникновению дополнительных напряжений в пьезоэлектрическом резонаторе за счет различия коэффициентов теплового . ч расширения элементов конструкции и изменения модуля упругости силоприемного элемента. Предложенная конструкция пьезорезонансного преобразователя исключает эти виды погрешности.

Кроме того, если в ранее рассмотренных конструкциях изменение частоты автогенератора зависело от точки приложения силы к силоприемному элементу как к рычагу, то в предложенном устройстве приложенное усилие всегда равно векторной сумме трех сил, действующих на каждый пьезоэлектрический резонатор независимо от точки приложения силы, что также приводит к повышению точности измерений усилия.

Конструкция устройства к крутиль- . ным и поперечным деформациям, которые

5 173728 могли бы привести к поломке пьезо-, электрического резонатора, Частоты колебаний трех генераторов складываются, поэтому измеряемый эф фект суммируется и наличие трех пьезоэлектрических резонаторов не. ухудшает ..чувствительности преобразователя.

Кроме того, предложенная конструк" ция пьезорезонансного преобразова. теля усилий имеет высокую стабильность при эксплуатации данного устройства в условиях серийного производства, !

5 формула изобрет ения

Пьезорезонансный преобразователь .усилий, содержащий основание и сило4-4 приемный элемент, между которыми в пазах закреплены два пьезоэлектричес" ких резонатора, о т л и ч а ю щ и й" с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен третий пьезоэлектрический резонатор, при этом центры всех резонаторов расположены на окружности, плоскость которой перпендикулярна оси симметрии преобразователя, а центр окружности проходит через нее, каждая из нормалей к поверхности резонаторов проходит через центр указанной окружности, а глубина пазов основания и силоприемного элемента выбрана в пределах ,0.1-0,2 высоты пьезорезонатора.

ФигЗ

Составитель В.Прокопьев

Техред.А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор Т.Лошкарева

Заказ 1884 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/3

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