Датчик силы

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано , например, для взвешивания. Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повышение надежности. Датчик силы содержит силовоспринимающую упругую камеру, корпус которой выполнен в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов 1 и 2, днища которых являются упругими силовоспринимающими сторонами 3 камеры и на которых выполнены концентрические кольцевые проточки 4. В центрах сторон 3 установлены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука . Полость 7 с помощью каналов 8 соединена с сильфонами 9, установленными на поверхности силовоспринимающей упругой камеры, и заполнена жидкостью. Величина измеряемой силы пропорциональна времени прохождения ультразвука через силовоспринимающую упругую камеру. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 3 1 /10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь (21) 4776378/10 (22) 03, 01«90 (46) 30.06.92. Бюл. М 24 (71) Научно-проиаводстенное предприятие

"Сибагроприбор" (72) Ю.С.Шабанов и В.Г.Хлыстун (53) 531,781 (088.8)

,(56) Беляев М.Ф., Доржиев Д.Д., Кар. пов В.м. и др,Вибростержневые преоб,разователи и .системы измерения сил.— ,Измерительная техника, 1984, М 10, с.29-31.

Авторское свидетельство СССР N 917007, кл, 6 01 1 1/16, Т980. .Авторское свидетельство СССР

N 993054, кл. G 01 1 1/10, 1981. (54) ДАТЧ И К СИЛ Ы (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано, например, для взвешивания. Цель изобретения — расширение диапазона измерения и повышение надежности. Датчик силы содержит силовоспринимающую упругую камеру, корпус которой выполнен в видв двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов 1 и 2, днища которых являются упругими силовоспринимающими сторонами 3 камеры и на которых выполнены концентрические кольцевые проточки 4. В центрах сторон 3 установлены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука, Полость 7 с помощью каналов 8 ,соединена с сильфонами 9, установленными .на поверхности силовоспринимающей уп-ругой камеры, и заполнена жидкостью, Величина измеряемой силы пропорциональна времени прохождения ультразвука через силовоспринимающую упругую камеру. 2 з.п, ф-лы, 2 ил, 1744522

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во взвешивающих устройствах.

Известны устройства для измерения силы, в которых используют эффект изменения сопротивления тензорезистора, а также изменение частоты механических колебаний струны или стержня в зависимости от приложенной к ним механической нагрузки, Однако тензорезисторные и виброчастотные силоизмерительные датчики сложны в изготовлении и имеют довольно высокую стоимость, Известно устройство измерения силы, содержащее излучатель и приемник поверхностных акустических волн, которые размещены на пластине из монокристаллического пьезоэлектрика, а также отражающие электроды и корпус устройства. В пластине из монокристаллического пьеэозлектрика возбуждают акустические волны, прикладывают усилие и измеряют скорость распространения акустических волн от излучателя до приемника, по величине которой судят о прикладываемом усилии.

Недостатком указанного устройства является ограниченный диапазон измерения силы, обусловленный невысокой механической прочностью пластины, к которой приклады вается усилие.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является датчик силы, состоящий из двух злектроакустических преобразователей, каждый из которых содержит корпус, крышку, металлический диск, стержень, катушку индуктивности, постоянный магнит, выводы катушки и проходные .изоляторы. Преобразователи соединены между собой при помощи силовоспринимающей перемычки. В датчике силы с помощью излучателя возбуждают продольные акустические волны и измеряют время их распространения через силовоспринимающую перемычку, соединяющую излучатель с приемником и удлиняющуюся пропорционально прикладываемому усилию.

Недостатками известного датчика силы, являются малый диапазон измерения, обусловленный ограниченными пределами упругой деформации металлической перемычки; а также низкая механическая прочность из-за высокой чувствительности к поперечной составляющей измеряемой силы, которая изгибает металлическую пе. ремычку.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее два электроакусти10 кОльцевые проточки.

Кроме того, в устройство введены ком15 пенсационные емкости, соединенные кана-.

25

50 на, время прохождения ультразвука постоянно и равно ta; Под действием силы P камера может сжиматься или растягиваться в зависимости от способа приложения силы. В первом случае время распространения уль30

40 ческих преобразователя. соединенные звукопроводом, снабжено силовоспринимающей упругой камерой, заполненной звукопроводящей жидкостью, а электроакустические преобразователи расположены на силовоспринимающих сторонах камеры, Силовоспринимающая упругая камера выполнена в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических.стаканов, на наружной поверхности днищ которых выполнены концентрические лами с полостью силовоспринимающей упругой камеры и выполненные в виде сильфонов, На фиг,1 приведен датчик силы; на фиг.2 — схема включения датчика.

Датчик силы (фиг.1) представляет собой силовоспринимающую упругую камеру, корпус которой выполнен в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов и 2, днища которых являются упругими силовоспринимающими сторонами 3 камеры и на которых выполнены концентрические кольцевые проточки 4 для обеспечения требуемой чувствительности. В центрах силовоспринимающих сторон 3 камеры установлены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука, Полость 7 силовоспринимающей упругой камеры, заполненная жидкостью, с помощью каналов 8 соединена с сильфонами 9, установленными на поверхности силовоспринимающей упругой камеры.

Датчик работает следующим образом.

Пьезокерамический излучатель 5. возбуждается короткими электрическими импульсами напряжения, которые преобразуются излучателем 5 в механические колебания ультразвуковой частоты, проходят через жидкость, заполняющую полость 7 камеры, и через некоторое время t> достигают приемника 6, который преобразует механические колебания ультразвуковой частоты в электрический сигнал. В ненагруженном состоянии, когда сила P к силовоспринимающей камере не приложетраэвука уменьшается, во втором увеличивается, При этом величина измеряемой силы Р пропорциональна времени Лт прохождения ультразвука через силовоспринимающую упругую камеру:

1744522

Р= Лi! =,-t>I, где to — время прохождения ультразвука через ненагруженную силовоспринимающую упругую камеру, когда P = 0;

t> — время прохождения ультразвука че- 5 рез нагруженную силовоспринимающую камеру, когда P > О.

В зависимости от направления измеряемой силы P противоположные стороны 3 силовоспринимающей упругой камеры иэ- 10 гибаются навстречу друг другу, если сила P сжимает камеру, или в противоположные стороны, если силы Р действует на растяжение. Во время деформации упругих силовоспринимающих сторон 3 камеры происходит 15 измерение объема ее внутренней полости 7.

При сжатии камеры жидкость вытесняется из полости 7 и через каналы 8 подается в сильфоны 9, при растяжении жидкость из сильфонов 9 поступает в полость камеры, За 20 сует этого при измерении силы давление внутри камеры изменяется незначительно, что позволяет снизить требования к герметичности силовоспринимающей упругой камеры. Кроме того, сильфоны 9 снижают 25 погрешность измерения, обусловленную возможным изменением давления жидкости внутри камеры за счет температурного расширения.

Ка фиг. 2 приведена схема включения датчика силы, которая, кроме датчика силы (фиг.1),содержит усилитель 10, в цепь положительной обратной связи которого включен приемник 6 ультразвука, а нагрузкой 35 является формирователь 11 электрических импульсов для возбуждения источника 5 ультразвука, а также последовательно соединенные с усилителем 10 измеритель 12 длительности периодов повторения и вы- 40 числитель 13. В результате прикладываемой к датчику силы P расстояние между излучателем 5 и приемником 6 ультразвука уменьшается или увеличивается, а следовательно, уменьшается или увеличивается время t> прохождения ультразвука через жидкость между излучателем 5 и приемником 6 ультразвука, которое определяется периодом повторения последовательности импульсов. с выхода усилителя 10. Период повторения последовательности импульсов измеряется в измерителе 12, например, путем заполнения интервала времени эталонными импульсами специального генератора более высокой частоты и подсчета количества импульсов в счетчике, Вычислитель 13 вычисляет величину Ь t) = ft< - t>(. определяет измеряемую силу P = Л t и представляет ее в удобной для пользователя форме, Формула изобретения

1. Датчик силы, содержащий два электроакустических преобразователя, соединенные звукопроводом. отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения надежности, в него введена силовоспринимающая упругая камера, заполненная звукопроводящей жидкостью, а электроакустические преобразователи расположены на силовоспринимающих сторонах камеры.

2. Датчик по и 1, отличающийся тем, что с целью повышения технологичности, силовоспринимающая упругая камера выполнена в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов, на наружной поверхности днищ которых выполнены концентрические кольцевые проточки.

3. Датчик по пп.1 и 2, о т л и ч à ю щ и йс я тем,что в него введены компенсационныее емкости, соединенные с полостью силовоспрнимающей упругой камеры и выполненные в виде сильфонов.

1744522

Составитель В.Мирошниченко

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Т,Палий

Редактор А.Огар

Заказ 2189 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101