Датчик усилия

 

Изобретение относится к приборостроению . Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Усилие воздействует на силопередающий шток 17, установленный по оси нагружения вне герметичной камеры, образованной корпусом 1 и мембранами 2 и 3, между каждой из которых и корпусом 1 расположены соответственно кольца 4 и 5. Силовоспринимающий шток 7, выполненный с уменьшением в средней части 12 и связанный с мембранами 2 и 3, изгибается и вызывает разнозначное воздействие на пъезорезонаторы 13 и 14, закрепленные одним концом в соответствующих держателях 8 и 9. а другим концом связанные с силовоспринимающим штоком 7 в месте его соединения гибкими перемычками 10 и 11 с держателями 8 и 9, выполненными в виде двух идентичных стенок , развернутых относительно друг друга на 180° и установленных с возможностью взаимодействия с кольцами 4 и 5. Информацию по величине усилия несет разностная частота двух генераторов измерительной схемы, связанной с пьезорезонаторами 13 и 14. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)й G 011 1/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4854880/10 (22) 27.07,90 (46) 15.08.92. Бюл. hh 30 (71) Центральный научно-йсследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте (72) Л.В.Малейко и Г.Г.Бычков (56) Малов В.В. Пьезорезонансные датчики.

Мл Энергоиздат, 1989, с,149, рис.5.11, Там же. с.148. рис.5.10. (54) ДАТЧИК УСИЛИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения — повышение точности и чувствительности. Усилие воздействует на силопередающий шток 17, установленный по оси нагружения вне герметичной камеры, образованной. корпуЯЛ 1755071 А1 сом 1 и мембранами 2 и 3, между каждой из которых и корпусом 1 расположены соответственно кольца 4 и 5. Силовоспринимающий шток 7, выполненный с уменьшением в средней части 12 и связанный с мембранами 2 и 3, изгибается и вызывает разнозначное воздействие на пъезорезонаторы 13 и

14, закрепленные одним концом в соответствующих держателях 8 и 9, а другим концом связанные с силовоспринимающим штоком 7 в месте его соединения гибкими перемычками 10 и 11 с держателями 8 и 9; . выполненными в виде двух идентичйых сте. нок, развернутых относительно друг друга на 180 и установленных с воэможностью взаимодействия с кольцами 4 и 5.

Информацию по величине усилия несет разностная частота двух генераторов измерительной схемы, связанной с пьезорезонаторами 13 и 14. 3 ил.

1755071

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам усилия пьезорезонансного типа, и может быть использовано в технике измерения сил, давлений газов и жидкостей, в технике измерения высоты столба жидкости и скоростного напора.

Известны датчики усилия, в которых для повышения точности и стабильности измерения. резонаторы и держатель располагаются в вакуумированной полости, где усилие от объекта измерения передается на держатель через разделительную мембрану.

Недостатком таких датчиков усилия является неидентичность установки пьезорезонаторов, когда усилие воздействует только на один из них, а второй является эталонным — ненагруженнйм. При этом неидентичность закрепления пьезореэон аторов даже одного и того же силочувствительного среза приводит к неравному изменению термочувствительных характеристик, что ведет к дополнительной температурной погрешности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезореэонансный датчик давления (датчик усилия), содержащий герметичную камеру, образованную корпусом, мембраной и основанием, размещенный в камере держатель в виде стержня с силовоспринимающим штоком, средняя часть которогО выполнена утоньшенной s вeи д е e гrи б6кKоoй п еeр е м ы ч кwи, причем шток связан с мембраной и основанием, В держателе по разные. стороны от оси нагружения и параллельно ей закреплены два пьеэорезонатора силочувствительного среза на разном расстоянии от оси нагружения.

Датчик усилия измеряет усилие от силового воздействия на мембрану и держатель. прикрепленный к средней части мембраны, и может измерять непосредственно силу, Недостатками известного датчика усилия являются погрешность от влияния атмосферного давления, воздействующего на мембрану помимо измеряемой силы; малая чувствительность, обусловленная тем, что пьеэорезонаторы расположены на разном расстоянии от оси нагружения и величина воздействующего усилия разделяется на две части F> и Fg, каждая из которых измеряется только одним из пьеэорезонаторов.

Цель изобретения — повышенйе точности и чувствительности измерения. .Поставленная цель достигается тем, что датчик усилия, содержащий герметичную камеру, образованную корпусом, мембраной и основанием, размещенный в камере держатель, силовоспринимающий шток, выполненный с утоньшением в средней части и связанный с мембраной и основанием, и два пьезореэонатора, закрепленные в держателе по разные стороны от оси нагружения параллельно ей, дополнительHQ снабжен перемычками, двумя кольцами и силопередающим штоком, при этом основание выполнено в виде второй мембраны, каждое кольцо размещено между корпусом

10 и соответствующей мембраной, силопередающий шток установлен вне камеры по оси нагружения и связан с одной из мембран, держатель выполнен в виде двух идентичных стенок, развернутых одна относительно другой на 180, одни концы которых соединены с разными концами силовоспринимающего штока перемычками, а другие— жестко связаны с соответствующим коль-. цом, причем каждый пьезорезонатор одним

20 концом со стороны перемычки связан с силовоспринимающим штоком.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.З вЂ” вариант схемы преобразо25 вания в структурном виде

Датчик усилия состоит,из корпуса 1, мембран 2 и 3, герметично соединенных между собой и образующих вакуумированную камеру. Мембраны 2 и 3 присоединены к кольцам 4 и 5 электронно-лучевой свар30 кой и герметично соединены-с корпусом 1.

Внутри камеры расположен держатель 6, выполненный s виде рамы с силовоспринимающим штоком 7 и двумя идентичными

35 стенками 8 и 9, развернутыми одна относительно другой на 180 и соединенными с силовоспринимающим штоком 7с помощью гибких перемычек 10 и 11. Силовоспринима-, ющий шток выполнен с утоньшением в средней части 12, 8 держатель 6 установлены

40 силочувствительные пьезорезонаторы 13 и

14. Пьезорезонатор 13 в верхней своей части крепится к верхней площадке силовоспринимающего штока 7; а в нижней — к стенке

8. Пьезореэонатор 14 в верхней части крепится к нижней части силовоспринимающего штока 7, а в нижней — к стенке 9.

Плоскости пьеэорезонаторов параллельштоке 7 соединены жестко с мембранами 2 и 3, которые расположены перпендикулярно оси нагружения. Усилие от объекта измерения воздействует на датчик усилия через силопередающий шток 17. В корпусе датчика усилия расположены гермовводы 18 снумерацйей 1, И, !И, IV для подключения пьезорезонаторов к схеме измерения. Схема измерения состоит из двух генераторов

19, 20 и смесителя 21, Выходы генераторов ны оси нагружения по разные стороны от

50 нее. Концы t5 и 16 силовоспринимающего

5 1755071 6 подключены к входам смесителя, а входы точности и чувствительности, он снабжен . генераторов подключены соответственно к перемычками, двумя кольцами и силоперепьеэорезонаторам 1Э и 14. Выходным сиг- дающим штоком, при этом основание выналомдатчикаусилия является частота1хна полнено в виде второй мембраны. каждое выходе смесителя. 5 . кольцо размещено между корпусом и соответствующей мембраной, силопередающий

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я шток установлен вне камеры по оси нагруДатчик усилия, содержащий герме- жения и связан с одной из мембран, держатичную камеру, образованную корпусом, тель выполнен в виде двух идентичных мембраной и основанием, размещенный в 10 стенок, развернутыхотносительнодругдрукамере держатель, силовоспринимэющий га íà 180О, одни концы которых соединены шток, выполненный с утоньшемием в с разными концами.силовоспринимающесредней части и связанный с мембраной . го штока перемычками, а другие жестко и основанием, и двэ пьезорезонатора, за- связаны с соответствфюЦйм кольцом, прйкрепленные вдержателе по разные стороны 15 чем каждый пьезорезонатор одним концом от оси нагружения параллельно ей, о т.л и- со стороны перемйчки связан с силовосприч а ющийся тем, что,с целью повышения - нимающим штоком.

1755071, Составитель Л. Сергеева

Редактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Заказ 2884 Тираж Подписное

В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский кожоинвт "Патент", r. Ужгород, ул.Гвгвринв, ГОЗ