Датчик силы
Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий. Целью изобретения является увеличение чувствительности и повышение технологичности. Датчик силы содержит три резонатора в виде кольцевых пластин 2,5 и 8, возбуждение и съем сигналов с которых осуществляются с помощью катушек, включенных в схему автогенераторов 14,15 и 16. При этом выходы генераторов включены на вход двух смесителей 11 и 12, выходы которых подключены к входу третьего смесителя 13 Выходной сигнал последнего является мерой измеряемого усилия, приложенного к упругому элементу 10, на котором закреплены указанные выше резонаторы. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических
РЕСПУБЛИК
{ {)5 G 01 1 1/10
ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4814832/10 (22) 17,04.90 (46) 07.09.92, Бюл, N 33 (71) Одесский политехнический институт (72) В.К.Голованов, А.Ф.Дащенкои С,T.Ñåðãåeâ (56) 1. Авторское свидетельство СССР
М 559136, кл, 6 01 1 1/10, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР
М 1647294, кл. G 01 (1/10, 1989. (54) ДАТЧИК СИЛЫ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий. Целью изоИзобретение относится к силаизмерительной технике и мажет быть использовано для.точного измерения усилий.
Известен датчик, содержащий упругий чувствительный элемент в виде цилиндра с
BbtftOftHeHHblM flpSimgyt OlibHbtM СКВозным пазом и выступом, имеющим два Г-образных кронштейна разной длины, к которым крепятся две струны с магнитной системой возбуждения (1).
Принцип работы такого устройства основан на том, чта при воздействии измеряемого усилия упругий элемент деформируется так, что одна струна сжимается, а другая растягивается, соответственно увеличивается собственная частота одной струны и уменьшается другой. Разность этих частот пропорциональна измеряемому усилию.
Однако струнные чувствительные элементы обладают рядом существенных недостатков; чувствительностью к помехам, действующим как в параллельном, так и перпендикулярном направлениях по отно; 5U., )760385 А1 бретения является увеличение чувствительности и повышение технологичности, Датчик силы содержит три резонатора в виде кольцевых пластин 2,5 и 8, возбуждение и съем сигналов с которых осуществляются с помощью катушек, включенных в схему автогенераторов 14,15 и 16, При этом Bb!xoäû генераторов включены на вход двух смесителей 11 и 12, выходы которых подключены к входу третьего смесителя 13. Вь.ходной сигнал последнего является мерой измеряемого усилия, приложенного к упругому элементу 10, на котором закреплены указанные выше резонаторы. 2 ил. шению к оси струны, невысокой стабильностью показаний, температурной нестабильностью.
Наиболее близким к предлагаемому r,;о технической сущности решению является устройство (2), в которой резонаторы выполнены в виде четырех соосных цилиндриче- ( ских оболочек за одно целое с кольцевым упругим элементом. Ю
Принцип работы такога датчика заключается в том, что под воздействием прилаженного усилия упругий элемент деформируется так, что верхние цилиндрические оболочки сжимаются, а нижние растягиваются, Пропорционально их деформац .. меняется собственная частота колебании этих оболочек.
Недостатком прототипа является трудоемкость изготовления упругого элемента в связи со сложностью его конфигурации и монтажа электромагнитов съема и возбуждения колебаний, расположенных внутри силовводящей оболочки меньшего дигмет1
1760385 ра, Также следует отметить, что резонаторы, выполненные в виде цилиндрических
Оболочек, обладают повышенной жесткостью, что приводит к снижению точности измерения, 5
Кроме того, в резонаторе из-эа дискретного расположения электромагнитов в окружном направлении возбуждаются колебания оболочек неосесимметричной формы в то время, как они испытывают осе- 10 симметричную деформаци.о, что также снижает чувствительность резонаторов, Целью изобретения является увеличение чувствительности дат" ика и повышение технологичности его изготовления. 15
Цель достигается тем, что резонаторы выполнены в виде кольцевых пластин, две из которых расположены симметрично относительно третьей, которая закреплена в срединной плоскости 1<г>льцевого упругого 20 элемента, при этом все айектромагниты сьема и возбу>кдения колебаний выполнены в виде катушек и располон<ены соосно упругому элеме IT), а выход третьего генератора подключен к,вторым входам первого и вто- 25 рого смесителей, Существенными отличилми в предлагаемом техническом решении являегся выполнение резонаторов в вида трех кольцевых пластин, две из I
Осевое сечение упругого элемента с частотно-Оээностным Выходным сигналoM и 45
Blo электрическая схема приведены соответственно на фиг,1 и 2. Датчик силы (фиг.
1) содер>кит резонаторы 2,5,8, выполненные в виде кольцевых. пластин за одно целое C упругой кольцевой пластиной 10. На этой >ке 50 фигуре показан один из возмо>кных вариантов расположения электромагнитов сьема
1, 6, 7 и возбу>кдения колебаний 3, 4, 9. На фиг, 2 представлена электрическая схема соединения электромагнитов 1, 3; 4, 6, 7, 9, 55 трех частотно-разностных смесителей 11, 12, 13 и трех дифференциальных электронных усилителей-ограничителей 14, 15, 16, Генераторы 17, 18, 19 колебаний показань: на фиг, 2 пунктиром.
Датчик силы работает следующим образом.
Под действием осевого усилия Р упругий элемент деформируется так, что уп ругал кольцевая пластина 10 иэ<-ибается, деформируя резонаторы 5 и 2, при этом их собственная частота колебаний изменяется: у резонатора 2 уменьшаетслга у резонатора
5увеличиваетсл, причем зти измене;-;ия пропорциональны измеряемому усил чо. Резонатор 8 не деформируетсл, T-Bê как он расположен в срединной плоскости кольцеВой пластины, и частота его coGGTDBHHI I>< колебаний поэтому не изменяется. Генераторы 17, 18 и 19 возбуждаюг колебания в кольцевых пластинах 2,5,8 с частотами F2g, Гз и Fl соответственно, и при помощи обратной связи с этих пластин снимаются колебания этими >ке генераторами. При этом в кольцевой пласгине 2 возбуждаются колебания меньш-,é : частоты,,1 в;:ольцевой пластине 5 — большей по сравнению с частотой колебаний кольцевой пластины 8.
С помощью смесителей 11 и 2 вычитаютсл частоты F1-F2 и Ез-FI. Так как геометрические размеры кольцевых пластин 2 и 5 одинаковы, то величина их деформаций одинакова и противоположна по знаку, Поэтому приращение частоты одинаково на выходе смесителей 11 и 12. Температурная стабилизация осуществляется за счет резонатора 6, частота которого HB зависит от измеряемого усилил, а зависит только от температуры.
Следовательнс, погрешность, связаннал с изменением температуры ooè измерения;, усилий, будет исключена.
Ф ормула изобретения
Дагчик силы. содержащий упругий элемент D Виде кольцевой пластины и в-гп >лненные за одно целое с ним три резонатора, каждый с электромагнитами сьема v. ВозЕ. ч< де н и я к О л е б а н и й, В к л о ÷ B I. I H û м и в со От" ветству ощие схемы трех генераторов колебаний и три смесителя, при этом выходы первых двух енераторов подклiочены I< первым входам первого и второго смеситеЛЕй, ВЫХОДЬ КОТОРЫХ СОЕДИНЕН-I С ВХОДВМИ третьего смесителя, о т л и ч а Io ьц и и с л тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения технологичности. резонаторы выполнены в виде кольцевых пластин, две иэ которых расположены симметрично относительно третьей, которал закреглена в срединной плоскости кольцевого упругого элемента, при этом Все электромагниты съема и возбуждения колебаний выполнены в виде катушек и расположены соосно упругому элементу, а выход третьего генератора подключен к вторым входам первого и второго смесителей.
Щ,у/ (I
1 (g l !
1
9 ив. 2
Составитель В.Голованов
Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.Øàðîøû
Заказ 3180 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/%
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
