Устройство для измерения предельных перегрузок

 

Устройство относится к измерительной технике. Устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь и один или группу параллельно соединенных между собой конденсаторов, подключенных к электродам преобразователя. Конденсаторы выполнены с возможностью выхода из строя при достижении предельных перегрузок. Обеспечивается фиксирование максимальной перегрузки и сохранение информации, надежная защита информации от большинства воздействий окружающей среды (температуры, влажности и др.). 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации и фиксирования максимальных значений перегрузок.

Известны измерители перегрузок (акселерометры), позволяющие определять величину перегрузки при ударных нагрузках (например, а.с. 794547, кл. G 01 P 15/09, опубл. 07.01.81, Бюл. N 1, 1981 г.; a.c. 119690, кл. G 01 P 15/08, опубл. Бюл. N 9, 1959 г.). В первом указанном устройстве измерение перегрузки осуществляется путем воздействия тарированного груза на пьезоэлемент и передачи соответствующей величины заряда через индуктивную катушку на антенну регистрирующей аппаратуры. Данный измеритель перегрузок содержит пьезоэлектрический преобразователь, установленный на подвижном теле, передающую антенну и телеметрическую систему приема и регистрации выходного сигнала.

Во втором акселерометре измерение перегрузки осуществляется путем съема сигнала с пьезопреобразователя на внешнее регистрирующее устройство после его прохождения через корректирующую цепочку, включенную параллельно преобразователю, содержащую три конденсатора и два активных сопротивления. В данном устройстве конденсаторы вместе с резисторами выполняют роль фильтра.

Известен пьезоэлектрический измерительный преобразователь ускорения (а. с. 928233, кл. G 01 P 15/09, опубл. 15.05.82, Бюл. N 18), содержащий пьезоэлектрический преобразователь, последовательно соединенные между собой разрядник, резистор, подключенные к электродам пьезоэлемента, а также соединительный кабель, через который на измерительную аппаратуру передаются серии коротких импульсов напряжения, реализующихся на разряднике, количество которых свидетельствует об уровне перегрузки.

Недостатками перечисленных устройств являются необходимость постоянного съема информации, регистрирующей аппаратуры и требуемая близость этой аппаратуры, что не всегда возможно и удобно. Кроме того, эти устройства не позволяют долговременно хранить информацию о зарегистрированной перегрузке без привлечения специальной аппаратуры.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому изобретению является "Пьезоэлектрический датчик ускорения, в частности, для активирования устройства для защиты пассажира в автомобиле" (заявка DE N 3918407, кл. G 01 P 15/00, опубл. 13.12.90), содержащий пьезоэлектрический чувствительный к ускорению элемент и обрабатывающую схему по меньшей мере с одним интегратором. Чувствительный элемент через сопротивление соединен с входом интегратора. Сопротивление образовано первым конденсатором, включенным параллельно чувствительному элементу, а также первым выключателем, попеременно подключающим конденсатор к чувствительному элементу и к интегратору.

Недостатком данного устройства является возможность искажения действительного значения перегрузки в случае ее возникновения в момент снятия заряда (переключатель подключен к интегратору).

Заявляемое изобретение при простоте конструкции, небольших габаритах, малом весе и относительной дешевизне направлено на точное фиксирование заданной предельной перегрузки и сохранение информации о величине этой перегрузки до момента измерения дополнительной аппаратурой. Информация надежно защищена от большинства внешних воздействий окружающей среды (температура, влажность и др.).

Это достигается тем, что в заявляемом устройстве содержится пьезоэлектрический преобразователь и один или группа параллельно соединенных конденсаторов, подключенных к электродам преобразователя.

В отличие от прототипа в заявляемом устройстве конденсаторы выполнены с возможностью выхода из строя при достижении предельных перегрузок.

При возникновении перегрузки на электродах пьезоэлектрического преобразователя возникает электрический заряд, который накапливается на конденсаторе, создавая тем самым на конденсаторе разность потенциалов (напряжение).

При достижении определенного значения заряда (а с ним и напряжения на конденсаторе) происходит пробой (на разрыв) конденсатора, точно фиксируя тем самым заданный уровень перегрузки. Факт пробоя можно установить в любое время, например измерив емкость цепи.

Если подключить к электродам преобразователя группу конденсаторов, соединенных между собой параллельно, то можно производить фиксирование нескольких уровней перегрузки - при большой величине перегрузки после пробоя одного из конденсаторов продолжающееся накапливание заряда пьезоэлектрическим преобразователем может привести к пробою следующего конденсатора. Установив после опыта количество пробитых конденсаторов, определяют диапазон перегрузок, в котором находится максимальная перегрузка, имевшая место при ударе.

Описание устройства поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит пьезоэлектрический преобразователь 1 с электродами a и b, параллельно замкнутый с ним в цепь конденсатор 2, имеющий заданное напряжение пробоя. Вместо одного конденсатора можно также использовать группу параллельно соединенных между собой конденсаторов 2.

Устройство работает следующим образом. При возникновении перегрузки на электродах a и b пьезоэлектрического преобразователя 1 возникает заряд Q, зависящий от величины перегрузки, который накапливается на конденсаторе 2 и при емкости конденсатора C, создает разность потенциалов (напряжение) на конденсаторе U=Q/C.

При достижении определенного значения напряжения на конденсаторе 2 происходит пробой (на разрыв), тем самым фиксируя факт достижения заданной величины перегрузки. Факт пробоя можно установить разными методами, в том числе и измерив емкость электрической цепи.

Если в цепи будет несколько параллельных конденсаторов 2, то при большой перегрузке после пробоя одного из конденсаторов, продолжающееся накапливание заряда (напряжения), может привести к пробою второго (третьего и так далее) конденсатора. Измерив емкость цепи после опыта и тем самым определив количество выведенных из строя конденсаторов, определяют верхнюю и нижнюю границы перегрузок, в которых находится максимальная перегрузка, имевшая место при ударе.

Установив группу конденсаторов, во-первых, снимаем фактор нестабильности, а во-вторых, уменьшаем общую емкость конденсатора (с учетом емкости преобразователя), увеличивая тем самым напряжение на конденсаторе.

Таким образом, заявляемое устройство надежно фиксирует и сохраняет информацию о величине максимальной перегрузки.

Формула изобретения

Устройство для измерения предельных перегрузок, содержащее пьезоэлектрический преобразователь и один или группу параллельно соединенных конденсаторов, подключенных к электродам пьезоэлектрического преобразователя, отличающееся тем, что конденсаторы выполнены с возможностью выхода из строя при достижении предельных перегрузок.

РИСУНКИ

Рисунок 1