Устройство для измерения механических величин, например, усилий

 

i i) 540 l62

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. овид-ву (22) Заявлено 29.10.75 (21) 2185939/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 25.12.76. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 24.02.77 (51) М. Кл.2 G 01L 1/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 531.781(088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. В. Малов, В. М. Макаров, М. В. Волков, В. Н. Симонов, В. П. Глазунова и П. А. Филимонов

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических величин, например усилий.

Известны датчики механических величин с частотным выходом, выполненные на основе перестраиваемых по частоте пьезоэлектрических резонаторов (1).

В датчиках подобного типа измеряемая механическая величина воздействует через упругий элемент или непосредственно на пьезоэлектрический резонатор, изменяя частоту его колебаний. Резонаторы выполняются из материалов с совершенными упругими свойствами и имеют высокую добротность, что увеличивает время успокоения колебательной системы датчиков и снижает возможности их использования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому являелся устройство для измерения механических величин, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде двух:пьезоэлементов.

Пьезоэлементы в качестве частотно-задающих элементов включены в автогенераторы, выходы которых подключены к схеме .формирования сигнала разностной частоты (21.

Существенным недостатком известной конструкц ии является большое время успокоения механической колебательной системы на частоте собственных колебаний, .вследствие ее высокой добротности, что существенно ухудшает динамические характеристики устройства. Уменьшение времени успокоения механи5 ческой колебательной системы путем введения дополнительных вязко-упругих связей усложняет конструкцию датчика и снижает его точностьь.

Цель изобретения — улучшение динамиче10 ских характеристик устройства для измерения механических величин, а также обеспечение возможности коррекции его динамических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что на

15 пьезоэлектрические резонаторы нанесены дополнительные электроды, а в схему устройства введены последовательно соединенные преобразователь частоты в аналог, корректирующий четырехполю сник и усилитель, причем

20 вход преобразователя частоты в аналог соединен с выходом схемы формирования разностной частоты автогенераторов, а выход усилителя подключен к дополнительным электродам пьезоэлектрических резонаторов.

25 На фиг. 1 представлена конструкция чувст вительного элемента устройства для измере ния механических величин; на фиг. 2 — элек. трическая блок-схема.

Чувствительный элемент содержит два пье

30 зоэлемента 1 и 2, на которые нанесены прово

540162 дящие электроды, образующие резонаторы 3 и 4. Пьезоэлементы с одного края консольно закреплены в основании 5, а свободные концы пьезоэлементов жестко связаны перемычкой 6.

На пьезоэлементы нанесены дополнительные электроды 7, 7 и 8, 8 . Резонаторы 3, 4 включены,в качестве частотнозадающих элементов в автогенераторы 9, 10, а выходы автогенераторов подключены к схеме формирования разностной частоты 11. Выход схемы lo формирования разностной частоты 11 соединен с входом преобразователя 12 частоты в аналог 12, а к выходу преобразователя 12 подключены последовательно соединенные корректирующий четырехполюсник 13 и уси- 15 литель 14. Выход усилителя подключен к дополнительным электродам 7 и 8, а электроды 7 и 8 соединены с земляной шиной.

Устройство работает следующим образом.

Под действием измеряемой механической 20 величины, например силы, деформируются пьезоэлементы 1 и 2, при этом происходит изменение частот пьезоэлектрических резонаторов 3, 4, что приводит к аналогичному изменению частот автогенераторов 9 и 10. Блок 11 25 формирует на выходе сигнал разностной частоты автогенераторов. В установившемся режиме разностная частота пропорциональна измеряемой механической величине. В случае возникновения изгибных колебаний консоли 30 из-за высокой добротности колебательной системы время ее успокоения является большим.

Так как .возникающие в этом случае деформации в пьезоэлементах 1 и 2 идентичны деформациям, возникающим при подаче элек- 35 трических напряжений на дополнительные электроды 7, 7 и 8, 8, то, формируя в цеди обратной связи электрическое напряжение, зависящее от амплитуды и частоты собственных изгибных колебаний консоли, можно, подавая его на до полн ительные электроды 7, 7 и 8, 8, обеспечить подавление паразитных колебаний, что существенно улучшает динамические характеристики устройства для измерения механических величин, а соответствующий выбор параметров корректирующего четырехполюсника позволяет произ водить коррекцию его д инамических характеристик.

Формула изобретения

Устройство для измерен(ия механичесиих величин, например усилий, содержащее пьезоэлектрические резонаторы, включенные в качестве частотнозадающих элементов автогенераторов, схему формирования сигнала разностной частоты, отличающееся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик устройства, в него введены соединенные по|следовательно преобразователь частоты в а налог, корректирующий четырехполюсник, усилитель, пр ичем вход преобразователя частоты в аналог соединен с выходом схемы формирования сигнала разностной частоты, а выход yñèëèòåëÿ подключен к дополнительным электродам, нанесенным на пьезоэлектр|ические резонаторы.

Источниии информации, принятые во вним ание при экспертизе:

1, М илохин Н. Т., «Частотные датчиии систем автоконтроля и управления», М., Энергия, 1968, стр. 32.

2. Авторское свидетельство СССР, № 302629, М. Кл. G 01L 23/10, 1971 (прототип).

540162

Фиг z

Редактор Т, Иванова

Заказ 3015/7 Изд. № 377 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

) — П

Составитель К. Яковлева

Техред И. Карандашова Корректор Л. Денискина

1

I