Тензоакселерометр

 

Союз Советское

Социал исти чесюа

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Ы ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()699437 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.10.77 (21) 2530204/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл

G 01 P 15/12

Государственный квмктет

СССР оо делам нзооретеннй н открытнй

Опубликовано 25.11.79. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 03.12.79 (53) УДК 531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения

P. А. Кистанова и В. Д. Сапрыгин (71) Заявитель (54) ТЕНЗОАКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных ускорений.

Известны тензоакселерометры, у которых чувствительный элемент выполнен в виде консольно закрепленной балки с 4-мя резисторами, соединенными по мостовой схеме, и инерционной массой на конце ее, выполненной в форме шара или короткого цилиндра (1). Для такого типа тензоакселерометров идеальная форма инерционной массы — шар, центр которого должен совпадать тв с осью чувствительности консольной тензобалки, чтобы не вызывать крутящих моментов на балке в плоскости рабочего изгиба консольной балки.

Недостатками акселерометров с инерцион- тн ной массой в виде шара является трудоемкость в изготовлении и закреплении сферической инерционной массы, а также отсутствие максимального коэффициента заполнения (шаром) объема, предназначенного для рабочего перемещения консольной балки с инерционной массой на конце. Эти недостатки относятся и к инерционной массе цилиндрической формы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тензоакселерометр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, размещенную в нем консольно установленную кремниевую балку с закрепленными на ней тензорезисторами, включенными в измерительную схему, и инерционную массу на конце балки (2). В зависимости от диапазона измеряемого ускорения существует несколько модификаций акселерометра. Инерционная масса тензоакселерометра выполнена в форме параллелепипеда постоянной длины для всех диапазонов измеряемого ускорения с основанием в форме квадрата. При уменьшении верхних пределов диапазона измеряемого ускорения за счет увеличения массы инерционного тела в этом типе акселерометров площадь основания (квадрата) инерционной массы выполняется соответственно большей при постоянстве ее длины, что приводит к увеличению габаритных размеров и веса тензоакселерометра, предназначенного для измерения ускорений малых величин, и к снижению стойкости тензоакселерометра к случайным импульсным механическим воз699437

Зэ

4Ф

Формула изобретения

SS действиям из-за возросшей величины опрокидывающегб момента относительно места закрепления инерционной массы на консольной балке.

Целью изобретения является создание тензоакселерометра с уменьшенными габаритами при одновременном повышении стойкости его к импульсным механическим воздействиям.

Для достижения поставленной цели в известном акселерометре и инерционной массе со стороны закрепления ее на консоль- 4о ной балке выполнен паз с расширением к торцу массы, симметричный относительно оси балки.

На чертеже изображен предлагаемый тензоакселерометр.

Тензоакселерометр содержит корпус 1 с консольно закрепленной в нем кремниевой балкой 2, на поверхностях 3, 4 которой непосредственно около места ее закрепления 5 расположено по два рабочих резистора 6 работающих на растяжение и сжатие и выполненных методом диффузии.

На конце кремниевой балки 2 закреплена инерционная масса 7. Все полости тензоакселерометра заполнены демпфирующей жидкостью 8.

Работа тензоакселерометра заключается в следующем. При воздействии на корпус 1 тензоакселерометра измеряемого ускорения n(t) инерционная масса 7, жестко связанная с балкой 2, поворачивается на соответствующий угол, а кремниевая балка

2 изгибается, занимая определенное положение относительно корпуса 1 и стенок паза 9 инерционной массы 7. Угол поворота инерционной массы 7 зависит как от величины измеряемого ускорения n(t) и геометрических размеров консольно закрепленной балки 2, так и от точности выполнения и установки плоскостей 10, 11 инерционной массы 7. При изгибе балки 2 под воздействием измеряемого ускорения n(t) в месте расположения рабочих резисторов 6 возникает деформация кремниевой балки 2, относительная величина которой пропорциональна величине n(t). В результате деформации балки 2 сопротивление резисторов 6, соединенных по мостовой схеме, и, следовательно, величина выходного напряжения с мостовой схемы изменяются на величину, пропорциональную величине деформации. Инерционная масса 7 в тензоакселерометре установлена так, что ось симметрии ее совпадает с осью чувствительности кремниевой балки 2 с тензорезисторами 6 в цеЛях исключения возникновения крутящего момента (стрелка 12).

Инерционная масса выполнена в форме параллелепипеда и может быть выполнена различной длины, что позволяет обеспечить максимальный коэффициент заполнения объема, предназначенного для рабочего хода консольной балки с инерционной массой на конце, не увеличивая габаритные размеры тензоакселерометра при установке инерционной массы большей массы.

В инерционной массе 7 со стороны закрепления 13 в ней консольной балки 2 выполнен паз 9 с расширенной частью 14 у торца 15 массы 7, расположенный симметрично оси балки 2, а по граням 10, 11, 16, 17 параллелепипеда выполнены фаски 18.

Назначение фасок 18 — обеспечение ламинарности потока демпфирующей жидкости

8, обтекающей инерционную массу 7 при движении ее в целях исключения пульсирующих воздействий демпфирующей жидкости 8 на инерционную массу 7, а значит, и на кремниевую балку 2 и, следовательно, в целях повышения ударостойкости тензоакселерометра.

Геометрические размеры паза выполнены минимальными, с целью повышения коэффициента заполнения прибора инерционной массой.

Назначение паза 9 с его расширяющейся частью 14 заключается в следующем.

1. Паз 9 обеспечивает рабочую длину балки 2, следовательно и массу инерционную 7, равную указанным величинам в известном акселерометре.

2. Расширяющаяся часть 14 обеспечивает свободное расположение кремниевой балки 2 при изгибе ее под воздействием измеряемой перегрузки, исключая тем самым возможность поломки тензобалки в процессе работы тензоакселерометра.

3. Расширяющаяся часть 14 паза 9 исключает появление царапин на поверхностях 3, 4 кремниевой балки 2 в результате случайных прикосновений этих поверхностей при изгибе балки 2 в процессе работы тензоакселерометра, что также исключает возможность поломки тензобалки в процессе работы тензоакселерометра.

4. Опрокидывающий момент 12 инерционной массы 7 относительно точки 13 закрепления в ней кремниевой балки 2 уменьшается за счет меньшего сечения инерционной массы 7 по сравнению с массой в известном тензоакселерометре и за счет противодействия выступающих частей 19,. 20 инерционной массы 7; образованных в инерционной массе пазом 9, тем самым уменьшена возможность поломки кремниевой балки в месте закрепления 13 ее в инерционной массе 7 при импульсных механических воздействиях на тензоаксейеРометре.

Тензоакселерометр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, - 18

Составитель Н.Мараховская

Редактор Л. Бибер Техред О. Луговая Корректор М. Пожо

Заказ 7216/49 Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 размещенную в нем консольно установленную кремниевую балку с закрепленными на ней тензорезисторами, включенными в измерительную схему, и инерционную массу на конце балки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов акселерометра и повышения стойкости его к импульсным механическим воздействиям, в инерционной массе со стороны закрепления ее на консольной балке выполнен паз с рас699437 б ширением к торцу массы, симметричный относительно оси балки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Раевский Н. П. Датчики механических параметров машин. М., 1959, с. 108—

109.

2. Авторское свидетельство СССР № 504979, кл. G 01 P 15/12, 1974.