Устройство для измерения усилий
О Il И С А Н И Е i,993056
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсинк
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22)Заявлено 0 .08.81 (21) 3324149/18-10 (5I)N, Кн. с присоединением заявки,%—
G 01 L 1/16
Гевумретееикыа камйтет
СССР (23) Приоритет
Опубликовано 30.01 ° 83 Бюллетень М 4
Ito илам изабретаиий и еткрытий (53) УДК 531.781 (088.8) Дата опубликования описания 30.01 83
Ч%
Ы Г .
А.А. Вили сов, А. П. Вяткин, Н . П. Криворотов, Р. П . Рябцев =, .":.,,: и С.С.Щеголь ! (72) Авторы изобретения! 1 . (Сибирский физико-технический институт им. В.Д.-Куэйецова при. Томском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. B.B.Êóéáûøåâà (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения распределения пост8янных и переменных усилий по координатам, а также может быть использовано как датчик деформаций нагруженных изделий сложной формы.
Известны устройства для измерения усилий, использующие зависимость полуйроводниковых приборов от приложенного к нйм усилия. Туннельный диод помещается.,в зону давления и по из.менению, например, его пикового тока
1Р, судят о величине воздействующего на диод усилия (1 3 .
Наиболее Ьлизким по технической сущности является устройство, содержащее чувствительный элемент - туннель. ный диод, последовательно соединенный ао ! с ним резистор и электрически соединенный с резистором фильтр нижних частот с индикатором (2 ) .
Это устройство позволяет измерять усилие в заданной точке пространства, но не дает информации о распределении усилия по координате. Для получения такой информации необходимо применить несколько однотипных устройств, что ведет к значительному усложнению измерительной схемы и существенному увеличению стоимости всего устройства. Кроме того,,такое решение не всегда возможно, особенно при жест" ких требованиях к разрешающей способности устройства. Большие сложности вызывает при этом и организация большого количества каналов связи чувствительных элементов с измерительной схемой. Все это приводит к тому, что известное устройство обладает недостаточными функциональными возможностями.
Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения измерения распределения усилий по координатам.
Э 993
Указанная цель достигается тем, что. в него введены распределитель импульсов и ячейки памяти, включенные между резистором и индикатором, причем управляющие входы ячеек памяти через распределитель импульсов соединены с чувствительным элементом, а чувствительный элемент выполнен в виде матрицы последовательно соединенных туннельных диодов с различными пиковыми токами, при этом шаг различия токов выбран из соотношения 1р 1 рм Рм где К вЂ” коэффициент тензочувствительности пикового тока;
1 - максимальное значение пико(ЦЩ вого тока в матрице; — максимальное измеряемое уси/М лие.
Такое выполнение устройства поз,воляет осуществлять измерения усилия не только в заданной точке, но и пространственное распределение усилия, т.е. расширяет функциональные возможности устройства. Кроме того, в этом устройстве вся информация с туннельных диодов, помещаемых в зону давления (деформаций), передается во вторичную электронную схему по одному каналу связи. Последнее существенно. для упрощения измерений сложных распределений усилия и, следовательно, расширяет возможные пределы использования устройства.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2-! вольтамперная характеристика чувствительного элемента.
Устройство для измерения усилий (фиг.1) содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде последовательно соединенных туннельных диодов, резистор 2, распределитель импульсов 3, ряд ячеек ч памяти и индикатор 5.Резистор 2 соединен последовательно с чувствительным элементом 1, и на эту цепочку в точке 6 подаются пилоообразные импульсы тока
Ячейки 4 памяти включены между резис тором 2 и индикатором 5, а управляющие входы ячеек через распределитель
3 импульсов подключены к чувствитель ному элементу 1.
Устройство работает следующим образом.
Чувствительный элемент помещается в зону, где необходимо измерить расп
056 ф ределение усилия, или, например, наклеивается на деталь. Нарастающий ток смещения, представляющий собой периодически повторяющиеся импульсы пилообразного тока, проходит через резистор 2 и чувствительный элемент 1.
После достижения током смещения величины, равной пиковому току первого диода, последний переключается в состояние высокого напряжения. Вырабатывающийся при этом положительный перепад напряжения снимается с чувствительного элемента воздействует на электронный распределитель 3 импуль15 сов, так, что последний выдает на управляющий вход первой ячейки памяти импульс записи. При этом в ячейке записывается напряжение, снимаемое с резистора 2 и пропорциональное пико2о вому току первого диода, т.е. диода с минимальным значением пикового тока
При дальнейшем увеличении тока смещения и достижении им значения, равного пиковому току второго диода, послед25 ний переключается и напряжение, пропорциональное этому току, записывается во вторую ячейку. Ток смещения возрастает до тех .пор, пока не переключится последний диод. Импульсы переключения последнего диода приводит всю схему в исходное состояние, и процесс нарастания тока ничинается вновь. Таким образом, в ячейках памяти записаны значения пиковых токов соответствующих
35 диодов. Усилие, воздействуя на туннельные диоды, изменяет величину пйкового тока, а значит и величину напряжения, записываемую в ячейку памяти. Изменение усилия ведет к изменению напряжений, записанных в ячейках памяти; Это напряжение может быть измерено непосредственно вольтметром или подано на индикатор (осциллограф, самопишущий потенциометр и др.).
Устройство может быть использовано в качестве датчиков туннельных диодов, изготовленных по эпитаксиальной тех" нолсгии и обладающих высокой механической прочностью. В качестве распределителя импульсов может быть приме50 нен сдвиговый регистр, разрядность которого определяется количеством измерительных диодов. Например„ для устройства, измеряющего давления не более чем в восьми точках, можно использовать восьмиразрядный регистр, вы- " полненный на микросхеме 155ИР13. В аналоговых запоминающих ячейках исполь зованы интегрирующие цепочки, управ5 9930 6 6
-ляемые электронными ключами, собран-. Фсумула изобретения ными на микросхемах типа g6 КТ1. Па- Устройство для измерения усилий, раметры интегрирующей цепочки при этом содержащее чувствительный элемент должны быть такими, чтобы постоянная на туннельном диоде, резистор и ининтегрирования была меньше времени за-5 дикатор, соединенные последовательпоминания сигнала, определяемого дли- но, о т л и ч а ю щ е е с я тем, тельностью импульса, вырабатываемого что, с целью расширения функциональ" распределителем импульсов. Для обес- ных возможностей за счет измерения печения нормальной работы устройства распределенного усилия, в него ввенеобходимо, чтобы в процессе измере- о дены распределитель импульсов и ячей.
- ния сохранялась начальная последова- ки памяти, включенные между резистотельность возрастания пиковых токов ром и индикатором, причем управляюдиодов. Поскольку 1о с приложением щие входы ячеек памяти через распреусилия уменьшается, то исходный шаг делитель импульсов соединены с чувст различи токов Мр должен быть боль- вительным элементом, а чувствительше изменения любого из диодов. Это - ный элемент выполнен в виде матрицы всегда будет выполняться при последовательно соединенных туннельЬ! Ъ М . Р„,, ных диодов с .различными пиковыми то. где I. - коэффициент тензочуBcTSHTeJlb- ками, при этом шаг различия токов ности пикового тока, равный > выбран из соотношения для диодов,.например, из ар- р Ii " 1рм Рм сенида галлия (0,6-1,3)х где К вЂ” коэффициент тензочувствитель
x10 1/бар; ности пикового тока;
- максимальное значение пиково- 1 -. максимальное значение пикоОМ и го тока в матрице; вого тока s матрице;
P - максимальное измеряемое уси- Р - максимальное измеряемое усиМ М лие. лие.
Устройство может найти применение в различных. измерительных системах 36 для определения конфигурации усилий или давлений в сложных замкнутых обьемах, а также нагруженных.дета. лей сложной формы °
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США и 3383907 кл. 73-88, 25.05.68.
2. Авторское свидетельство СССР
N 391425, кл, 6 01 1 1/16, 25.07 73 (прототип) 993056
Составитель Н.Вовчук
Редактор Н.безродная Техред g Тепер Корректор Г.Огар
Заказ 441/55 Тираж 871 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4
