11 Изобретение относитс к технике измерений механических усилий и может быть использовано в разработках датчиков давлений, перемещений, ускорений и г.д, Известен датчик, состо щий из ли зового резонатора, выполненного в ви де перемычки в пьезокварцевом гдшинд pBj заполненном гелием и закрыгом крышкой из пьезокварца, основанный на преобразователе измер емого параметра в частоту генерации путем всестороннего сжати пьезокварцевого цилиндра, внутри которого находитс чувствительный элемент 1 7. Недостатком этого датчика вл етс температурна погрешность, опре дел ема температурной частотной характеристикой кварцевого резонатора ., Наиболее близким по технической сурдности к изобретению вл етс датчик силы, содержащий упругое кольцо с чувствительными элементами, выполнеиными в виде идентичных пьезоэлектрических вибраторов с взаимно перпендикул рными силочувстврпельиьпчи ос ми и укрепленными на торцевых выступах упругого кольца C2j. IТакой преобразователь позвол ет измер ть параметры давлени в широком диапазоне температур,, однако имеет недостаточную точность и чувст вительность, Цель изобретени - повыишние точности и чувствительности. Поставленна цель достигаетс тем что в датчике силы состо щем из внутреннего кольца, на внутренних выступах которого параллельно один другому симметрично относительно его горизонтальной плоскости симметрии жестко закреплены два дисковых пьезо кварцевых резонатора, сверху и снизу от внутреннего кольца симметрично относительно его горизонтапьной плоскости симметрии размещены два од наковых внешних цилиндрических упругих кольца, соединенных с внутренним кольцом коническими перемьгаками, при чем суммарна площадь сечений внешних колец в 3-8 раз преБьш ает суммар ную площадь сечений внутреннего коль ца- и конических перемычек,, длина сте нок конических перемычек в 5-20 раз больше их толщины, а угол при верши22 не конуса перемычек выбирают по соотношению: 2 arctg , if - угол при верпшне конуса, рад, рассто ние между внешними кольцами, мы; ошрина внутреннего кольца , мм; внешние диаметры внешних и внутреннего колец, соответственно , мм. Пьезокзарцевые резонаторы св заны с внутренним кольцом по дуговым вы- ступам в пределах углов 10-60, причем через пентры этих дуг проход т оптическа ось одного резонатора и механическа ось другого. Кроме того, вдоль конических перемычек и внутреннего кольца выполнены два взаимно перпендикул рных паза, плоскости которых проход т через вертикальные оси симметрии датчика, при- чем ширина пазов в 1,2-3,7 раз меньше диаметра пьезокварцевых резонаторов . На фиг, 1 показана конструкци датчика силы; на фиг, 2 - сечение внутреннего кольца с установленным в нем пьезокварцевым резонатором дл двух крайних значений углов . 10 и 60 j на фиг. 3 - зависимости . коэффициента силочувствительности K,j. дл резонаторов АТ-среза-, на фиг, 4 - варианты установки пьезокварцевых резонаторов на внутренних выступах внутреннего кольца по углам о( 10 и на фиг. 4 обозначены г;игX , и X,оптические оси и механические оси пьезокварцевых резонаторов , причем оси Z и 2 совпадают , поскольку при этом наблюдаетс максимальна силочувствительность датчикаj на фиг, 5 - вариант конструкции датчика с выполненными взаимно перпендикул рными пазами. Датчик силы состоит из внутреннего цилиндрического упругого кольца 1, на внутренних выступах 2 которого параллельно один другому и симметрично по отношению к горизонтальной оси симметрии внутреннего, цилиндрического упругого кольца 1 жестко закреплены два дисковых пьезокерамических резонатора 3, Сверху и снизу от внутреннего ц шиндрического упругого кольца симметрично его ос м симметрии расположены два одинаковых внешних цилиндрических упругих кольца 4, соединенных с внутренним упругим кольцом 1 коническими перемычками 5. Кроме того, на фиг, 1 показаны элементы пьезокварцевых резонаторов 3: электроды резонаторов 6 и шейки электродов резонаторов 7. Датчик силы работает следующим образом. После сборки силопередающего элемента и установки пьезокварцевых .резонаторов 3 последние подключаютс каждый к автогенератору (не показаны выходы которых подключены к входам смесител (не показан). На выходе смесител формируетс сигнал разностной частоты двух колебаний, пропорциональный измер емой силе Р. Датчик (фиг. 1) устанавливаетс дл проведени измерений таким образом ,чтобы силаР была направлена перпендикул рно к внешним плоскост м его внешних колец. Воздействие силы Р, прикладываемой как показано на фиг. 1, вызывает уменьшение рассто ни ft между внешними кольцами 4 на величину /I Н , что приводит к передаче усили на внутреннее кольцо 1 и изменению его диаметра с на величину 4cJ . При этом коэффициент преобразовани деформаций определ етс как Ж /2 Пьезокварцевые резонаторы 2 вьто нены в виде дисков, на плоскост х к торых напьшены электроды 6, расположенные друг под другом, и шейки электродов 7, подключенные к автоге нераторам. Усилие Р трансформируетс в усилие Р , распредел емое равноме но по торцам резонаторов 3 в пределах дуг, по которым они контактируют с в.нутренними выступами 2 внут реннего кольца 1 (фиг. 4). Этим обе печиваетс надежный прот женный кон такт внутреннее кольцо - резонаторы улучшающий теплообмен и повышающий надежность элемента. Резонаторы рас положены по отношению к усилию т ким образом, чтобы в пределах углов оС вектора усили действовали толь 1 24 ко в пределах отрицательной силоувствительности дл одного резонатора и положительной силочувствительности дл другого резонатора 3. Достигаетс это такой установкой резонаторов 3, при которой оптическа ось одного резонатора и механическа ось другого резонатора проход т через центры дуг,по которым эти резонаторы контактируют с выступами 2. На фиг. 3 видно, что вдоль оси 2 наблюдаетс максимальна отрицательна , а вдоль оси X положительна чувствительность дисковых резонаторов АТ-среза, используемых в предлагаемой конструкции. Во втором варианте датчика (фиг.5) вдоль перемычек и внутреннего кольца сделаны два взаимно перпендикул рных паза, плоскости которых проход т через вертикальные оси симметрии силопередающего элемента. Этим повьш1аетс чувствительность датчика за счет уменьшени его жесткости. Предлагаемый датчик имеет следую-г щие преимущества по сравнению с известными. Погрешности от гистерезиса и невоспроизводимости уменьшаютс примерно в 2-5 раз, поскольку оба пьезокварцевых резонатора работают только на сжатие, что позвол ет использовать способ непосредственного контакта резонаторов 3 с выступами 2, без промежуточных соединений. Нестабильность частоты генерации, вли юща на основную погрешность, уменьшена примерно на пор док введением предварительного поджати , необходимого дл креплени резонаторов 3. Уменьшены динамические тейпературные погрешности размещением резонаторов внутри силопередающего элемента и обеспечением прот женного контакта по дугам, что улучшает теплообмен и уменьшает градиенты температуры . Расширен диапазон измер емых сил. Увеличен коэффициент преобразовани деформаций, который в прототипе меньше или равен 1,0, а в предлагаемой конструкции всегда больше единицы , т.е. повьш1ена чувствительность.
ЛпО
20 W
-10