SU1425481A1 - Преобразователь механических усилий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  механических усилий в цифровой код. Цель изобретени  - повышение точности и надежности . Измер емое усилие прогибает биморфный пьезоэлемент 2 (БПЭ). Импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состо ние. Открываетс  схема 16 совпадени  и размыкаетс  ключ 14. При этом тактовые импульсы от генератора 13 проход т на выход преобразовател  к измерительной схеме, а от генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ начинает накапливатьс  зар д. БПЭ прогибаетс  в обратную сторону, компенсиру  прогиб от измер емого усили . В момент выравнивани  измер емого и компенсирую- ш.его усили  сигнал на выходе дифференциатора 7 минимальный, что вызывает срабатывание компаратора 8. При этом формирователь импульсов вырабатывает уп- равл юш,ий импульс, который приводит триггер 10 в нулевое состо ние. О величине измер емого усили  суд т по количеству прошедших тактовых импульсов. 1 ил. so (Л

Description

Выход

4; ю ел

00

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  механических усилий в цифровой код.

Цель изобретени  - повышение точности и надежности.

На чертеже показана принципиальна  схема преобразовател  механических усилий.

Преобразователь содержит корпус 1, би- морфный пьезоэлемент (БПЭ) 2, с внешни- |ми электродами 3 и 4, упругую фоль- 1гу 5, котора  одновременно  вл етс  внут- 1ренним электродом БПЭ 2, подключена к общему проводу и. служит дл  удобства закреплени  БПЭ 2 в корпусе 1. Источник питани  выполнен в виде генератора 6 тока выход которого подключен к электродам 3 и 4.

Измерительна  схема содержит дифференциатор 7, компаратор 8, формирователь 9 1мпульсов, триггер 10 с установочным рходом 11 и входом 12 сброса, генератор 13 тактовых импульсов, ключ 14, шину 15 запуска -и схему 16 совпадени . При этом перва  клемма ключа 14 заземлена , электроды 3 и 4 подключены к второй клемме ключа 14 и через последовательно соединенные дифференциатор 7, Компаратор 8 и формирователь 9 импульсов к входу 12 сброса триггера 10, установочный вход 11 которого подключен К шине 15 запуска, а выход - к управ-  юшему входу ключа 14 и первому входу схемы 16 совпадени , второй вход которой подсоединен к генератору 13 тактовых им- |1ульсов, а выход - к регистратору (не |1оказан).

I Преобразователь работает следуюш.им бразом.

I В исходном состо нии измер емое усилие F, приложенное к БПЭ 2, приводит к его лрогибу. Триггер 10 сброшен, и на его 1 ыходе логический «О. Ключ 14 замкнут, (ja электродах БПЭ 2 отсутствует элек- fpn4ecKoe напр жение. Схема 16 совпадени  Закрыта дл  прохождени  импульсов, выра- атываемых генератором 13 тактовых им- йульсов.

Запускающий импульс от шины 15 запуска устанавливает триггер 10 в единичное состо ние. Ключ 14 размыкаетс , и открываетс  схема 16 совпадени , разреша  прохождение тактовых импульсов от генератора 13. При размыкании ключа 14 от воздействи  генератора 6 тока на электродах 3 и 4 БПЭ 2 начинает накапливатьс  зар д. При этом БПЭ 2 начинает развивать силу, пропорциональную величине накопленного зар да и направленную противоположно измер емому усилию. Сила, развиваема  БПЭ 2, компенсирует измер емое усилие F и, следовательно, уменьшает величину прогиба.

При увеличении зар да на электродах БПЭ возрастает электрическое напр жение.

0

5

0

5

0

5

0

5

причем скорость возрастани  напр жений пр мо пропорциональна электрической емкости БПЭ 2, так как пьезоэлектрический преобразователь характеризуетс  двум  предельными значени ми электрической емкости: Си. - емкость при отсутствии смещени  (зажатый кристалл) и Cf - емкость при отсутствии силы (свободный кристалл), которые св заны между собой известным соотношением. Таким образом, в первый момент времени, когда сила, развиваема  БПЭ, равна нулю, электрическа  емкость имеет максимальное значение Си. ..

С увеличением зар да возрастает сила, развиваема  БПЭ 2 и компенсирующа  измер емое усилие F. При этом емкость БПЭ 2 уменьшаетс  и достигает минимального значени  СР в момент равенства компенсационной силы, развиваемой БПЭ 2, и измер емой величины F.

Дифференциатор 7, подключенный к электродам БПЭ 2, формирует на выходе сигнал, величина которого пропорциональна скорости -изменени  напр жени  на -электродах БПЭ 2, т. е. электрической емкости БПЭ 2, так как ток зар да посто нен. Таким образом, на выходе дифференциатора 7 сигнал измен етс  от максимального значени  в начальный момент, до минимального значени , соответствующего моменту выравнивани  измер емого усили  F и компенсационной силы. При достижении выходным сигналом дифференциатора 7 минимального значени  срабатывает компаратор .8. По фронту выходного сигнала компаратора 8 формирователь 9 импульсов вырабатывает управл ющий импульс, который поступает на вход 12 сброса триггера 10 и сбрасывает его в «О.

Логический «О с выхода триггера 10 поступает на схему 16 совпадени , запреща  прохождение тактовых импульсов. При этом на выходе схемы совпадени  формируетс  последовательный код, соответствующий измер емому усилию F.

При сбросе триггера 10 ключ 13 замыкаетс , тем самым разр жа  зар д накопленный на электродах БПЭ 2. Таким образом , преобразователь приходит в исходное состо ние. Об измер емой величине F суд т по величине последовательного кода, сформированного на выходе схемы 16 совпадени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Преобразователь механических усилий, содержащий биморфный пьезоэлемент, к электродам которого подключен источник питани , и измерительную схему с регистратором , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и надежности, в нем источник питани  выполнен в виде генератора тока, а измерительна  схема содержит дифференциатор, компаратор, формиро1425481

   34

   ватель импульсов, триггер, генератор такто-тель импульсов к входу сброса триггера,

   вых импульсов, ключ, шину запуска и схемуустановочный вход которого подключен к

   совпадени , при этом перва  клемма клю-шине запуска, а выход - к управл ющеча заземлена, электроды биморфного пьезо-му входу ключа и первому входу схемы

   элемента подключены к второй клемме клю- совпадени , второй вход которой подсоедича и через последовательно соединенныенен к генератору тактовых импульсов, а

   дифференциатор, компаратор и формирова-выход - к регистратору.