SU1642962A3 - Пьезочастотный датчик силы - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к прибо- ростроению и может быть использова- но дл  измерени  усили  или массы. Целью изобретени   вл етс  повыше- ние функциональных возможностей за счет обеспечени  выполнени  градуировки . Цель достигаетс  тем, что в датчике силы, содержащем силоввод - щий элемент 6 и основание 2, между которыми установлены жестко пьезо- элементы 10, силоввод щий элемент 6 7 12 доз дуй и- тель Т и основание 2 калиброваны по массе, пьезоэлементы 10 калиброваны по се и геометрическим размерам. Метро логическа  проверка может быть про ведена путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силоввод щим элементом 6, а затем вверх основанием 2 и фикса- цией частотного выходного сигнала, снимаемого с возбудителей 12, подключенных к электродам 11 пьезоэле- ментов 10. Дл  сн ти  нагрузочной характеристики также примен ютс  образцовые гири, используемые затем дл  передачи измер емого усили  на датчик силы и устанавливающиес  в сферические углублени  9 и 5 сило- ввод щего элемента 6 и основани  2. Силоввод щие элементы 6 и основани  2 имеют подгоночные полости 8 и 4 соответственно. 3 sin. ф-лы, 2 ил. (Л о 4 К СО о к см | Фие.1

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано дл  прецизионного преобразовани  усили  или массы в частоту электри- ческого сигнала

Цель изобретени  - повышение функциональных возможностей за счет обеспечени  выполнени  градуировки.

На представлена функцио- нальна  схема датчика; на - набор образцовых гирь

Датчик содержит опору 1, на которой установлено основание - образцова  гир  2 с пазами 3, подгоночной полостью 4 и сферическим углублением 5 Между основанием образцовой гирей 2 и силоввод щим элементом - образцовой гирей 6 с пазами 7, под- гоночной полостью 8, сферическим углублением 9 установлены в пазах 3 и 7 пьезоэлементы 10 с электродами 11, подключенными к возбудител м 12 Пьезоэлементы 10 имеют подэлектрЬд- ные зоны чувствительности 13 и без- электродные части 14 Сигналы с вы хода возбудителей 12 подключаютс  на вход сумматора (не показан), выходной сигнал которого равен сумме частотных сигналов,  вл кщейс  мерой измерен но го усили 

На представлены сферические образцовые-гири 15-19 (нагружающие элементы) - набор сферических образцовых

Пьезоэлементы 10 () закрепл ютс  неподвижно (неподвижное соединение ) в пазах 3 основани  - образцовой гири 2 посредством безэлектродных частей 14 Закрепление пьезоэлементов 10 может быть как разъемным, так и неразъемным (на показано неразъемное соединение пьезоэлемен- тов 10. с основанием - образцовой гирей 2 и силоввод щим элементом - образцовой гирей 6). Пьезочастотный датчик силы может быть установлен на опоре 1 как основанием - образцовой гирей 2, так и силоввод щим элементом образцовой гирей . 6.

Нагрузка сферическими образцовыми гир ми 15-19 () производитс  по средством установки в сферическое углубление 5 или 9 одной из указанных образцовых гирь 15-19

В дальнейшем при работе через тановленную в сферическое углубление 5 или 9 одной сферической образцо

1

10

15

20

25

642962ч

вой гири 15-19 производитс  нагруже- ние пьезочастотного датчика силы. Передача нагрузки может осуществл тьс  - , также посредством двух сферических образцовых гирь 15-19 (по выбору), вставл емых в сферические углублени  5 и 9 Полржение пьезочастотного датчика силы может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным относительно направлени  местной вертикали.

Основание - образцова  гир  2, силоввод щий элемент - образцова  гир  6 и сферические образцовые гири 15-19 могут быть изготовлены, например , из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса (немагнитной) по ГОСТ 5632-72. Пьезоэлементы 10 могут быть изготовлены, например, из ис- куственного пьезоэлектрического кварца Возбудители 12 могут быть собраны , например, на микросхеме ЛАЗ 155 серии (К 155-ЛАЗ).

До сборки пьезочастотного датчика силы производ т метрологическое измет рение массы основани  - образцовой гири 2, силоввод щего элемента - образцовой гири 6, сферических образцовых гирь 15-19 и пьезоэлементов 10, а также соответствующее измерение геометрических параметров (длины, ширины, толщины) пьезоэлементов 10.

После выполнени  указанных измерений на все элементы (кроме пьезоэлементов 10) став т клеймо с указанием массы, например, 50 г Точна  подгонка массы производитс  посредством добавлени  или сн ти  материала , заключенного в подгоночной полос- .ти 4,8, или нанесением (сн тием) сло  внешнего покрыти  (у сферических образцовых гирь 15-19). У пьезоэлементов 10 подгонка массы производитс  нанесением или сн тием покрыти  выводов электродов 11. Данные метрологической аттестации (измерени ) на пьезоэлементы 10 и другие элементы занос тс  в паспорт издели .

До установки пьезоэлементов 10 в пьезочастотный датчик силы возбуждают эти пьеэоэлементы (по одному) в свободном ненагруженном состо нии с помощью возбудител  12, подключенного к электродам 11 Электропитание на возбудитель 12 подают от блока питани  (не показан). Частоту пьезою электрических колебаний ненагружен- ных пьезоэлементов 10 можно прове-

30

35

40

45

50

55

рить также в смонтированном пьеэо- частотном датчике силы, дл  чего в пазах 3 основани  - образцовой гири 2 и пазах 7 сило ввод щего элемента -t образцовой гири 6 укрепл ютс  (с возможностью разборки или монолитно) пьезоэлементы 10, а сам датчик располагаетс  на опоре горизонтально (относительно главных граней пьезо- элементов 10)„

Частота пьезоэлектрических колеба- ний каждого пьезоэлемента 10 измер - етс , например, с помощью измерител  частоты Затем на горизонтальной опоре устанавливают датчик силы в вертикальное положение (относительно главных граней пьезоэлементов 10) и провер ют нагрузочную характеристику датчика представл ющую собой пр мую так как пьезочастотный датчик  вл етс  линейным преобразователем (по двум точкам путем установки датчика на горизонтальную поверхность сначала вверх силоввод щим элементом, затем вверх основанием (фиксиру  при этом отклонение частоты), так как калиброванна  масса основани  отличаетс  от калиброванной массы силоввод - щего элемента на установленную калиброванную величину (например, масса основани  равна 0,2 кг, масса силоввод щего элемента - О,I кг в одном из вариантов).

Метрологическа  проверка может быть проведена без использовани  специализированной метрологической аппаратуры и оборудовани  (нагрузочных стендов, образцовых гирь, специальной оснастки и пр), благодар  чему врем  первичного контрол  существенно сокращаетс . Кроме того, метрологическа  проверка может быть произведена как при действии усили  сжати , так и при действии усили  раст жени  Дл  этого достаточно подн ть рукой (или подвесить) датчик сначала вверх силоввод щим элементом, затем вверх основанием, фиксиру  при этом отклонение частоты, при этом на пьезоэлементы будет действовать усилие, пропорциональное массе основани  или массе силоввод щего элемента и половине массы самих пьезоэлементов (при симметричной конструкции пьезоэле- ментов).

Сферические образцовые гири 15-19 используютс  дл  сн ти  нагрузочнрй

характеристики на начальном участке и дл  работы пьезочастотного датчика силы в устройствах измерени  силы или массы Дл  сн ти  нагрузочной ха- рактеристики каждую сферическую образцовую гирю 15-19 (сначала по возрастанию массы, а затем в противоположном направлении) устанавливают в

сферическое углубление 5 или 9 пьеэо- частотного датчика силы и измер ют величину частоты выходного сигнала По сн тым показател м стро т нагрузочную характеристику, из которой

5 определ ют необходимые параметры

(чувствительность, линейность, нестабильность , повтор емость, гистере- зис и др)

Датчик устанавливают в устройство

0 дл  измерени  силы (массы) Выбирают одну из сферических образцовых гирь 15-19, устанавливают ее в сферическое углубление 5 или 9, основание - образцовую гирю 2 укрепл ют, напри-

5 мер, на корпусе. Через сферическую образцовую гирю 15-19 нагружают пьезочастотный датчик силы, а с выхода возбудител  12 снимают (например, на измеритель частоты) электрические

0 сигналы, частота которых измен етс  пр мо пропорционально приложенной нагрузке

В силоввод щем элементе - образцовой гире бив основании - образцовой гире 2 имеютс  подгоночные полости , которые служат дл  точной подгонки массы этих метрологических элементов путем добавлени  или сн ти  некоторого количества материала, помещенного в указанные полости

Благодар  выполнению силоввод щего элемента и основани  в виде образцовых гирь с пазами и подгоночными полост ми обеспечиваетс  совмещение их крепежных и метрологических функции , а выполнение в них сферических углублений и снабжение устройства сферическими образцовыми гир ми (набором ) дает возможность сн ти  некоторых основных параметров устройства Сферические элементы, выполненные в виде образцовых гирь, используютс  также дл  передачи усили  через них на пьезочастотный датчик силы в составе устройства измерени  силы или массы

Claims (3)

1. Пьезочастотный датчик силы,- содержащий нагружающий элемент, пье- зоэлементы, имеющие безэлектродные зоны и подэлектродные зоны, покрьг тые электродами, подключенными к возбудител м, силоввод щий элемент и основание, каждый из которых выпол- ней со сферическими углублени ми и пазами, в которых с помощью без- электродных зон неподвижно установлены пьезоэлементы, отлич а ю - щ и и с   тем, что, с целью повыше- ни  функциональных возможностей за счет обеспечени  выполнени  градуи

ровки, силоввод щий элемент и основа- ние выполнены в виде образцовых гкръ калиброванной массы, а пьезоэлементы калиброваны по массе и геометрическим размерам

2.Датчик по-п.1, отличаю- щ и и с   тем, что на наружных част х образцовых гирь выполнены подгоночные полости.

3.Датчик по п.1 и2, о т л и - чающи-йс  тем, что нагружающий элемент выполнен в виде набора калиброванных по массе сменных сферических грузов, установленных в сферических углублени х образцовых гирь.

15 16 17 JB J9

СКК50О

Фиг.г