SU461322A1

SU461322A1 - Force sensor

Info

Publication number: SU461322A1
Application number: SU1799834A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Михайлович Кузьмичев; Анатолий Григорьевич Решетов
Original assignee: Тольяттинский политехнический институт
Priority date: 1972-06-20
Filing date: 1972-06-20
Publication date: 1975-02-25

Description

(54) ДАТЧИК УСИЛИЙ(54) EFFORTS SENSOR

1one

Изобретение относитс к измерительной технике и может найти применение при измерении усилий и других параметров, преобразованных в силу.The invention relates to a measurement technique and may find application in the measurement of forces and other parameters converted to a force.

Известные кварцевые датчики усилий, содержащие кварцевую пластинку-резонатор, автогенератор и силопередающие элементы, обладают недостаточно высокой точностью из-за несовершенства силопередающих элементов .Known quartz force sensors containing a quartz resonator plate, an auto-oscillator, and force-transmitting elements have insufficient accuracy due to the imperfection of the power-transmitting elements.

Предлагаемый датчик отличаетс от известных тем, что силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой-резонатором.The proposed sensor differs from the known ones in that the transmitting elements are made in the form of quartz rings mechanically connected to a resonator plate.

Это позвол ет увеличить точность измерени усили .This allows an increase in the force measurement accuracy.

На фиг. 1 изображено устройство чувствительного элемента датчика кварцерезонансного частотного измерительного преобразовател ; на фиг. 2 - включение кварцевого резонатора в цепь обратной св зи активного четырехполюсника; на фиг. 3 - пример реализации датчика дл измерени инерционных усилий , т. е. акселерометра.FIG. 1 shows a device for a sensitive element of a quartz-resonant frequency measuring transducer; in fig. 2 - inclusion of a quartz resonator in the feedback circuit of an active quadrupole; in fig. 3 illustrates an example implementation of a sensor for measuring inertial forces, i.e. an accelerometer.

Чувствительный элемент датчика состоит из кварцевого резонатора (дисковой или иной формы) 1 среза AT с электродами 2 и 3, расположенными с двух сторон, и двух элементов 4 и 5 дл передачи механического усили илиThe sensing element of the sensor consists of a quartz resonator (disk or another form) 1 cut AT with electrodes 2 and 3 located on both sides, and two elements 4 and 5 for transmitting mechanical force or

давлени . Преобразуемое воздействие прикладываетс в направлении, совпадающем с направлением других волн, т. е. по толщине резонатора 1.pressure. The effect to be converted is applied in the direction coinciding with the direction of the other waves, i.e., through the thickness of the resonator 1.

Кварцевый резонатор включен в цепь обратной св зи активного четырехполюсника (см. фиг. 2), образую вместе с ним управл емый по частоте автогенератор. Дл устранени гистерезисных влений иThe quartz resonator is included in the feedback circuit of the active quadrupole (see Fig. 2), together with it forming an auto-oscillator controlled in frequency. To eliminate hysteresis effects and

повышени точности преобразовани воздействи в изменение частоты генератора кварцевый резонатор и элементы дл передачи воздействий в месте контакта механически соединены или выполнены в виде единого целогоincrease the accuracy of converting effects to changing the frequency of the generator; the quartz resonator and elements for transmitting effects at the point of contact are mechanically connected or made as a single whole

из монокристалла кварца с ориентацией кристаллографических осей, обеспечивающей при возбуждении по вление упругих высокочастотных сдвиговых колебаний.from a single crystal of quartz with an orientation of the crystallographic axes, which ensures the appearance of elastic high-frequency shear vibrations upon excitation.

Силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой - резонатором, например, вакуумной пайкой или выполненный с ней за одно целое.The transmitting elements are made in the form of quartz rings mechanically connected to a plate - a resonator, for example, by vacuum soldering or made with it in one piece.

На фиг. 2 приведен пример реализации датчика дл измерени инерционных усилий, т. е. акселерометра.FIG. 2 shows an example implementation of a sensor for measuring inertial forces, i.e. an accelerometer.

На диафрагмах 6 и 7 подвешена масса, состо ща из кварцевых колец 8 и 9 и кварцевой пластинки-резонатора 10. На корпусе 11On the diaphragms 6 and 7 a mass is suspended, consisting of quartz rings 8 and 9 and a quartz resonator plate 10. On the case 11

установлена гайка 12 дл создани начальной нагрузки на пластинку-резонатор.a nut 12 is installed to create an initial load on the resonator plate.

Датчик работает следующим образом.The sensor works as follows.

В исходном состо нии управл емый кварцевый автогенератор вырабатывает напр жение высокой частоты, определ емой резонансной частотой «свободного, механически не зажатого кварцевого резонатора. При изменении величины измер емого воздействи вида усили или давлени через элементы, расположенные с двух сторон резонатора, происходит механическое зажатие кварца и изменение его резонансной частоты. Так как кварцевый резонатор определ ет частоту генерируемого автогенератором напр жени , она измен етс по закону изменени во времени приложенного к кварцу воздействи . Полученный первичным кварцерезонансным измерительным преобразователем сигнал высокой частоты подаетс на вторичную преобразующую аппаратуру f на чертеже не показана). Эффекты увеличени точности обеспечиваютс за счет жесткой св зи пластинки-резонатора с силопередающими элементами и «освобождени от усилий центральной активной области кварца.In the initial state, the controlled quartz oscillator generates a high frequency voltage determined by the resonant frequency of a free, mechanically not clamped quartz resonator. When the magnitude of the measured effect of the form of force or pressure varies through elements located on both sides of the resonator, the quartz is mechanically clamped and its resonant frequency changes. Since the quartz resonator determines the frequency of the voltage generated by the autogenerator, it varies according to the law of time variation applied to the quartz effect. The high-frequency signal received by the primary quartz-resonant measuring transducer is fed to the secondary transducer equipment f (not shown). The effects of increasing accuracy are ensured by the rigid coupling of the resonator plate with the force-transmitting elements and the release from the efforts of the central active region of quartz.

Предмет изобретени Subject invention

Датчик усилий, содержащий кварцевую пластинку-резонатор с электродами на противоположных гран х, автогенератор и силопередающие элементы, установленные на противоположных гран х, отличающийс тем, что, с целью увеличени точности измерени усилий, силопередающие элементы выполнены в виде кварцевых колец, соединенных механически с пластинкой-резонатором.A force sensor containing a quartz resonator plate with electrodes on opposite faces, an autogenerator and force-transmitting elements mounted on opposite faces, characterized in that, in order to increase the accuracy of force measurements, the force-transmitting elements are made in the form of quartz rings mechanically connected to the plate resonator.