Устройство для измерения усилия

(9) (И 3(50 С 011/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / К АВТОРСКОВЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 531.781(088,8)(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЯ, содержащее плоскую пьезопластину со встречно-штыревыми преобразователями, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительности, в него введены втораяплоская пьезопластина со встречноштыревыми преобразователями, фиксатор и клиновидная пьезопластина свыпуклыми рабочими поверхностями спеременными радиусом и двумя встречно-,штыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочих поверхностях, приэтом клиновидная пьезопластина консольно закреплена между двумя плоскими пьезопластинами с образованиемакустического контакта между нимитак, что встречно-штыревые преобразователи на.плоских пьеэопластинах расположены со стороны клиновидной пьезопластины, а свободные концы плоских пьеэопластин соединеныфиксатором,Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а болееконкретно к измерению усилий с помощью поверхностных акустическихволн, и может быть использовано дляизмерений усилий в различных областях техники,Известны ультразвуковые устройствадля измерений усилий по контролюдругих постоянных материалов, основанные на измерении распространения акустических волн 1,Недостатком таких устройств является низкая точность измеренийусилий, так как модули упругости и 5сдвига измеряют с помощью обычныхэходефектоскопов, погрешность измерений которых составляет 2-37Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения 20усилия, содержащее плоскую пьеэоплас.тину со встречно-штыревыми преобразователями, Принцип действия известного устройства основан на измерении скорости распространения поверх- дностных акустических волн от приращений модуля упругости под воздействием внешних усилий 2Недостатком известного устройства является низкая чувствительностьпри нешироком диапазоне измеряемыхусилий.Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повышение чувствительности,Цель достигается тем, что в устройство для измерения усилия, содержащее плоскую пьезопластину совстречно-штыревыми преобразователями,введены вторая плоская пьезопластина со встречно-штыревыми преобра Озователями, фиксатор и клиновиднаяпьезопластина с выпуклыми рабочимиповерхностями с переменным радиусоми двумя встречно-штыревыми преобразователями, закрепленными на ее вершине на противоположных рабочихповерхностях, при этом клиновиднаяпьезопластина консольно закрепленамежду двумя плоскими пьезопластинаиис образованием акустического контакта между ними так, что встречноштыревые преобразователи на плоскихпьезопластинах расположены со стороны клиновидной пьезопластины, асвободные концы плоских пьезопластин соединены фиксатором.На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит клиновиднуюпьеэопластину 1 с выпуклыми рабочими поверхностями 2 и 3, излучающиевстречно-штыревые преобразователи 4и 5, плоские пьеэопластины 6 и 7 свстречно-штыревыми преобразователями 8, фиксатор 9,В основании клиновидной пьеэопластины 1 закреплены концы плоскихпьезопластин 6 и 7, На клиновиднойпьеэопластине 1 с выпуклыми поверхностями 2 и 3 закреплены в ее вершине встречно-штыревые преобразователи 4, 5, а концы плоских пьеэопластин 6 и 7 закреплены на основаниях клиновидной пьезодластины 1,образуя между собой акустическиеконтакты. Встречно-штыревые преобразователи 8 расположены на противоположных концах пьеэопластин 6 и 7,которые закреплены между собой фиксатором 9,Устройство работает следующим образом,Встречно-штыревые преобразователи 4 и 5 формируют поверхностнуюакустическую волну, которая распространяется по выпуклым поверхностям2 и 3 клиновидной пьезопластины 1и переходит на поверхность плоскихпьеэопластин 6 и 7 в местах акустического контакта клиновидной иплоских пьеэопластин, Встречно-штыревые преобразователи 8 находятся взоне распространения поверхностныхакустических волн и преобразуют акустические сигналы в электрические.В исходном состоянии время распространения поверхностных акустических волн от преобразователей 4 и 5 допреобразователей 8. выбирается одинаковым, что о 5 условлено начальным креплением пьезопластин,Фиксатор 9 стягивает торцы плоских пьезопластин 6 и 7, в результатечего уменьшается длина акустическихканалов между преобразователями 4-8и 5-8, например, на половину рабочего хода от воздействия внешнего усилия на фиксатор,Это дает возможность использоватьдифференциальное включение акустических каналов 4-8 и 5-8 и исключитьвлияние температуры на точность измерения. При воздействии внешнего усилия на фиксатор 9 длина акустического канала 4-8, например, уменьшается,3 1126822а канала 5-8 увеличивается эа счетизгиба плоских пьезопластин 6 и 7относительно поверхностей 2 и 3,что приводит к изменению величинэлектрических сигналов на встречноштыревых преобразователях 8 пьезопластин 6 и 7.По изменению электрических сигналов судят о величине внешних усилий, приложенных к фиксатору 9,Использование дифференциальноговключения акустических каналов спеременной длиной и временем распространения поверхностных акустических волн позволяет расширить рабочий диапазон измерения усилий и увеличить чувствительность.Акустический контакт между клиновидной пьезопластиной и плоскимипьеэопластинами осуществляется засчет их взаимного соединения. Дляисключения попадания пыли на рабочие поверхности пьеэопластин устройство размещено в защитном корпусе (не показан),Выпуклые поверхности клиновиднойпьезопластины образованы радиусом,величина которого увеличивается приего движении к вершине пьезопластины и может составлять, например, отношение 1:100, .что приводит кбольшим смещениям акустического контакта между поверхностями 2 и 3 иувеличивает чувствительность при широком диапазоне измеряемых усилийпри смещении фиксаторг под действием внешней силы,Применение устройства для измерения усилий в народном хозяйстве по сравнению с базовым объектом дает возможность увеличить чувствитЕльность и рабочий диапазон более чем в десять раз. Тираж 822 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5