Датчик силы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1401 0 4 б 01 1 1/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ьскии сектор овательского и ститута ГидроХейфиков во СССРО, 1984.тельство, 1983,и корпусом 1 2 ил 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения силы посредством частотных преобразовательных элементов. Цель изобретения - повышение точности и стабильности. Это достигается введением в датчик эксцентриковой втулки 6, связанной с подвижной опорой 4 и силовоспринимающим элементом 3. Измеряемая сила через эксцентриковую втулку 6 и подвижную опору 4 передается на струйный элемент 2. Кроме того, подвижная опора закреплена в корпусе 1 при помощи упругого шарнира 5, ось которого наклонена под определенным углом к продольной оси силовоспринимающего элемента 3. Для герметизации внутреннего Я объема датчика используется разделитель 7 сред, связанный с эксцентриковой втулкойИзобретение относится к измерительнойтехнике, в частности к области измерениясилы посредством частотных преобразовательных элементов,Цель изобретения - повышение точности и стабильности датчика силы,На фиг. 1 схематически изображена кон, структивная схема предлагаемого датчикасилы; на фиг. 2 - узел крепления силовоспринимающего элемента и подвижной опоры струны к корпусу,Датчик силы содержит герметичный корпус 1, внутри которого размещен струнный преобразовательный элемент 2, силовоспринимающий элемент 3, подвижную опору 4, пластины 5 упругого шарнира, эксцентриковую втулку 6, разделитель 7 сред игайку 8 для фиксации силовоспринимающегоэлемента в опоре. Для возбуждения колебаний струны в корпусе закреплена электромагнитная система 9. Датчик силы работает следующим образом.Входная сила Р. отклоняет силовоспринимающий элемент 3 и подвижную опору 4 струны, прикрепленные пластинами 5 к корпусу, и изменяет начальное натяжение струны Р Механические напряжения струны однозначно определяют частоту ее собственных колебаний. Частота колебаний струны является выходным информативным параметром датчика. Возбуждение и преобра. зование колебаний в электрический сигнал осуществляет электромагнитная система.Работа упругих пластин заключается в следующем. При работе датчика на пластины действуют две силы: Ри - измеряемая сила и Р - сила, воспринимаемая струной. Если привести эти силы в мгновенный центр вращения, расположенный на упругих пластинах, окажется, что равнодействующая этих сил направлена под углом а=Р.нРс= агс 1 д - к продольнои оси разделителя сред, Следовательно, если мы установим пластины под углом а, то пластины в основном будут работать на растяжение, а механические напряжения в них, при одинаковой изгибной жесткости, будут наименьшими по сравнению с любым другим положением из-за отсутствия изгиба. Увеличивать поперечное сечение пластин (для уменьшения растягивающих напряжений) недопустимо, так как в этом случае неизбежно увеличится их изгибная жесткость, доля которойво входной жесткости датчика должна быть в 50 - 100 раз ниже доли продольной жесткости струны, В свою очередь, минимальные напряжения в пластинах позволяют обеспечить практическую неизменность положения мгновенного центра вращения(М,Ц.В) и, следовательно, стабильность кинематических характеристик пластин в течениедлительного времени, а также длительную стабильность метрологических характеристик датчика силы.Рассмотрим работу упругих пластин датчика при изменении внешнего давления (фиг. 2). Назначение пластин упругого шарнира - обеспечить поворот силовоспринимающего элемента и подвижной опоры относительно М.Ц.В. пластин при воздействии Р. Положение М.Ц.В. неизменно и однозначно зависит при небольших углах поворота только от вида нагружения. При изменении внешнего давления Р на силовоспринимающий элемент в направлении его продольной оси действует сила Рв, равная ее произведению на эффективную площадь разделителя сред. Действие Р. может вызвать поворот силовоспринимающего элемента и, следовательно, изменение натяжения струны при неизменной входной величине Р Для анализа влияния Р. на точность дат. чика приводят Рв к точке А (фиг. 2), разлагая Р на две силы Ри Р. При этом на пластины действует момент М,51015 20 М=Рв о; Рх=РВ з 1 па;Ру= Рв сова,где 6 - расстояние от оси разделителя среддо точки прикрепления пластин к по- ротной опоре;а - угол между плоскостью пластинупругого шарнира и осью струнного преобразовательного элемента.Действие Ру вызывает продольную деформацию упругих пластин, для уменьшения которой следует стремиться к уменьшению их длины.Действие М и Р приводит к повороту силовоспринимающего элемента относительно М.Ц.В. в противоположных направлениях. Поэтому поворот силовоспринимающего элемента будет равен нулю, если угол поворота рот действия М будет равен по абсолютному значению углу поворота у от действия Рх т.е.Ч 1 ЧФ т (1)Подставив известные зависимости в уравнение (1), имеют 25 30 35 40 12 М 1 6 Р,1Ев 1 ЕвЬгде 1, Ь и Й - геометрические размеры упругих пластин;Е - модуль упругости.Отсюда 2 Рв 6= Рв 1 з 1 па; 45(2) 50 Следовательно, при значении б, вычис.55 ленном по формуле (2), угол поворота силоизмерительного элемента равен нулю, т.е.чувствительность датчика к изменению внешнего давления близка к нулю, Для регули1401294 ослалюля тавительед И. Верж 847а СССР по35, Раушредприят Со Тех Тир А. Эко с омовКорректГ 1 одпнснизобретенииб., д. 45жгород,л. П ор Л. Патаиое и открытий дела кая н е, г. У оектная, 4 рования о в конструкции датчика предусмотрена эксцентриковая втулка, расположенная между силовоспринимающим элементом и подвижной опорой и позволяющая плавно изменять положение оси разделителя сред относительно М. Ц.В. Начальное значение Ьо задают равным 26. Регулировку эксцентриситета в датчике выполняют следующим образом. Датчик полностью собирают, измеряют частоту колебаний струны Ро при атмосферном давлении, затем во внутреннюю полость разделителя сред, например сильфона, подают избыточное давление и измеряют частоту колебаний струны гл. В том случае, если 15 Г отличается от Ро, поворотом эксцентриковой втулки добиваются того, чтобы Рд сравнялось с Ро, После этого закрепляют эксцентриковую втулку гайкой 8 и датчик готов к градуированию. Редактор А. Козорез Заказ 251839 ВНИИПИ Государственного ко 13035, Москва,Производственно-полиграфичеФормула изобретенияДатчик силы, содержащий корпус, струнный элемент, закрепленный одним концом в корпусе, а другим - на подвижной опоре, кинематически связанной с силовоспринимающим элементом и корпусом, упругий шарнир, а также разделитель сред, связанный с корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в него введена эксцентриковая втулка, связанная с разделителем сред с силовоспринимающим элементом и с подвижной опорой, которая связана с корпусом через упругий шарнир, ось которого направлена под углом я к продольной оси силовоспринимающего элемента, равнымРа = агс 1 д -Рсгде Р - верхний предел измеряемой силы;Рс - максимальное значение силы, воспринимаемой струнным элементом.