Датчик силы

СОЮЗ СОВЕТСКИХсОциАлистическихРЕСПУБЛИК ТЕНИЯ ск уп ГОСУОА РСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Одесский политехнический институт (72) В,К.Голованов, А,Ф.Дащенкои С,Т.Сергеев (56) 1. Авторское свидетельство СССР М 559136, кл, О 01 1 110, 1968.2, Авторское свидетельство СССР М 1647294, кл. 6 01 1 1/10, 1989, (54) ДАТЧИК СИЛЫ(57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий. Целью изо Изобсетение относится к силсизмерительной технике и может быть использовано для.точного измерения усилий.Известен датчик, содержащий упругий чувствительный элемент в виде цилиндра с выполненным прямоугольным сквозным пазом и выступом, имеющим два Г-образных кронштейна разной длины, к которым крепятся две струны с магнитной системой возбуждения 1.Принцип работы такого устройства основан на том, что при воздействии измеряемого усилия упругий элемент деформируется так, что одна струна сжимается, а другая растягивается, соответственно увеличивается собственная частота одной струны и уменьшается другой. Разность этих частот пропорциональна измеряемому усилию.Однако струнные чувствительные элементы обладают рядом существенных недостатков; чувствительностью к помехам, действующим как в параллельном, так и перпендикулярном направлениях по отно; Ц 1760385 бретения является увеличение чувствительности и повышение технологичности, Датчик силы содержит три резонатора в виде кольцевых пластин 2,5 и 8, возбуждение и съем сигналов с которых осуществляются с помощью катушек, включенных в схе у автогенераторов 14,15 и 16, При этом выходы генераторов включены на вход двух смесителей 11 и 12, выходы которых подключены к входу третьего смесителя 13, Выходной сигнал последнегс является мерой измеряемого усилия, приложенного к упругому элементу 10, на котором закреплень, указанные выше резонаторы. 2 ил. шению к оси струны, невысокой стабильностью показаний, температурной нестабильностью.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности решению является устройство 21, в которой резонаторы выпол нены в виде четырех соосных цилиндриче- (; их оболочек за одно целое с кольцевым ) ругим элементом.Принцип работы такого датчика за- р ключается в том, что под воздействием приложенного усилия упругии элемент деформируется так, что верхние цилиндрические оболочки сжимаются, а нижние растягиваются, .Пропорционально их дефсрмац меняется собственная частота колебании этих оболочек,Недостатком прототипа является трудоемкость изготовления упругого элемента в связи со сложностью его конфигурации и монтажа электромагнитов съема и возбуждения колебаний, расположенных внутри силовводящей оболочки меньшего дигметра, Также следует отметить, что резонаторы, выполненные в виде цллиндрическихоболочек, обладают повышенной жесткостью, что приводит к снижению точностиизмерения, 5Кроме того, в резонаторе из-за длскретного расположения электромагнитов в окружном направлении возбуждаютсяколебания оболочек неосесимметричнойформы в то время, как они испытывают осесимметричную деформаци.о, что также снижает чувствительность резонаторов,Целью изобретения является увеличение чувствительности дэт ика и повышениетехнологичности его изготовления, 15Цель достигается тем, что резонаторывыполнены в виде кольцевых пластин, двеиз которых расположены симметрично относительно третьей, которая закреплена всрединной плоскости кольцевого упругого 20элемента, при этом все аеектромагниты сьема и возбукдения колебаний выполнены взиде катушек и расположены соосно упругому элементу, а выход третьего генератораподключен к,вторым входам первого и второго смесителей,Существенными отличиями в предлагаемом техническом решенил является выполнение резонаторов в виде трехкольцевых пластин, две из которых симметрично расположены относительно третьей,которая не подвержена деформэцил и слу;кит температурным стабилизатором выходкого слгнэг,а датчика. Зто позволяет поновому расположить электромагниты сьема 35и возбукдения колебаний, т.е. так, чтобыось симметрии совпадала с осью симметрииупругого элемента, Такое расположениеобеспечивает Возбундение осесимметричных колебаний резонаторов, что в конечном 40счете. павы шает их чувствител ьн ость, а следовательно, и точность измерения усилий. Осевое сечение упругого элемента с частотно-Оаэностным Выходным сигналом и 45его электрическая схемаприведены соответственно на фиг,1 и 2. Датчик силы (фиг.1) содеркит резонаторы 2,5,8, выполненныев виде кольцевых пластин за одно целое супругой кольцевой пластиной 10, Нэ этой ке 50фигуре показан один из возмокных вариантов расположения электромагнитов сьема1, 6, 7 и возбуждения колебаний 3, 4, 9, Нафиг, 2 представлена электрическая схемасоединения электромагнитов 1, 3; 4, 6, 7, 9, 55трех частотно-разностных смесителей 11,12, 13 и трех дифференциальных электронных усилителей-ограничителей 14, 15, 16,Генераторы 17, 18, 19 колебаний покэзань:на фиг, 2 пунктиром,Датчик силы работает следующим образом,Под действием осевого усилия Р упругий элемент деформируется так, что упругая кольцевая пластина 10 изгибается, деформируя резонаторы 5 и 2, при этом их собственная частота колебаний изменяется: у резонатора 2 уменьшается, а у резонатора 5 увеличивается, причем зти изменения пропорциональны измеряемому усилию, Резонатор 8 не деформируется, так как он расположен в срединной плоскости кольцевой пластины, и частота его сооственных колебаний поэтому не изменяется. Генераторы 17, 18 и 19 возбуждают колебания в кольцевых пластинах 2.5,8 с частотами Г 2, Гз и Р 1 соответственно, и при помощи обратной связи с этих пластин снимаются колебания этими же генераторами. При этом в кольцевой плэсгине 2 возбуждаются колебания меньшей частоты, 1 в кольцевой пластине 5 - большей по сравнению с частотой колебаний кольцевой пластины 8.С помощью смесителей 11 и 2 вычитаются частоты Р 1-Р 2 и Ез-Рь Так как геометрические размеры кольцевых пластин 2 и 5 одинаковьь то величина их деформаций одинакова и противоположна по знаку, Гозтсму приращение частоты одинаково на выходе смесителей 11 и 12. Температурная стабилизация осуществляется за счет резонатора 6, частота которого не зависит от измсряемого усилия, а зависит только от температуры. Следовательнс, погрешность, связанная с изменением температурь при измерения;, усилий, будет исключена.Формула изобретения Датчлк силы, содержащий упругий зле. мент а виде кольцевой пластины и В;полненные за одно целое с ним три резонатора, каждый с электромагнитами сьемэ и воз" буждения колебаний, Включенными Б соот" ветстеу 1 ощие схемы трех генераторов когебаний и три смесителя, при этом выходы первых двух генераторов подклочены к первым входам первого и второго смес. те. лей, выходь котооых соединены с входами третьего смесителя, о т л и ч а о ц и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительно сти и повышения технологичности. резонаторы выполнены в виде кольцевых пластлн, две из которых расположены симметрично относительно третьей, которая закреглена в срединной плоскости кольцевого упругого элемента, при этом все электромагниты саема и возбуждения колебаний выполнены в виде катушек и расположены соосно упругому элементу, а выход третьего генератора подключен к вторым входам первого и второго смесителей.17 б 0385 9 ив. 2оставитель В,Голованоехред М Моргентал Корректор М.йарош оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Заказ 3180 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, МосПодписноета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР