Устройство для измерения усилий

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 16 4(511 С 01 ИЕ И РЕТЕНИЯ И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н ДВтО 1 СНОМГ СВЕТЕЛЬСтВ(72) П,И;Госьков и- В,Н.Седолищев (71) Алтайский политехнический институт им, И,И.Ползунова (53) 531.781(088,8)(56) 1, Авторское свидетельство СССР У 501305, кл. С 01 Ь 1/16, 1974.2. Авторское свидетельство СССР У 143585, кл, С 01 Ь 9/08, 13,02, 60 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее два акустических связанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу 801164562 и содержащих общую обкладку и поодной наружной обкладке, генератор,подключенный к обкладкам первогопьезоэлемента,и измерительный прибор, отличающеесятем, что, с целью повышения точности путем уменьшения влияния внешнихусловий, в него введен блок сравненияа первый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположеннойна стороне наружной обкладки иэлектрически изолированной от нее,при этом вход блока сравнения подключен к обкладкам второго пьезоэлемента и дополнительной обкладкепервого пьезоэлемента, а выход - к 3измерительному прибору.. 11 г КФ Изобретение относится к силоиэмерительнай технике и может быть использовано для измерения давлений, .механических усилий в различныхотраслях промышленности.Известно устройство для измерения усилий, содержащее пьезоэлектрический преобразователь, возбуждаемый от генератора электрическихколебаний и измерительный прибор,подключенный к обкладкам пьезоэлектрического преобразователя.Недостатком данного устройстваявляется низкая точность измерений,обусловленная нестабильностью акустических потерь преобразователя иизменением его механической добротности при изменении температуры окружающей среды,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяустройство для измерения усилий,содержащее два акустических связанныхпьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и .по одной наружнойобкладке, генератор, подключенный кобкладкам первого пьезоэлемента,и измерительный прибор2 1,Однако известное устройство непозволяет избавиться от погрешностейвызываемых нестабильностью акустических потерь температуры окружающейсреды, параметров возбущцающего ге -нератора.Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения влияния внешних условий,Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения усилий, содержащее два акустическихсвязанных пьезоэлемента, расположенных параллельно друг другу и содержащих общую обкладку и по одной наружной обкладке, генератор,подключенный к обкладкам первогопьезоэлемента, и измерительный прибор, введен блок сравнения, а пер- .вый пьезоэлемент снабжен дополнительной обкладкой, расположеннойна стороне наружной обкладки и электрически изолированной от нее, приэтом вход блока сравнения подключенк обкладкам второго пьезоэлементаи дополнительной обкладке первогопьезоэлемента, а выход - к измерительному прибору,На фиг. представлена схема устройства; на фиг,2 - его характеристики,Устройство состоит из генератора1 электрических колебаний, двух пьезоэлементов 2 и 3, соединенных между собой через заземленную прокладку4, измерительного прибора 5, подключенного к преобразователю усилийчерез блок деления сигналов 6. Усилие прикладывается в узлы колебанийчерез силопередающие элементы в форме конусов 7. Пьезоэлемент 2 имеетобкладку возбуждения 8, подключеннуюк выходу генератора 1, и дополнительную обкладку 9, подключенную к одному из входов блока деления сигналовб. Обкладка 10 пьезоэлемента 3 подключена к второму входу блока деления сигналов 6.Устройство работает следующим образом,От генератора 1 осуществляетсявозбуждение преобразователя в режиме автоколебаний со стороны первого пьезоэлемента. Величины выходныхнапряжений с дополнительной обкладки 9 первого пьезоэлемента У иобкладки 1 О второго пьезоэлементаУ можно представить формулами: 12 вхг 3 1 где- величина входного напряжевхния;К - коэффициент трансформации пьезоэлемента, пропорциональный механической добротности преобразователя;Кг - коэффициент пропорциональности, характеризующий изменение входного импеданса преобразователя под действием измеряемого усилия;К 5 - коэффициент пропорционапьнасти, характеризующий акустические потери преобразователя;К - коэффициент акустической связи колеблющихся масс резонаторов.Производя деление Ц, и 2, полу - чаем т.е. величина, пропорциональная отношению выходных напряжений с первого и с второго пьезоэлементов,где Аи А е п р п о щ)+Ь 2 ш 1 35 зависит только от степени акустической связи пьезоэлементов.Известно, что отношение амплитудколебаний резонаторов на частоте синфазных колебаний можно представить формулой: амплитуды колебаний первого и второго пье 5 зоэлементов;эквивалентные массы пер. ного и второго пьезоэлементов;коэффициент связаннос - у 1 тиФкоэффициент инерционно- упругой связи;парциальные частоты первого и второго 25 пьезоэлементов. Так как напряжение Ма обкладке пьезоэлемента пропорционально амплитуде механического колебания (2),Ъф 30 то величину- можно представитьБв таком виде: 4При и Ф и величина -1 иО2 "гзависит от значения коэффициентасвязанности.В предложенном устройстве использовались пьезоэлементы с парциальными частотами, отличающимися на -37и Й,Под действием измеряемого усилияпроисходит уменьшение коэффициентаинерционно-упругой связи за счет увеличения жесткости преобразователя иуменьшения колебательной скоростиэлемента связи. В результате этогокоэффициент связанности уменьшается,а величина ввозрастает в ф нк"гУции приложенного к преобразователюусилия.Таким образом, величина -- , про 2порциональная отношению амплитуд выходных напряжений с первого и совторого пьезоэлементов, не зависитот акустических потерь, от изменения температуры окружающей среды, параметров возбуждающего генератора ипрактически линейно зависит от величины измеряемого усилия.Предлагаемое устройство позволяетзначительно повысить точность измерения, повышается также температурнаяи временная стабильность показаний,отпадает необходимость в стабилизации выходных параметров возбуждающего генератора, упрощается конструкция силопередающего узла датчикаусилий,,по делам иэобрете 113035, Москва, Ж,Подписное комитета СССР и открытий ушская наб д, 4/