Кварцевый силоизмеритель

(51) 4 С 01 1. 1/16 Г 1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОР кии и к тат измерения гчики к ергия,ч нансные дс. 182,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Лгейкип Д,И, и др.троля и регулирования. М1965, с. 215.Малов В.В. Пьезорезоки. М.: Энергия, 1978,(54) КВЛРЦЕВЫИ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть ис пользовано в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытательных машинах для определения Физико-механических параметров материалов. Для повышения точности и расширения функциональных воэмож-. ностей за счет обеспечения возможности измерения крутящего момента в осевом канале 13 упругого элемента 1 размещена резьбовая стяжка, выполненная в виде упругого стержня 11 с упругой головкой 12 и навинченной на него муфты 14. При приложении силы вдоль оси 00 измерителя частота1колебаний силочувствительных кварцевых резонаторов 4 изменится, что вызовет прирост частоты электрических сигналов транзисторных возбудите12445лей 6,7, выраженный на индикаторах в единицах силы. При приложениик резьбовой муфте 14 крутящего момента прирост частоты колебанпй резо" цаторов 4 изменяется прямо пропо 13ционально величине действующегомомента. Термостабилирующийблок 15обеспечивает постоянство температуры внутри устройства, 1 з,п.ф-лы,2 ил.Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения силы в установках непрерывного или дискретного взвешивания, а также в испытатель. ных магцинах для определения физико-механических параметров материалов.Цель изобретения " повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности ггэмерРния крутящего моменга.П фиг. 1 изображена фуцкцпональцая схема предлагаемого кварцевого сцлоиэмерителя; на Фиг 2 - электрическая схема.Кварцевьцг силоизмеритЕль содержит упругий элемент 1 с фланцами 2 и 3, сплочувствительные кварцевые резонаторы 4, электроды 5 которых подклю" чены к соответствующим транзисторным возбудителям 6 и 7, реактивные корректоры 8 и 9, подключенные к электродам 5 соответствующих силочувствительных кварцевых резонаторов 4, герметизирующий кожух 10, установлен" ный между Фланцами 2 и 3, упругого элемента 1, упругий резьбовой стержень 11 с упорной головкой 12, введенный внутрь осевого канала 3, выполненного в упругом элементе 1,резьбовая муфта 14, цавинченная на упругий резьбовой стержень 11 и поджатая к Фланцу 2 упругого элемента 1, термостабилизирующий блок 15, включающий в себя последовательно соединенные датчик температуры, регулятор и нагреватель, источник 16. тока и индикаторы 17 и 8, подключенные к выходам соответствующих транзисторных возбудителей 6 и 7. Реактивные корректоры 8 и 9 включают в себя последовательно соединенные переменные конденсаторы 19 и 20, и переменные резисторы 21 и 22.Приэтом реактивные корректоры 8 и 9,возбудители 6 и 7 и термостабилизирующий блок 15 размещены внутри по алости 23, выполненной в упругом резьбовом стержне 11, упорцая головка12 которого поджата к Фланцу 3 упругого элемента 1, выполненного из упругого материала, например из ковара, О,теглпературный коэффициент расширениякоторого близок к соответствующемутемпературному коэффициенту силочувсгвительцых кварцевых резонаторов 4.Резьбовая муфта 14 сггабжеца ггатяжггыгл 15 рычагом 24 и связана с подпружиненным Фиксатором 25.Кварцевый сплоизмеритель работает следующим образом.В исходном положении резьбовая Ю муфта 14 ослаблена, на транзисторныевозбудители 6 и 7 от источника 16тока подано питающее напряжение и всилочувствительных кварцевых резонаторах 4 возбужденыпьезоэлектричес кие колебания, частота которых соответствует исходному значению.С помощью переменного конденсатора 19 реактивного корректора 8 устраняют разницу частот пьезоэлектрических колеба- ЗС ций,добиваясь равенстваобеих частот,т.е.0 ИСХ О ИСХДалее поворотом резьбовой муфты14 посредством натяжного рычага 25 производят механическое сжатие упругого резьбового стержня 11, а следовательно и упругого элемента 1,который йередает механическое усилие на силочувствительцые кварцевые резопаторы 4. Поскольку жесткость сиггочувствительных крарцевых резонаторов 4 существенно выше (более трех порядков), чем у упругих резьбового1244513 стержня 11 и элемента 1, то последние деформируются в пределах упругой деформации, а силочувствительные кварцевые резонаторы 4 подвергаются только механическому напряжению приводящему согласно силочастотному эффекту к прямо пропорциональному изменению частоты пьезоэлектрических колебаний.При достижении заданного значения пьезоэлектрических колебаний, при котором резонаторы действует растягивающеелеханическое усилие, которое вызывает уменьшение прироста частоты пьезоэлектрических колебаний и на индикаторах 17 и 18 индицируется (сознаком минус) величина растягивающейсилы,Поскольку силочувствительныйкварцевый резонатор 4 является ли нейным преобразователем силы, изменение прироста частоты имеет прямопропорциональную зависимость 1 КСК 1 иСХ где Г - частота пьезоэлектрических колебаний верхнего (фиг. 1) силочувствительного кварцевого резонато- где ьй - пРиРост частоты пьезоэлекра 4; Г - частота пьеэоэлектри- трических колебаний при действиических,колебаний нижнего (фиг. 1) сжимающей силы;силочувствительного резонатора,квар-, . К 1 - силочастотньпЪ коэффициентцевый силоизмеритель готов:с работе, (коэффициент Ратайского);Предварительное механическое натя - величина сжимающего (расжение необходимо для устранения люф- тягиващего);тов и перекосов в конструкции. 250 - геометрический коэффициентПредлагаемьп кварцевьп 1 силоизме- (площадь поперечного сечения силоритель позволяет измерять растягива- чувствительного кварцевого реэонатОющие или сжимающие силы, действу- Ра 4)11ющие Вдоль оси 00 измерителя; из- и - номер гармоники силочувстгибающие усилия действующиепоперек30вительного кварцевого резонатора 41оси 00 измерителя на Фланец 2 при - коэффициент заделки силозаделке фланца 3; крутящий момент, чувствительного кварцевого резонатоприлегаемый к реэьбовой муфте 14 и ра 4.обеспечивающий ее поворот относитель- При приложении силы в направлениино оси 00 измерителя.перпендикулярно оси 00 измеритеПри приложении силы в направлении 5 ля (на стрелке а) верхний силочувст 35оси 00 измерителя сжимающей упру- вительный кварцевый резонатор 4 подгий элемент 1, оба силочувствитель- вергается растягивающему усилию,аных кварцевых резонатора 4 подверга- нижний - сжимающему, в результатеются сжимающему механическому воздей чего с веРхнего силочувствительногоствию , вследствие чего частота пье- кварцевого резонатора 4 через тран 40зоэлектрических колебаний в них уве-зисторньпк возбудитель 6 на индикаторличится прямо пропорционально вели подается электрический сигнал,причине сжимающего механического напря- Рост частоты которого уменьшен, а сжения и с каждого транзисторного нижнего силочувствительного кварцевозбудителя 6 и 7 на соответствующий вого резонатора 4 через соответству 45индикатор 17 и 18 подаются электри- ющий транзисторный возбудитель 7 наческие сигналы, значение приростаиндикатор 18 подается электрическийчастоты которых, выраженного на ин- сигнал, пРиРост частоты которого Уведикаторах 17 и 18 в единицах силы, личен от исходного значения. Присоответствуют значению приложенной " этом о величине изгибающей силы су 50силы, при этом на обоих индикаторах дят по Разности показаний индикато-,17 и 18 показания одинаковы (режим ров 17 и 18,двухканального измерения силы).При приложении к резьбовой втулке 14 крутящего момента М в напПри изменении направления дейст Равлении вращения вокруг оси 00вия жилы на противоположное, т,е. силоизмерителя по часовой стрелкеЪпри приложении растягивающей силы, (при заделке фланца 3) упругий элена силочувствительные кварцевые мент 1 сжимается, вызывая сжимающее12445 1гмо иск3 и4 10 20 Составитель А.Амаханода Техред В.Кадар едактор Ю,С аказ 3906/4 рректор В.Бутяга ЕЕодписноественного комитета СССРзобретенпй и открытийЖ, Раушская наб., д 4/5 Тираж 77 ВНИЕЕЕ 1 И Госуд по делам 113035, Москв11 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у ектная 5воздействие на силочувствительные кварцевые резонаторы 4, приррст час- тоты пьезоэлектрических колебаний, в которых изменяется прямо прапор" циональпо величине действующего мо- мента где ьГ - прирост частоты пьезоэлек.етрических колебаний от действия момента; 15К- коэффициент пропорциональ" ности;М - крутящий момент.При Изменении направления действия момента на противоположное, величина ипдицируемая на индикаторах 17 и 18, соответствует величине измеряемого момента, но с противоположным знаком.11 ри изменении исходного значения частоты, например, от действия стоения подстройка может быть осуществлена с помощью реактивных корректоров 8 и 9 или резьбовой муфты 14.При работе силоизмерителя в усло- ЗО виях изменяющегося внешнего тепловов. го действия термостабилизпрующий блок 15 обеспечивает постояннство температуры внутри измерителя с минимальными энергетическими потеря- З ми. 13 6Формула изобретения1. Кварцевый силоизмеритйль, содержащий упругий элемент с фланцамипо концам, силочувствительные кварцевые резонаторы, установленные междуфланцами упругого элемента, и транзисторные возбудители, подключенныек электродам силочувствительных кварцевых резонаторов, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обес-.чения возможности измерения крутящего момента, в него введена упругаярезьбовая стяжка, выполненная в виде упругого резьбового стержня супорной головкой и резьбовой муфты,навинченной на резьбовой стержень,размещенный в осевом канале, выполненном в упругом элементе и фланцах,к одному из которых поджата упорнаяголовка резьбового стержня, а к другому - резьбовая мудп а,2, Силонзмеритель по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, в него введены герметизируюшпйкожух, установлепный между фланцамиупругого элемента, и термостабилнзирующий блок, включающий в себя пос"ледовательно соединенные датчик температуры, регулятор и -нагреватель,причем в упругом резьбовом стержневыполнена осевая полость в которойразмещены транзисторные возбудителии термостабилизирующий блок.1