Устройство для измерения усилий

(51 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Одесский политехнический институт (72) Р.Г.Джагупов, З.Вакаф, Х.А.Джалаб и Д.Р.Ахмед(56) Авторское свидетельство СССР .М 1247692, кл. 6 01 1 1/16, 1986.Авторское свидетельство СССР ЬВ 466412, кл; 6 01 1. 1/16, 1973,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство снабжено третьим электродом Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет контролировать работоспособность пьезокерамического датчика.Известно устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент, закрепленный в корпус, два пьезоэлемента с электродами, установленными по разные стороны от упругого элемента. Первый пьезоэлемент снабжен двумя электродами; К одному из них подключен генератор, а ко второму подключен измерительный прибор, терморезистор, соединенный с электродами второго пьезоэлемента.Недостатком этого устройства является то, что его конструкция не позволяет проводить диагностику работоспособности датчика в процессе измерения. 6, расположенным на пьезоэлементе 3 вместе с вторым электродом 5, подключенным к генератору 8, возбуждающему колебания в этом пьезоэлементе. Пьезоэлементы 3, 4 укреплены на упругом элементе 2 с двух сторон от него. Электрод 7 пьезоэлемента 4 . присоединен через переключатель 21 к измерительному прибору 9, выходной сигнал которого пропорционален измеряемому усилию, приложенному к пьезоэлементу 2.Электрод 6 подключен через переключатель 22 к электроду 7 и входу коммутатора 25, два выхода которого соединены через пиковые детекторы 27, 28 с входом дифференциального усилителя 29. Выход усилителя 29 связан с индикатором 30, фиксирующим наличие дефектов в пьезоэлементах. 2 ил,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству являетсяустройство для измерения усилий и давле. ний, содержащее упругий элемент, закрепленный в корпусе, два пьезоэлемента сэлектродами, установленные по разные сто. роны от упругого элемента; генератор, подключенный к электроду первогопьезоэлемента, и измерительный прибор,подключенный к электроду второго пьезоэлемента,Недостатком этого устройства являетсято, что его конструкция не позволяет проводить контроль работоспособности датчика впроцессе измерения, не снимая его с объекта измерения,Цель изобретения - повышение надежности пьезоэлектрического датчика в процессе измерения. Эта цель достигается тем, 1728683что в известное устройство, содержащее упругий элемент, закрепленный в корпусе, два пьезоэлемента с электродами, установленные по разные стороны от упругого элемента, генератор, подключенный к электроду первого пьезоэлемента, и измерительный прибор, введены второй генератор, счетчик, распределитель, два переключателя, коммутатор, два пиковых детектора, дифференциальный усилитель, индикатор и третий электрод, расположенный на первом пьезоэлементе и соединенный с помощью первого переключателя с электродом второго пьезоэлемента и первым входом коммутатора, два выхода которого соединены через пиковые детекторы с входами дифференциального усилителя, выход которого связан с индикатором, причем второй генератор подключен через счетчик к входу распределителя, четыре выхода которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго переключателя и второму и третьему управляющим входам коммутатора, а электрод второго пьезоэлемента соединен с измерительным прибором через второй переключатель,Сущность изобретения состоит в том, что предлагаемое техническое решение позволяет контролировать работу устройства в процесса измерений (во время погружения), не отключая его от измерительной системы,Существенным отличлем предлагаемого устройства является введение дополнительного электрода на первом пьезоэлементе шириной 0,1-0,2 его длины, что позволяет контролировать работоспособность пьезоэлемента в процессе измерения, так как разница двух сигналов, снимаемых с его выхода (второго пьезоэлемента) до и после подключения к нему дополнительного электрода, остается постоянной при лсправном состоянии датчика и изменяется при частичном или полном разрушении пьезоэлементов, регистрируется индикатором.На фиг,1 представлена функциональная схема устройства; на фиг,2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Устройство содержит: корпус 1, в котором по контуру закреплен упругий элемент (мембрана) 2, пьезоэлементы 3 и 4 с электродами 5 и 6 на первом пьезоэлементе и 7 на втором пьезоэлементе, генератор 8, измерительный прибор 9, схему 10 управления, состоящую из последовательно соединенных второго генератора 11 тактовых импульсов, вырабатывающего тактовые импульсы 12, счетчика 13 импульсов и распределителя 14 импульсов, который выра 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 батывает управляющие импульсы 15, 16, 17, 18, поступающие соответственно на управляющие входы 19, 20 переключателя 21, 22, и управляющие входы 23, 24 коммутатора 25, последний входит в состав дифференциальной схемы 26 обработки сигналов, которая содержит два пиковых детектора 27, 28, подключенных входами к коммутатору 25 и выходами к соответствующему входу дифференциального усилителя 29, выход которого подключен к индикатору 30.Выходной электрод 7 пьезоэлемента 4 подключен к комму втору 25, соединенному со схемой обработки сигналов, и параллельно к измерительному прибору через переключатель 21. Дополнительный электрод б пьезоэлемента 3 подключен к переключателю 22, соединенному с выходным электродом 7, а генератор переменного напряжения 8 подключен к электроду 5 пьезоэлемента 3,Устройство работает следующим образом,Генератор 8, подключенный к электроду 5 пьезоэлемента 3, возбуждает в колебательной системе, образованной упругим элементом (мембраной) 2 и пьезоэлементами 3 и 4 изгибные колебания. Вследствие прямого пьезоэффекта на электродах б, 7 образуются переменные. электрические сигналы.Распределитель 14 импульсов, подключенный к счетчику 13 импульсов, вырабатывает управляющие импульсы 15, 16, 17, 18. Переключатели (21, 22) и коммутатор 25 последовательно подключают соответственно выходной электрод 7 к измерительному прибору 9, дополнительный электрод б к выходному электроду 7 и выходной электрод 7 к входам пиковых детекторов 27. 28.С выходного электрода 7 на коммутатор поступает амплитудномодулированное переменное напряжение 31, В моменты времени и и г, совпадающие с временем работы до и после подключения дополнительного электрода 6 к выходному электроду 7 происходит детектирование и фиксация амплитуды пачек импульсов 32, 33 с помощью пиковых детекторов 27, 28.В результате с их выхода на входы дифференциального усилителя 29 поступают постоянные напряжения 01 и 02, связанные с возбуждающим направлением О 1 генератора 8 соотношениями:О 1=ь О,02 = к 2 КО,где О 1 - выходное напряжение, снимаемое с электрода 7 до подключения к нему дополнительного электрода 6;02 - выходное напряжение, снимаемое с электрода 7 после подключения к нему дополнительного электрода 6;к 1 - 12 - коэффициенты трансформации пьезодатчика до и после подключения дополнительного электрода;1 - коэффициент преобразования пиковых детекторов 27, 28 (фиг.2, диаграммы 34, 35).Для устранения влияния коммутационных помех на точность измерений, возникающих при подклю ,нии дополнительного электрода 6 к выходному электроду 7, моменты времени т 1 и 2 выбираются меньшими времени подключения дополнительного электрода, измерительного прибора и большем времени переходных процессов в пьезоэлементе. При исправном состоянии пьезоэлемента параметр (01-02) остается постоянным, Это объясняется тем, что активная площадь электрода 7 при подключении к нему электрода 6 уменьшается на величину, пропорциональную площади электрода 6 и это приводит к тому, что коэффициенты трансформации 1, 12 под действием измеряемой величины изменяются на одну и ту же величину, что не приведет к изменению разницы сигналов(01-0 г), а при дефектах пьезоэлемента разница сигналов (01-02) изменяется и выходит за установленные пределы, что легко регистрируются индикатором 30, информирующим о дефектах пьезоэлемента.Следует сказать, что величина разницы сигналов (01-02) определяется в исходном состоянии упругими пьезоэлектрическими свойствами .системы и геометрическими размерами электродов,По приведенному описанию был изготовлен макет предлагаемого устройства, в котором использовался преобразователь усилий, выполненный иэ биморфного пьезоэлемента, состоящего из двух пьезопластин типа ЦТСразмерами: 50 х 10 х 0,5 10 м. установленных по разные стороны от упругого элемента, закрепленного в корпусе, ширина дополнительного электрода была выбрана 5 10 м, Схемы 11. 13, 14, 25, 29 5 выполнены соответственно на микросхемахК 555 ЛАЗ, К 555 И Е 7, К 555 ИО 4, К 561 КП 1, К 140 МА 1, а схемы.27, 28 были собраны на основе операционного усилителя типа К 140 УО 6.10 Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обладает большей надежностью, так как оно позволяет диагностировать работоспособность пьезоэлемента в процессе измерения.15фар мул а изобретен и я Устройство для измерения усилий, содержащее упругий элемент, закрепленный в корпусе, два пьезоэлемента с электрода ми, установленные по разные стороны отупругого элемента, генератор, подключенный к электроду первого пьезоэлемента, и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в 25 него введены второй генератор; счетчик,распределитель, два переключателя, коммутатор, два пиковых детектора. дифференциальный усилитель, индикатор и третий электрод, расположенный на первом пьезо элементе и соединенный с помощью первого переключателя с электродом второго пьезоэлемента и первым входом коммутатора, два выхода которого соединены через пиковые детекторы с входами дифференци ального усилителя, выход которого связан синдикатором, причем второй генератор подключен через счетчик к входу распределителя, четыре. выхода которого подключены соответственно к управляющим входам 40 первого и второго переключателя и второмуи третьему управляющим входам коммутатора, а электрод второго пьезоэлемента соединен с измерительным прибором через второй переключатель.451728683 Составитель 3, Вакаехред М.Моргентал едактор Н, Козлова Т Корректор А. Осауленко ГКНТ. ССС Про твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1400 Тир ВНИИПИ Государственного 113035, митета исква, ЖПодписное зобретениям и открыти Раушская наб., 4/5