Датчик силы

(я)5 6 01 3 1 /10 КОМУ СВИДЕТЕЛЬ АВ 21) 4776378/10 22) 03, 019046) 30.06,92. Бюл, 3 Ф 24 71) Научно-проиЗводсСибагроприбор"72) Ю,С.Шабанов и В.Г53) 531,781 Ю 88.8) енное предп лыстун.системя техникое свидл, 6 01свидетел601 1 1/ 54) ДАТЧИК СИЛЫ57) Изобретение относится к силоизмериельной технике и может быть использова 2.1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР но, например, для взвешивания. Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повышение надежности. Датчик силы ятие содержит силовоспринимающую упругуюкамеру, корпус которой выполнен в видв двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов 1 и 2, днища которых являются упругими силовоспринимающими сторонами 3 камеры и на которых выполнены концентрические кольцевые проточки 4. В центрах сторон 3 установлены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука, Полость 7 с помощью каналов 8 ,соединена с сильфонами 9, установленными ,на поверхности силовоспринимающей уп- .ругой камеры, и заполнена жидкостью, Ве- а личина измеряемой силы пропорциональна времени прохождения ультразвука через силоваспринимающую упругую камеру. 2 з.п, ф-лы, 2 ил,10 Однако тензорезисторные и виброчастотные силоизмерительные датчикисложны в изготовлении и имеют довольновысокую стоимость,Известно устройство измерения силы,содержащее излучатель и приемник поверхностньх акустических волн, которые размещены на пластине из монокристаллическогопьезоэлектрика, а также отражающие электроды и корпус устройства, В пластине из монокристаллического пьеэозлектрикавозбуждают акустические волны, прикладывают усилие и измеряют скорость распространения акустических волн от излучателя доприемника, по величине которой судят оприклады ваемом усилии.Недостатком указанного устройства является ограниченный диапазон измерениясилы, обусловленный невысокой механической прочностью пластины, к которой приклады вается усилие.Наиболее близким к предлагаемомутехническим решением является датчик силы, состоящий из двух злектроакустическихпреобразователей, каждый из которых содержит корпус, крышку, металлическийдиск, стержень, катушку индуктивности, постоянный магнит, выводы катушки и проходные .изоляторы. Преобразователисоединены между собой при помощи силовоспринимающей перемычки, В датчике силы с помощью излучателя возбуждаютпродольные акустические волны и измеряют время их распространения через силовоспринимающую перемычку, соединяющуюизлучатель с приемником и удлиняющуюсяпропорционально прикладываемому усилию.Недостатками известного датчика силы,являются малый диапазон измерения, обусловленный ограниченными пределами упругой деформации металлическойперемычки; а также низкая механическаяпрочность из-за высокой чувствительностик поперечной составляющей измеряемойсилы, которая изгибает металлическую пе, ремычку.Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, чтоустройство, содержащее два электроакусти- в 20 30 35 40 45 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во взвешивающих устройствах.Известны устройства для измерения силы, в которых используют эффект изменения сопротивления тензорезистора, а также изменение частоты механических колебаний струны или стержня в зависимости от приложенной к ним механической нагрузки,ческих преобразователя, соединенные звукопроводом, снабжено силовоспринимающей упругой камерой, заполненной звукопроводящей жидкостью, а электроакустические преобразователи расположены на силовоспринимающих сторонах камеры,Силовоспринимающая упругая камера выполнена в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов, на наружной поверхности днищ которых выполнены концентрические кольцевые проточки.Кроме того, в устройство введены ком пенсационные емкости, соединенные каналами с полостью силовоспринимающейупругой камеры и выполненные в виде сильфонов,На фиг,1 приведен датчик силы; на фиг.2- схема включения датчика, Датчик силы (фиг.1) представляет собойсиловоспринимающую упругую камеру,корпус которой выполнен в виде двух размещенных соосно встречно один внутридругого цилиндрических стаканови 2, днища которых являются упругими силовоспринимающими сторонами 3 камеры и на которых выполнены концентрические кольцевые проточки 4 для обеспечения требуемой чувствительности. В центрах силовоспринимающих сторон 3 камеры установлены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука, Полость 7 силовоспринимающей упругой камеры, заполненная жидкостью, с помощью каналов 8 соединена с сильфонами 9, установленными на поверхности силовоспринимающей упругой камеры.Датчик работает следующим образом.Пьезокерамический излучатель 5. возбуждается короткими электрическими импульсами напряжения, которые преобразуются излучателем 5 в механические колебания ультразвуковой частоты, проходят через жидкость, заполняющую полость 7 камеры, и через некоторое время 11 достигают приемника 6, который преобразует механические колебания ультразвуковой частоты в электрический сигнал. В ненагруженном состоянии, когда сила Р к силовоспринимающей камере не приложе 50 на, время прохождения ультразвука постоянно и равно 10; Под действием силы Ркамера может сжиматься или растягиваться взависимости от способа приложения силы. В первом случае время распространения ультраэвука уменьшается, во втором увеличивается, При этом величина измеряемой силы Р пропорциональна времени Лт прохождения ультразвука через силовоспринимающую упругую камеру:Р= Л 1 =то,где со - время прохождения ультразвука через ненагруженную силовоспринимающуюупругую камеру, когда Р = О,т 1 - время прохождения ультразвука через нагруженную силовоспринимающую камеру, когда РО.В зависимости от направления измеряемой силы Р противоположные стороны 3силовоспринимающей упругой камеры иэгибаются навстречу друг другу, если сила Рсжимает камеру, или в противоположныестороны, если силы Р действует на растяжение. Во время деформации упругих силовоспринимающих сторон 3 камеры происходит 15измерение объема ее внутренней полости 7.При сжатии камеры жидкость вытесняетсяиз полости 7 и через каналы 8 подается всильфоны 9, при растяжении жидкость изсильфонов 9 поступает в полость камеры, За 20счет этого при измерении силы давлениевнутри камеры изменяется незначительно,что позволяет снизить требования к герметичности силовоспринимающей упругой камеры. Кроме того, сильфоны 9 снижают 25погрешность измерения, обусловленнуювозможным изменением давления жидкости внутри камеры за счет температурногорасширения.30Ка фиг. 2 приведена схема включения датчика силы, которая, кроме датчика силы (фиг,1),содержит усилитель 10, в цепь положительной обратной связи которого включен приемник 6 ультразвука, а нагрузкой 35 является формирователь 11 электрических импульсов для возбуждения источника 5 ультразвука, а также последовательно соединенные с усилителем 10 измеритель 12 длительности периодов повторения и вы числитель 13. В результате прикладываемой к датчику силы Р расстояние между излучателем 5 и приемником 6 ультразвука уменьшается или увеличивается, а следовательно, уменьшается или увеличивается время 11 прохождения ультразвука через жидкость между излучателем 5 и приемником 6 ультразвука, которое определяется периодом повторения последовательности импульсов. с выхода усилителя 10, Период повторения последовательности импульсов измеряется в измерителе 12, например, путем заполнения интервала времени эталонными импульсами специального генератора более высокой частоты и подсчета количества импульсов в счетчике, Вычислитель 13 вычисляет величинуЬ 1 = Ьо - 11 определяет измеряемую силу Р а Л 1 и представляет ее в удобной для пользователя форме,Формула изобретения 1. Датчик силы, содержащий два электроакустических преобразователя, соединенные звукопроводом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения надежности, в него введена силовоспринимающая упругая камера, заполненная звукопроводящей жидкостью, а электроакустические преобразователи расположены на силовоспринимающих сторонах камеры,2. Датчик по и 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что с целью повышения технологичности, силовоспринимающая упругая камера выполнена в виде двух размещенных соосно встречно один внутри другого цилиндрических стаканов, на наружной поверхности днищ которых выполнены концентрические кольцевые проточки.3. Датчик по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что в него введены компенсационныее емкости, соединенные с полостью силовоспрнимающей упругой камеры и выполненные в виде сильфонов.1744522 ектор Т,Палий дактор А.Ога Произв каз 2189 ВНИИПИ Го Составитель В,Мирошниченк Техред М.Моргентал К Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб., 4/5 нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101