Устройство для измерения усилий

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ Сефз СоветскнкСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет Опубликовано 30,01.83. Бюллетень М ч вв илам изобретений и аткрытнйДата опубликования описания 30. 01.83(72) Авторы изобретения Сибирский физико-технический институт им. В.Д.-Куэйецовапри. Томском ордена Трудового Красного Знаменигосударственном университете им. В.В.Куйбышева(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ 1Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения распределения пост 8 янных и переменных усилий по координатам, а также может быть использовано как датчик деформаций нагруженных изделий сложной формы.Известны устройства для измерения усилий, использующие зависимость полуйроводниковых приборов от приложен- , ного к нйм усилия. Туннельный диод помещается,в зону давления и по изменению, например, его пикового тока 1 Р, судят о величине воздействующего на диод усилия1 3 . Наиболее олизким по технической сущности является устройство, содержащее чувствительный элемент - туннель, ный диод, последовательно соединенный аос ним резистор и электрически соединенный с резистором фильтр нижних частот с индикатором 1 2 1 . Это устройство позволяет измерять усилие в заданной точке пространства, но не дает информации о распределении усилия по координате. Для получения такой информации необходимо применить несколько однотипных устройств, цто ведет к значительному усложне" нию измерительной схемы и существенному увеличению стоимости всего устройства. Кроме тоготакое решение не всегда возможно, особенно при жест" ких требованиях к разрешающей способности устройства. Большие сложности вызывает при этом и организация большого количества каналов связи чувствительных элементов с измерительной схемой. Все это приводит к тому, что известное устройство обладает недостаточными функциональными возможностями. Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за сцет обеспечения измерения распределения усилий по координатам.Э 993Указанная цель достигается тем, что. в него введены распределитель импульсов и ячейки памяти, включенные между резистором и индикатором, причем управляющие входы ячеек памяти через распределитель импульсов соединены с чувствительным элементом, а чувствительный элемент выполнен в виде матрицы последовательно соединенных туннельных диодов с различными пиковыми токами, при этом шаг различия токов выбран из соотношения1 Р 1 рм Рмгде К - коэффициент тензочувствительности пикового тока;1 - максимальное значение пикоРмвого тока в матрице;- максимальное измеряемое усиМлие. Такое выполнение устройства позволяет осуществлять измерения усилия не только в заданной точке, нои пространственное распределениеусилия, т.е. расширяет функциональные возможности устройства, Крометого, в этом устройстве вся информация с туннельных диодов, помещаемых в зону давления (деформаций),передается во вторичную электроннуюсхему по одному каналу связи, Последнее существенно для упрощенияизмерений сложных распределений усилия и, следовательно, расширяет возможные пределы использования устройства,На фиг.1 представлена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг.2-вольтамперная характеристика чувствительного элемента.Устройство для измерения усилий(фиг.1) содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде последовательно соединенных туннельных диодов, резистор 2, распределитель импульсов 3, ряд ячеек ч памяти и индикатор 5.Резистор 2 соединен последовательно с чувствительным элементом 1, и на эту цепочку в точке 6подаются пилоообразные импульсы токаЯчейки 4 памяти включены между резистором 2 и индикатором 5, а управляющие входы ячеек через распределитель3 импульсов подключены к чувствительному элементу 1.Устройство работает следующим образом.Чувствительный элемент помещаетсяв зону, где необходимо измерить расп 056 фределение усилия, или, например, наклеивается на деталь. Нарастающийток смещения, представляющий собойпериодически повторяющиеся импульсы 5 пилообразного тока, проходит черезрезистор 2 и чувствительный элемент 1,После достижения током смещения величины, равной пиковому току первогодиода, последний переключается в со стояние высокого напряжения, Вырабатывающийся при этом положительныйперепад напряжения снимается с чувствительного элемента воздействует наэлектронный распределитель 3 импуль сов, так, что последний выдает науправляющий вход первой ячейки памяти импульс записи. При этом в ячейкезаписывается напряжение, снимаемое срезистора 2 и пропорциональное пико вому току первого диода, т.е, диодас минимальным значением пикового токаПри дальнейшем увеличении тока смещения и достижении им значения, равногопиковому току второго диода, послед ний переключается и напряжение, пропорциональное этому току, записываетсяво вторую ячейку. Ток смещения возрастает до тех .пор, пока не переключитсяпоследний диод. Импульсы переключенияпоследнего диода приводит всю схему висходное состояние, и процесс нарастания тока ничинается вновь. Такимобразом, в ячейках памяти записанызначения пиковых токов соответствующих 35диодов. Усилие, воздействуя на туннель.ные диоды, изменяет величину пйковоготока, а значит и величину напряжения,записываемую в ячейку памяти. Изменение усилия ведет к изменению напряжений, записанных в ячейках памяти; Этонапряжение может быть измерено непосредственно вольтметром или подано наиндикатор (осциллограф, самопишущийпотенциометр и др.).45Устройство может быть использованов качестве датчиков туннельных диодов,изготовленных по эпитаксиальной тех"нолсгии и обладающих высокой механической прочностью. В качестве распределителя импульсов может быть применен сдвиговый регистр, разрядностькоторого определяется количеством измерительных диодов. Например для устройства, измеряющего давления не более чем в восьми точках, можно использовать восьмиразрядный регистр, вы- "полненный на микросхеме 155 ИР 13 Ваналоговых запоминающих ячейках использованы интегрирующие цепочки, управ5 . Щ 056 6 ляемые электронными ключами, собран-. фсумула изобретения ными на микросхемах типа 16 КТ 1, Па- Устройство для измерения усилий, раметры интегрирующей цепочки при этом содержащее чувствительный элемент должны быть такими чтобы постоянная на туннельном диоде, резистор и ин-. интегрирования была меньше времени задикатор, соединенные последователь- поминания сигнала, определяемого дли- но, о т л и ч а ю щ е е с я тем, тельностью импульса, вырабатываемогочто, с целью расширения Функциональ" распределителем импульсов, Для обес- ных возможностей за счет измерения печения нормальной работы устройства распределенного усилия, в него ввенеобходимо, чтобы в процессе измере.- О дены распределитель импульсов и ячей. ния сохранялась начальная последова- ки памяти, включенные между резисто. тельность возрастания пиковых токов ром и индикатором, причем управляю- диодов. Поскольку 1 Р с приложением щие входы ячеек памяти через распре- усилия уменьшается, то исходный шаг делитель импульсов соединены с чувст различи токов Ыр должен быть боль- вительным элементом, а чувствительше изменения любого из диодов. Это . ный элемент выполнен в виде матрицы всегда будет выполняться при последовательно соединенных туннельЬ Ъ с 1 ри Рных диодов с .различными пиковыми то где 1. - коэффициент тензочувствитель- ками, при этом шаг различия токовности пикового тока, равный 6 выбран из соотношениядля диодов, например, из ар- р ) " 1 рм Рмсенида галлия 0,6-1,3)хгде К - коэффициент тензочувствительх 10 Ф 1/бар; ности пикового тока;- максимальное значение пиковоОМ-. максимальное значение пикоРмго тока в матрице;25вого тока в матрице;Р - максимальное измеряемое уси- Р - максимальное измеряемое усиМ 4лие. лие.Устройство может найти применениев различных. измерительных системах 36для определения конфигурации усилийили давлений в сложных замкнутыхобьемах, а также нагруженных деталей сложной формыИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США М 3383907кл. 73-885, 25.05.68. 2, Авторское свидетельство СССР И 391425 кл 6 01 1. 1/16, 25,0 У.УЗ.0 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 аказ 441/55 Тираж 871 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра