Устройство для измерения ускорения

Устройство для измерения ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (6t) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250577 (21) 2490221/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 25Ð 230. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 2502.80 (51)М. К . G 01 Р 15/04

Государственный комитет

СССР по дел ам изобретени и и открытий (53) УДК5 1 768 (088. 8) (72) Автор изобретения

Н.К.Ерофеев

Ленинградский ордена Красного Знамени механический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ растет уровень помех и наводок на входе согласующего усилителя. Особенно сильно сказывается так называемый микрофонный эффект, в наибольшей степени проявляющийся при больших перемещениях и скоростях объекта измерения, В результате, по мере увеличения длины кабеля отношение сигнал/шум падает, и падает точность цзмерения.

В связи с этим, например, попытки измерений ускорения, возникающие в грунте при подрыве зарядов, с помощью проводной связи из-за низкой точности измерения пока что не дают достаточно доатоверчых результатов.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов измерения предельного ускорения за счет обеспечения возможности сохранения информации об измеряемом ускорении.

Эта цеяь достигается введением в конструкцию устройства диода, анод и катод которого подключены к положительному и отрицательному электродам пьезоэлемента соответственно, и прерывателя электрической цепи, соединяющего электроды пьезоэлемента и диода, в качестве которого исполь30

Изобретение относится к областй измерительной техники и может быть использовано для измерения ускорений, усилий, давлений и других физических 5 величин.

Известные устройства для измерения.ускорения содержат корпус . с расположенными в нем инерционным телом и пьезоэлементом. В качестве электродов для съема зарядов используются проводящие контактные поверхности инерционного тела и корпуса, которые соединены с помощью экранированного антивибрационного кабеля с высокоомным согласующим усилителем, а выход последнего связан с входом регулирующего устройства (1) и (2) .

В ряде случаев, например, в слу-. чае, когда перемещение иэделия в про- ;щ цессе испытания велико, требуются кабели большой длины. Помимо усложнения и удорожания измерений в связи с большой длиной кабеля, по мере увеличения длины увеличивается емкость, подключаемая к пьезоэлементу, и,следовательно, уменьшается чувствитеЛьность пьезопреобразователя, Кроме того, в связи с увеличением длины кабеля пропорционально его длине

717663 ))»))»)))»)))М»)ФжАЮ«))а.,Ф -.„.; -. «м)«-*)».- .а . :-у .», ))»)."-,;;

Ыйй-. »ыю»2")Ж«»ж")» ....n,. .ì. . .":. ) ::..r. ):»)м»- :» йх )» ) ы:юР «));» " . . )м»)».) ) = з)ова«н»о - йодпружиненное инерционн)ое тело, установленно)е) с возможностью перемещения и жестко связанное с од""=Ййм=йз з3тектрбйбй Мьезо-ГлМТент)а.=" -=

На фиг."1 изо)брайена Йонструйцйя предлагаемого устройства; на фиг.2— электрическая схема; на фиг. 3 — временные диаграммы ускорения (а) и разносТи потенциалов между поверхностями пьезоэлемента (б) .

В предлагаемом устройстве в корпу- )0 се 1 размещен пьезоэлемент в виде шайбы 2, приклеенной верхней плоскостью к инерционному телу 3, выполняющему одновременно и функцйю- поло ж)й)тельного электрод а пьезоэлемент а.

Инерцйо«йное тело имеет проточку, в исхбдном состоянии не совпадающую с осями двух фиксирующих устройств, состоящих из фиксатора 4, пружины 5 и йро»бки« 6, Детали 3,4,5 и 6 образу-; 20 ют прерыватель электрической цепи.

В центральной части инерционное тело имеет выступ 7„проходящий сквозь — отверстие пробки 8. Инерционное тело

- " "вместе t" пьез»оъйеМейтом« поджато пружиной 9" к второму отрицательному электроду 10, » приклеенном к изоляционной прокладке 11. Прокладка 11 также приклеена к корпусу. усилие пружй ны выбирается много меньше максимальных инерционных сил, действующих при -"ударе . К электроду 10 припаян проводник 12, спаянный с"разрезик"гнездом 13 разъема, гнездо 13 изолирова " " йо от корпуса с помощью фторопластовых втулок 14 и 15. 35

Полупроводниковый диод 16, состоя щий из десяти. последовательно соединенных диодов, размещается в основании 17, в котором установлена ответ" "" "* ная" часть- Разъема« ;"»состоящая» из шты« - 4О ря 18, изоляционных деталей 19, 20 и. гайки 21; В нижней част%"штырь= имеет оФ1Гербтйе для "йрейл»енИИ йЪйоу(йод«вывода диода. 16:, анодный вывод сбеди.йен с лепестком 22 и винтом 23 с основанием 17. Катод диода изолирован с"помощью втулки 24. Полость втулки, где расположен ХФод)," залита кбяпаун-, дом и закрыта снизу к»рйшгкой 2"5.

На "наружной йбойер»х«йостй %снования

17 ймеется резьба и лыски под ключ.

Основание 17 соединено "c корпусом

1 с помощью р«езьбовог)о" хв) бСТовйка на" корйусе. По плоскости 26 -об»у@ествле б жесткое механическое крепление деталей 1 и 17 надежный электрический 55 контакт между этими деталями,- в -также электрическое соединение гнезда

13 корпуса со штырем 8 основания ;

Катод диода 16 соедийен со штырем 18 и, следоват)ельно; с отрица- тельным электродом 10 (фиг. 2) ."

До"измерения необходимо произвести градуировку преобразователя. Для

=этого из. основания 17 в«ыви»йчйв»ается к»ор)»п»у)с) 1, а к деталям 13 и 1 с помощью разъема подключают прибор для измерения заряда, например, баллистический гальванометр. Приложив к выступу 7 инерционного тела 3 усилие известной величины (F p ), измеряют возникающий при этом заряд (Q ) .

Коэффициент преобразования преобразователя определяется по формуле: п гр

" ) где m - масса инерционногб тела.

Преобразователь завинчивают в резьбовое отверстие, заранее подготовленное в объекте. Ось отверстия совпадает с направлением измеряемой компоненты ускорения.

Преобразователь крепят так, чтобы измеряемое ускорение было направлено от детали 25 к детали 8 (см.фиг ° 1) °

В этом случае электроды пьезоэлемента 3 и 10 являются положительным и отрицательным соответственно.

При воздействии измеряемого ускорения инерционное тело давит на пьезоэлемент с усилием, равным произведению ускорения на массу инерционного тела. Под воздействием этого усилия на поверхностях пьезоэлемента возникают заряды, снимаемые электродами

3 и 10, причем на электроде 3 возникает положительный, а на электроде

10 отрицательные заряды. При этом диод открыт и заряды сразу же стекают через малое прямое сопротивление диода, Заряд на электродах (9„) по этой причине равен нулю (фиг. 3) ..

В момент t когда ускорение достигает максимума, заряд Дп по прежнему равен нулю, но в следующий момент времени t ) „начинается разгрузка пьезоэлемента, при этом на электро-. дах пьезоэлемента возникают заряды противоположного знака. Диод запирается. Скорость разряда определяется обратнЫм сопротивлением диода и емкостью пьезоэлемента. Необходимо, 4тобы обратное сопрбтивление диода было йо возможности болыйим, в этом случае заряд практически не стекает и сохраняется без изменения в течение времени порядка десятков секунд.

По мере спада ускорения, а следов»атЪльно, и усилия, приложенного к пьезоэлементу, заряд на его контакт-.. йй» х пбверхностях (электродах) растет, достигая величины, пропорциональной максимальному ускорению в момент времени, и возрастает далее . Начиная с этого момента, на инерционное тело действует сила, стремящаяся отбросить его вместе с пьезоэлементом вверх.

Когда эта инерционная сила превысит незначительное по величине усилие по»джатия пружины 9, пьезоэлемент отойдет от электрода 10 (момент на фиг. 3). При этом., во-первых, разомкнется электрическая цепь, со- . единявшая прежде контактные поверх717бб3 ности пьезоэлемента с диодом, вслед« ствие чего прекратится ток утечки

:заряда через обратное сопротивление диодов, и, во-вторых, давление на пьезоэлемент станет равным нулю, После нескольких циклов колебаний,,вызванных переходными процессами, на контактных поверхностях пьезоэлемента установится заряд Qp, соответствующий разности двух состояний пьезоэлемента;. состояния максимального сжатия, вызванного минимальным действующим ускорением (момент на фиг. 3), и состбяния, когда на пЪезоэлемент не действуют какие-либо силы (момент tq) .

Если в преобразователе не было бы предусмотрено отодвигание инерционно" го тела после смены полярности воздействующего ускорения (включатель),то конечное состояние пьезоэлемента будет соответствовать исходному состоянию. 26 пьезоэлемента (до начала измерения), в этом случае на контактных поверхностях остается заряд Ощ, точно соответствующий максимальному ускорению.

Разность зарядов ч -Я„„определяется 25 усилием предварительного поджатия, осущесвтляемого пружиной 9. Инерционное тело, перемещается вверх, в момент, когда проточка тела расположится напротив фиксатора .4, ЗО фиксаторы под действием сжатых йружин

5 выходят из полости корпуса и входят в проточку инерционного тела, зафиксировав последнее в отведенном положении.

Время хранения заряда на контактных поверхностях пьезоэлемента опре-. деляется постоянной времени разряда, равной произведению емкости пьезоэлемента на его сопротивление изоляции. Для пьезокерамики зта величина составляет порядка нескольких часов, для кварца -несколько суток и более..

После испытания преобразоватеЛь Отвинчивается от объекта, отвинчивают корпус 1 от основания 17 и соединяют разъем корпуса с баллистическим гальванометром. После выведения фиксаторов из зацепления с инерционным телом и осторожного опускания последнего в исходное состояние, вследствие 50 нагружения пьезоэлемента усилием; равным усилию предварительного поджатия, часть з аряда, равна я разности.

Q>-Q, компенсируется. На пьезоэлементе остается заряд Q>, точно соответствующий максимальному измеряемому ускорению. Этот заряд передается на вход баллистического гальванометра или другого прибора для измерения варяда.

После измерения заряда производят контроль коэффициента преобразования, для чего к выступу 7 инерционного тела 3 прикладывают известное усилие, например, с помощью гири или гидравлического пресса с образцовым манометром, Максимальное ускорение, действовавшее.во время измерения, равно м

С гр

"гр(е

Формула и з о бр ет ен и я

1. Устройство для измерения ускорения, содержащее корпус с расположенными в нем инерционным телом и пьезоэлементом с электродами, о т л ич а юще ес ятем, что, с целью повышения достоверности результатов измерения предельного ускорения за счет обеспечения возможности сохранения информации об измеряемом ускорении, в устройство введены диод, анод и катод которого подключены к положительному и отрицательному электродам соответственно, и прерыватель электрической цепи, соединяющий электроды пьезоэлемента и диода.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щее с я тем, что в качестве прерывателя использовано подпружиненное инерционное тело, установленное с возможностью перемещения, а жестко связанное с одним из электродов пьезоэлемента, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 2017901 кл, G 01 Р 1/06ю

2, Иориш Ю.И. Виброметрия, Машгиз, 1963, с.515 (прототип), 717663

0 вод

Составитель Н.Мараховская

Техред М.Келемеш Корректор Г.Яазарова

Редактор Л,Бибер

Филиал ППП Патент ", г .Ужгород, ул. Проектная, 4,Эакаэ 9832/61 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5