Струнный преобразователь для измерения механических величин

Струнный преобразователь для измерения механических величин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (954799

ИЗЬВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.02.81 (21) 3253334/25-28 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G 01 В 7/00

Гесуддрстееннмй кемнтет

СССР

Опубликовано 30.08.82. Бюллетень № 32 (53) УДК 621.317.

39:531.71 (088.8)

t пю делам нзебретеннй

И OTNPbtTHH

Дата опубликования описания 05.09.82

E. А. Карцев, Ю. И. Козырев, М. Н. Сорокин, . 4: Кузьмин, В. В. Семенов и В. Н. Феду ин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Московский институт электронного машиностроения (54) СТРУННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ,ЛЬ Д,ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕ,ЛИЧИН

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения различных механических величин (перемещение, давление, сила и т. п.) с получением выходной информации в виде частотно-модулированных электрических сигналов.

Известен струнный дифференциальный преобразователь для измерения механических величин, содержащий две струны, установленные параллельно оси преобразователя магнитную систему, охватывающую эти струны, упругий элемент, узел крепления струн и измерительный наконечник, жестко связанный с этим узлом (1).

Недостатком преобразователя является отсутствие конструктивных элементов, обеспечивающих требуемую силу натяжения упругого элемента и регулировку начальных частот колебаний струн, что затрудняет сборку и юстировку преобразователя.

Наиболее близким по техническим решениям к изобретению является струнный преобразователь для измерения механических величин, имеющий центральное отверстие, закрепленный внутри стакана цилиндрйческий шток, выполненный в виде оправки с продольными противолежащими пазами и смонтированными на ней с возможностью перемещения вдоль пазов двумя стойками (ползушками), упругий элемент, выполненный в виде плоской пружины, установленной с возможностью перемещения относительно штока, включенные в цепь электрического тока две струны и охватывающую их магнитную систему, жестко связанный с упругим элементом узел крепления, выполненный в виде коромысла с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струны, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, при регулировании положения которых изменяется натяжение струн, и измерительный наконечник, выступающий из крышки через отверстия в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления (21.

Недостатком известного преобразователя является ограниченная точность преобразования механических величин, преобразуемых в перемещение измерительного наконечника,,обусловленная тем, что в процессе измерений наконечник перемещается по радиусу, т. е. под углом к продольной оси преобразователя (нарушается принцип Аббе), 954799 а также и температурной нестабильностью . преобразователя из-за неравномерного прогрева плеч узла крепления — коромысла и струн дифференциального преобразователя.

Параллельное оси размещение обеих струн преобразователя увеличивает его габарит- 5 ные размеры по поперечной оси.

Цель изобретения — повышение точности преобразования и уменьшение поперечных размеров преобразователя.

Для достижения поставленной цели в струнном преобразователе для измерения механических величин, содержащем корпус, выполненный в виде стакана с крышкой, имеющей центральное отверстие, закрепленный внутри стакана цилиндрический шток со смонтированными на нем с возможностью перемещения стойками, упругий элемент, установленный с возможностью перемещения относительно штока, включенные в цепь электрического тока две струны и охватывающую их магнитную систему, же?0 стко связанный с упругим элементом узел крепления с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струны, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, и измерительный наконечник, выступающий из крышки через отверстие в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления, цилиндрический шток выполнен в виде двух втулок со сквозным поперечным пазом в их центральной части, глубина которого превышает половину диаметра втулки, упругий элемент выполнен в виде двух мембран, установленных у внутренних торцов втулок, узел крепления выполнен в виде V-образного кронштейна, а обе струны расположены по продольной оси преобразователя.

На фиг. I представлен преобразователь, поперечный разрез; на фиг. 2 — преобразователь со снятым корпусом, вид сверху.

Струнный преобразователь содержит цилиндрический корпус 1 с крышкой 2, имеющей сквозное отверстие, через которое выс- 40 тупает конец измерительного наконечника

3. Имеется также шток, выполненный в виде двух втулок 4 и 5, две мембраны 6 и 7, установленные в торцовых расточках втулок и защемленные по своему внешнему контуру.

Эти мембраны могут быть как плоскими, так и гофрированными и имеют в центральной части отверстие. Узел крепления струн и измерительного наконечника преобразователя выполнен в виде кронштейна 8 U-образной формы, имеющего на концах, вхо- so дящих в отверстия мембран 6 и 7, резьбу.

Кронштейн крепится к мембране 7 с помощью гайки 9, а к мембране 6 — с помощью измерительного наконечника 3, имеющего на этом конце внутреннюю резьбу.

На оси симметрии преобразователя размещены струны 10 и 11, одни концы которых закреплены накладкой 12 на опорной площадке 13 кронштейна 8, находящейся на

его середине. Противоположные концы струн

I0 и 11 прикреплены к стойкам 14 с помощью накладок 15. Сами стоки прикреплены винтами 16 к втулкам 4 и 5 внутри их поперечных пазов с возможностью регулирования их положения вдоль продольной оси преобразователя благодаря наличию прямоугольных пазов в стенках втулок. Выступ

17 кронштейна и два регулируемых упора

18, между которыми он расположен, служат для предохранения струн от обрыва при перемещениях измерительного наконечника

3, превышающих предел измерения. Магнитная система преобразователя выполнена в виде постоянных магнитов 19, охватывающих струны 10 и ll. Струны включены в цепь электрического тока посредством штырей 20 и 21, электрически изолированных от корпуса 1 втулками 22, и штыря 23, соединенного с корпусом. Соответственно, опорная площадка 13 кронштейна, к которой прикреплены одни концы струн, электрически соединена с корпусом, а стойки 14, к которым прикреплены противоположные концы струн, электрически изолированы от втулок 4 и 5 и электрически связаны со штырями 20 и 21.

Струнный преобразователь работает следующим образом.

Перед началом измерений кронштейн 8 с прикрепленным к нему измерительным наконечником 3 устанавливают в среднее положение и фиксируют посредством регулируемых упоров 18. Далее перемещают стойки 14 вдоль стенок прямоугольных пазов втулок 4 и 5 с целью регулирования начального натяжения (т. е., соответственно, и начальных частот) струн 10 и ll, используя для этого показания отсчетно-регистрирующего блока (не показан), присоединенного к штырям 20, 21 и 23. Затем между выступом 17 кронштейна 8 и регулируемыми упорами 18 выставляют определенные зазоры, ограничивающие предельные перемещения измерительного наконечника 3.

В процессе измерения перемещений измерительный наконечник 3 смещается вдоль продольной оси корпуса 1 преобразователя.

Соответственно, на такую же величину смещается и кронштейн 8 с опорной площадкой 13, что приводит к изменению упругих деформаций струн 10 и 11. Приращения упругих деформаций этих струн будут иметь разные знаки, вследствие чего частота колебаний одной из струн возрастет, а второй— уменьшится. Отсчетно-регистрирующий блок зарегистрирует это изменение. В качестве отсчетного блока может быть использован, например, стандартный электронно-счетный частотомер, который может работать в режиме измерения частот струн, отношения частот струн или периодов колебаний струн.

Режим работы частотомера выбирается в соответствии с требуемым быстродействием преобразователя.

954799

Ð2

Изменение показаний на цифровом табло отсчетно-регистрирующего блока (частотомера) будет линейно связано с перемещением измерительного наконечника 3.

С целью линеаризации функции преобразования струнного преобразователя начальные частоты струн !0 и 11 должны иметь вполне определенные значения, определяемые режимом работы отсчетно-регистрирующего блока. Например, при измерении разности частот струн их начальные частоты должны быть равными; при измерении отношения частот струн их начальные частоты должны иметь Отношение f / f = 3 или равные начальные частоты и длины удовз /- летворяющие.соотношению

Благодаря тому, что обе струны преобразователя размещены по его продольной оси, а направление измеряемого входного перемещения и измерительного наконечника также совпадают с продольной осью симметрии преобразователя (причем благодаря мембранной подвескеобеспечивается строго поступательное перемещение измерительного наконечника, кронштейна и концов струн, воспринимающих измеряемое перемещение), повышается точность преобразования перемещений за счет устранения систематической погрешности нелинейности (соблюдением принципа Аббе) и повышения температурной стабильности нуля даже при неравномерном одностороннем прогреве корпуса. Одновременно уменьшаются поперечные размеры струнного преобразователя.

Формула изобретения

Струнный преобразователь для измерения механических величин, содержащий корпус, выполненный в виде стакана с крышкой, имеющей центральное отверстие, закрепленный внутри стакана цилиндрический шток с смонтированными на нем с возможностью перемещения стойками, упругий элемент, установленный с возможностью перемещения относительно штока, включенные в цепь электрического тока две струны и охватывающую их магнитную систему, жестко связанный с упругим элементом узел крепления с опорными площадками для заделки одного из концов каждой струны, противоположные концы которых прикреплены к стойкам, и измерительный наконечник, выступающий из крышки через отверстия в ней и жестко связанный своим противоположным концом с узлом крепления, отличаюи!ийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и уменьшения поперечных размеров преобразователя, цилиндрический шток выполнен в виде двух втулок со сквозным поперечным пазом в их центральной части, глубина которого превышает половину диаметра втулки, упругий элемент выполнен в виде двух мембран, установленных у внутренних торцов втулок, узел крепления выполнен в виде U-образного кронштейна, а обе струны расположены по продольной оси преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 356448, кл. G О! В 7/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2850418/18 — 28, кл. G Ol В 7/02, 1979 (прототип) .

954799

pg (6 75

Составитель С. Скрыпник

Редактор В. Пилипенко Техред А. Бойкас Корректор Е. Рошко

Заказ 6170/40 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеннй и открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4