SU659917A1 - Frequency-output force-measuring transducer - Google Patents

Description

33

Кроме того, виброперемычки резонатора соединены с унругим элементом и поперечными перемычками посредством упругих шарниров.In addition, the vibratory crosspieces of the resonator are connected to the unary element and transverse bridges by means of elastic hinges.

На фиг. 1 приведена схема конструкции преобразовател  с резонатором, работающим , например, на второй гармонике колебаний; на фиг. 2 - конструкци  измерительного преобразовател  с частотным выходом в случае работы его резонатора на первой гармонике колебаний с отличи ми, обеспечивающими более линейную выходную характеристику; там же показано соединение стержней резонатора с остальными част ми конструкции через упругие шарниры .FIG. 1 shows a diagram of a converter with a resonator operating, for example, on the second harmonic of oscillations; in fig. 2 shows the construction of a measuring transducer with a frequency output in the case of the operation of its resonator at the first harmonic of oscillations with differences providing a more linear output characteristic; it also shows the connection of the resonator rods with the rest of the structure through elastic hinges.

Измерительный частотный преобразователь содержит упругий элемент 1, изготовленный с ним за одно целое резонатор 2 и систему возбуждени  3.Measuring frequency converter contains elastic element 1, made with it in one piece resonator 2 and excitation system 3.

Конкретна  форма упругого элемента непосредственно не касаетс  существа изобретени  и обобщенно представлена в виде кольца.The specific form of the elastic element is not directly related to the essence of the invention and is generally represented as a ring.

Резонатор 2 содержит виброперемычки 4, выполненные, например, в виде стержней, имеющих пр моугольное поперечное сечение или сечение в форме треугольника. Виброперемычки 4 расположены в плоскости колебаний резонатора 2, совпадающей с плоскостью чертежа симметрично относительно общей продольной оси резонатора X - д: и соединены между собой поперечными перемычками 5, расположенными на одинаковых рассто ни х от концов виброперемычек перпендикул рно общей продольной оси резонатора 2.The resonator 2 contains vibratory jumpers 4 made, for example, in the form of rods having a rectangular cross-section or a triangle-shaped section. Vibration jumpers 4 are located in the plane of oscillation of the resonator 2 coinciding with the plane of the drawing symmetrically with respect to the common longitudinal axis of the resonator X - e: and interconnected by transverse bridges 5 located at equal distances from the ends of the vibratory jumpers perpendicular to the common longitudinal axis of the resonator 2.

Рассто ние от концов виброперемычек 4 до геометрических осей поперечных перемычек 5, перпендикул рных общей продольной оси резонатора 2, должны быть выбраны таким образом, чтобы точки 6 пересечени  геометрических осей с продольной осью резонатора 2 совпадали с пучност ми форм колебаний резонатора 2.The distance from the ends of vibratory shafts 4 to the geometrical axes of transverse bridges 5, perpendicular to the common longitudinal axis of the resonator 2, should be chosen so that the points 6 of intersection of the geometrical axes with the longitudinal axis of the resonator 2 coincide with the antinodes of the vibration modes of the resonator 2.

Система возбуждени  3  вл етс  частью электромеханического генератора с резонатором 2. Здесь эта система показана состо щей , в частности, из приемника 7 колебаний , возбудител  8 колебаний, расположенных с зазором относительно резонатора 2 и св занных с входом и выходом усилител  9.The excitation system 3 is part of an electromechanical generator with a resonator 2. Here the system is shown consisting, in particular, of a receiver 7 oscillations, an exciter 8 oscillations arranged with a gap relative to the resonator 2 and associated with the input and output of amplifier 9.

В конструкции на фиг. 2 части 10 виброперемычек 4, выполненных в виде стержней , по обе стороны поперечной перемычкн 5 расположены под острым углом по отношению к продольной оси X-X резонатора 2 и образуют ромб.In the design of FIG. 2 parts 10 of vibrator heads 4, made in the form of rods, on both sides of the transverse bridges 5 are located at an acute angle with respect to the longitudinal axis X-X of the resonator 2 and form a rhombus.

Поперечна  перемычка 5, соедин юща  виброперемычки 4, выполнена в виде пружины . Рассто ние между виброперемычками 4 должно быть выбрано из услови  получени  необходимого момента инерции сечени  резонатора 2, который при заданнойThe crosspiece 5, connecting the vibratory jumpers 4, is made in the form of a spring. The distance between the vibration bars 4 must be chosen from the condition of obtaining the necessary moment of inertia of the cross section of the resonator 2, which, given the

4four

длине резонатора обеспечивает требуемое значение начальной частоты его колебаний. При значени х «критической силы вибронеремычек резонатора 2, близких к нулю, жесткость упругого элемента I должна быть достаточной, чтобы создать в виброперемычках 4 резонатора 2 предварительные нат жени , обеспечивающие устойчивые поперечные колебани  резонатора 2.the length of the resonator provides the required value of the initial frequency of its oscillations. With values of the critical force of the vibrating straps of the resonator 2 close to zero, the stiffness of the elastic element I should be sufficient to create preliminary tensions in the vibrated straps 4 of the resonator 2, ensuring stable transverse oscillations of the resonator 2.

Резонатор с виброперемычками, имеющими запас по продольной устойчивости, может работать и без его предварительного раст жени , а также при изменении направлени  приложенных к резонатору сил.A resonator with vibratory jumpers with a longitudinal stability margin can operate without its preliminary stretching, as well as by changing the direction of the forces applied to the resonator.

в последнем случае целесообразно соедин ть концы частей 10 виброперемычек 4 с упругим элементом и поперечными перемычками через упругие шарниры 11. Преобразователь работает следующимin the latter case, it is advisable to connect the ends of the parts 10 of the vibration jumpers 4 to the elastic element and transverse bridges through elastic hinges 11. The converter works as follows

образом.in a way.

Сила Р или друга  измер ема  величина , преобразованна  в силу, воздействует на упругий элемент 1, который по отношению к силе  вл етс  первым звеном цепиThe force P or another measured value, converted to a force, acts on the elastic element 1, which with respect to the force is the first link in the chain

преобразовани , обеспечивающим кинематические и (или) силовые преобразовани  дл  передач ик концам резонатора 2 расчетных усилий ,Л в требуемом направлении. Начальна  частота резонатора 2 при Р 0transformations, providing kinematic and (or) power transformations for transmissions to the ends of the resonator 2 calculated forces, L in the required direction. The initial frequency of the resonator 2 at P 0

и заданной длине резонатора определ етс  его поперечной жесткостью, включа  дополнительную жесткость, внесенную в случае предварительного нат га виброперемычек резонатора. Автоколебани  резонатораand the given cavity length is determined by its transverse rigidity, including the additional stiffness introduced in the case of preliminary tensioning of the resonator vibration bars. Oscillations resonator

2 обеспечиваютс  системой возбуждени  3. При воздействии снлы Р, продольные силы N измен ют поперечную жесткость резонатора 2 и св занную с ней частоту колебаний . В этой части работа предлагаемого измерительного преобразовател  с частотным выходом принципиально не отличаетс  от работы известных аналогичных устройств. Особенности работы конструкции согласно фиг. 2 состо т в том, что изменение частоты резонатора происходит не только за счет изменени  его поперечной жесткости, вызванной силами Л, но и за счет изменени  момента инерции сечени , измен ющегос  под действием этой же силы.2 is provided by the excitation system 3. When exposed to pulses P, the longitudinal forces N change the transverse rigidity of the resonator 2 and the associated oscillation frequency. In this part, the operation of the proposed measuring transducer with a frequency output is not fundamentally different from the operation of known similar devices. The features of the construction of FIG. 2 is that the frequency of the resonator is changed not only by changing its transverse rigidity caused by the forces L, but also by changing the moment of inertia of the cross section, which changes under the action of the same force.

При действии раст гивающей силы N части 10 виброперемычек 4 поворачиваютс  таким образом, что угол между ними увеличиваетс . При значении Л, соответствующей 0,7-0,8 Рмакс, угол а приближаетс  к 180°, нелинейно уменьша  при этом момент инерции и соответственно частоту резонатора . Это выравнивает начальный участок его характеристика и она в целом становитс  более линейной. Если сила N сжимает резонатор, то момент инерции возрастает , дополнительно повыша  частоту, что выравнивает характеристику ближе к ее конечному участку.Under the action of the tensile force N, the parts 10 of the vibrating jigs 4 are turned in such a way that the angle between them increases. With the value Л, corresponding to 0.7-0.8 Рmax, the angle а approaches 180 °, nonlinearly decreasing the moment of inertia and, accordingly, the frequency of the resonator. This aligns the initial part of its characteristic and it generally becomes more linear. If the force N compresses the resonator, then the moment of inertia increases, further increasing the frequency, which aligns the characteristic closer to its final section.

Повышение стабильности работы автоге5Improving the stability of the work autohe5

нератсра вызываетс  более высокой добротностью резонатора, обусловленной тем, что уменьшаетс  потер  энергии через его св зи с упругим элементом, так как суммарный изгибающий момент в виброперемычках рассматриваемого резонатора, меньше соответствующего момента сплошного резонатора.This is not caused by a higher Q of the resonator, due to the fact that the loss of energy through its connection with the elastic element is reduced, since the total bending moment in the vibratory jumpers of the resonator under consideration is less than the corresponding moment of the solid resonator.

Уменьшение мощности, необходимой дл  раскачки резонатора, вызвано тем, что уменьшена обща  масса резонатора, между частицами которой имеетс  внутреннее трение .The decrease in power required for the buildup of the resonator is caused by the fact that the total mass of the resonator is reduced, between particles of which there is internal friction.

Температурна  погрешность сплошных резонаторов в основном определ етс  изменением их поперечной л есткости за счет изменени  температурного коэффициента модул  упругости. В св зи с тем, что момент инерции виброперемычек рассматриваемого резонатора существенно меньше общего момента инерции резонатора, изменение их жесткости под вли нием температуры относительно мало вли ет на общую жесткость, а следовательно, и на температурную погрешность.The temperature error of solid resonators is mainly determined by the change in their transverse strength due to a change in the temperature coefficient of the elastic modulus. Due to the fact that the moment of inertia of the vibration jumpers of the resonator under consideration is substantially less than the total moment of inertia of the resonator, a change in their rigidity under the influence of temperature relatively little affects the overall rigidity and, therefore, the temperature error.

Выполнение резонатора измерительного преобразовател  с частотным выходом в виде по меньшей мере двух расположенных в плоскости колебаний виброперемычек, соединенных между собой поперечными перемычками , позвол ет существенно улучшить метрологические качества высокочастотного резонатора.The implementation of the resonator of the measuring transducer with a frequency output in the form of at least two vibration jumpers located in the plane of oscillation, connected by transverse bridges between them, makes it possible to significantly improve the metrological qualities of the high-frequency resonator.

Claims (3)

1. Силоизмерительный преобразователь с частотным выходом, содержащий упругий1. Load Converter with frequency output, containing elastic элемент, изготовленный за одно целое с ним резонатор, систему возбуждени  и измерени  частоты поперечных колебаний, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, резонатор выполнен в виде по меньшей мере двух расположенных в плоскости колебаний симметрично относительно общей продольной оси резонатора чувствительных виброперемычек, которыеan element made in one piece with it a resonator, an excitation system and measuring the frequency of transverse oscillations, characterized in that, in order to increase accuracy, the resonator is made in the form of at least two vibration vibrating jigs located in the oscillation plane symmetrically relative to the common longitudinal axis of the resonator соединены между собой одной или несколькими поперечными перемычками, расположенными на одинаковых рассто ни х от концов виброперемычек перпендикул рно общей продольной оси резонатора.are interconnected by one or several transverse bridges located at equal distances from the ends of the vibratory jumpers perpendicular to the common longitudinal axis of the resonator. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  иелинейности выходной характеристики преобразовател , поперечна  перемычка выполнена в виде пружины, соедин ющей2. The converter according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the linearity of the output characteristic of the converter, the transverse jumper is made in the form of a spring connecting между собой середины виброперемычек, выполненных в виде стержней, например, пр моугольного сечени , причем части каледого стержн  с двух сторон от пружины расположеиы под острым углом к продольной оси резонатора, образу  ромб.between them are the centers of vibratory jumpers made in the form of rods, for example, of rectangular cross section, with the parts of the crank rod on both sides of the spring located at an acute angle to the longitudinal axis of the resonator, forming a rhombus. 3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что виброперемычки резонатора соединены с упругим элементом и поперечными перемычками посредством3. Converter on PP. 1 and 2, characterized in that the vibratory jumpers of the resonator are connected to the elastic element and transverse bridges by упругих шарниров.elastic hinges. Источники информации, прин тые во ванимание при экспертизе 1. Новицкий В. П. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энерги , 1970.Sources of information accepted for vanity during the examination 1. Novitsky V.P. et al. Digital devices with frequency sensors. L., “Energie, 1970. 2 Авторское свидетельство СССР № 142462, кл. G OIL 1/10, 1960.2 USSR Author's Certificate No. 142462, cl. G OIL 1/10, 1960. l j tнocmь „l j tnocm „