×
10.02.2015
216.013.26c2

Результат интеллектуальной деятельности: РЕЗОНАТОР СИЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области измерения механических параметров. Резонатор силочувствительный с изгибной формой колебаний выполнен в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры выполнены в средней части каждого стержня с образованием клиновидных участков с большей изгибной жесткостью, узкие части которых обращены в сторону первых и вторых упругих шарниров соответственно. Достигаемым техническим результатом является увеличение силовой чувствительности резонатора силочувствительного. 1 ил.
Основные результаты: Резонатор силочувствительный с изгибной формой колебаний, выполненный в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры выполнены в средней части каждого стержня с образованием участков с большей изгибной жесткостью, отличающийся тем, что участки с большей изгибной жесткостью выполнены клиновидными, узкие части которых обращены в сторону первых и вторых упругих шарниров соответственно.

Изобретение относится к области измерений механической силы и связанных с ней величин: момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. Известен резонатор силочувствительный (см. патент РФ №2329511, опубликованный в БИ №20 от 20.07.2008).

Известный резонатор силочувствительный с изгибной формой колебаний выполнен в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры в средней части каждого стержня выполнены с образованием участков с большей изгибной жесткостью по сравнению с упругими шарнирами. Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является невозможность достижения максимального значения чувствительности (заложенных в принципе работы силочувствительного резонатора) при необходимой ударопрочности (в условиях действия неизмеряемых сил со значениями, превышающими диапазон измерения).

Решаемой технической задачей является создание резонатора силочувствительного при сохранении габаритных размеров с более высокой чувствительностью с обеспечением ударопрочности.

Достигаемым техническим результатом является уменьшение критической силы стержней резонатора за счет уменьшения жесткости упругих шарниров, соединяющих концы стержней с участком приложения измеряемой силы.

Для достижения технического результата в резонаторе силочувствительном с изгибной формой колебаний, выполненном в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры выполнены в средней части каждого стержня с образованием участков с большей изгибной жесткостью, новым является то, что участки повышенной изгибной жесткости выполнены клиновидными, узкие части которых обращены в сторону первых и вторых упругих шарниров соответственно.

Конструкция предлагаемого резонатора силочувствительного представлена на фигуре (пунктирными линиями обозначена форма прототипа).

Резонатор силочувствительный состоит из двух идентичных параллельно расположенных стержней с участками 1 и 2, разделенными упругими шарнирами 3. Концы стержней монолитно объединены с каждой из сторон двумя элементами 4 и 5, к которым прилагается измеряемая сила. В средней части каждого стержня в месте перехода от участка 1 к участку 2 образованы упругие шарниры 3 посредством местного уменьшения ширины стержней. С одной стороны концы стержней жестко соединены между собой элементом 4 (аналогично условию защемления), а с другой стороны концы стержней участка 2 объединены элементом 5 через упругие шарниры 6. Измеряемая сила P прикладывается к элементам 4 и 5 через концентраторы 7. Изгибные противофазные колебания резонатора силочувствительного (типа двухветвевого камертона) возбуждаются электромеханическим преобразователем (например, пьезоэлектрическим, на фигуре не показан) в плоскости, содержащей обе ветви камертона.

Новая совокупность существенных признаков увеличивает силовую чувствительность (коэффициент преобразования) резонатора силочувствительного.

Импеданс электромеханического преобразователя резонатора по электрической стороне на частоте резонанса принимает экстремальное значение, относительно значения за пределами резонансной частоты. Это используется для построения генераторов электрических сигналов с частотой, равной частоте механического резонанса резонатора. Процесс резонансных колебаний механического резонатора, и в частности двухветвевого камертона, сопровождается обменом потенциальной и кинетической энергией между двумя реактивными элементами системы с распределенными параметрами: эквивалентной упругостью и массой; часть энергии теряется на трение в материале стрежня и упругих шарнирах при их деформациях и в местах крепления концов стержней.

Устройство работает следующим образом. Механический резонатор через электромеханический преобразователь подключен в цепь обратной связи автогенератора. После подачи напряжения питания на автогенератор в системе "генератор - электрический преобразователь - резонатор" при соблюдении условий "баланса амплитуд" и "баланса фаз" (смотри, например, книгу П.В. Новицкий и др. "Цифровые приборы с частотными датчиками", "Энергия" 1970 г.) устанавливаются колебания резонатора и, соответственно, выходные электрические сигналы с частотой, равной резонансной частоте резонатора. Выходные электрические сигналы генератора используются после соответствующего преобразования для регистрации результатов измерения силы, действующей на резонатор. В исходном положении, соответствующем нулевому значению измеряемой силы, значение резонансной частоты механического резонатора f0 определяется конструктивными размерами элементов резонатора и физическими свойствами материала, из которого он изготовлен (модуль упругости - E, плотность - ρ). При значении измеряемой силы, приложенной к концентраторам 7 в продольном направлении резонатора (вдоль стержней) отличном от нуля, изменяется его эквивалентная упругость и, соответственно, значение резонансной частоты (растягивающая продольная сила вызывает увеличение частоты, а сжимающая - уменьшение). Функциональная зависимость частоты механического резонанса f(p) от значения продольной измеряемой силы P определяется следующим выражением:

где f0 - значение резонансной частоты резонатора при P=0;

B - постоянный коэффициент, равный величине обратной критической силы Ркр стержней резонатора (определяется формой, геометрическими размерами, условиями крепления концов, модулем упругости материала стержней).

При разложении в степенной ряд функция (1) для случая |B·P|<1 принимает вид:

Значение измеряемой силы, действующей на резонатор, преобразуется в выходной параметр в виде изменения резонансной частоты Δf(p) относительно начального значения f0 (девиация):

Относительная девиация δf(p) представляется выражением:

Для случаев, при которых максимальное значение произведения B·Pmax не превышает 0,1, вклад нелинейных членов выражения (4) (со степенью больше 1) не превышает 0,03 (3%). В связи с этим функции преобразования силочувствительного резонатора (3), (4) в первом приближении могут быть представлены линейными зависимостями:

в которых коэффициент преобразования определяется параметром - B (равен обратной величине критической силы - Pкр, при которой стержни резонатора теряют устойчивость).

Значения критической силы Pкр и ее обратной величины B определяются выражениями:

где l - длина участка 1 стержня;

µ - коэффициент приведения длины, заключенного между упругими шарнирами 3 и элементом 4 участка 1 стержня, определяется условиями крепления его концов;

E - модуль упругости материала стержня;

j - момент инерции сечения участка 1 стержня.

Коэффициент преобразования Кп измеряемой силы при изменении резонансной частоты резонатора силочувствительного стержневого типа с учетом выражений (5), (7) и распределения измеряемой силы поровну между двумя идентичными ветвями будет равен:

Коэффициент приведения длины µ для механической системы фигуры с идеальными шарнирами (момент сопротивления равен нулю) определяется решением уравнения (см. книгу Федосьева "Сопротивление материалов" "Наука" 1974 г. стр.441-447):

где ;

a - длина участка 2 стержня, заключенного между упругими шарнирами 3, 6.

Максимальное значение чувствительности достигается при выполнении упругих шарниров 3 и 6 со значением реактивного момента (изгибной жесткостью), близким к нулю. Это требует выполнение упругих шарниров 3, 6 с малым сечением. При этом минимальная жесткость упругих шарниров 3, 6 и соответственно их сечение ограничивается прочностью в условиях действия предельных значений измеряемых и неизмеряемых (ударных) сил. Наличие конечного (отличного от нуля) упругого реактивного момента упругих шарниров 3, 6 увеличивает критическую силу стержневого резонатора, уменьшая тем самым его коэффициент преобразования.

Выполнение участков 1, 2 с переменной жесткостью позволяет минимизировать влияние реактивных моментов упругих шарниров 3, 6 на критическую силу стержней резонатора и увеличить его силовую чувствительность при сохранении уровня ударопрочности. При этом изгибная жесткость стержней резонатора максимальна у участков 1 в месте объединения концов элементом 4 и плавно уменьшается за счет уменьшения ширины по мере приближения к упругим шарнирам 3.

Изгибная жесткость участков 2 минимальна в местах присоединения к упругим шарнирам 3 и плавно уменьшается за счет монотонного уменьшения ширины по мере приближения к упругим шарнирам 6.

Оптимальные размеры силочувствительного резонатора определены моделированием на ПЭВМ с использованием метода конечных элементов. По результатам расчетов разработаны экспериментальные образцы. Проведенные исследования подтвердили эффективность предлагаемого технического решения.

Резонатор силочувствительный с изгибной формой колебаний, выполненный в виде двух идентичных параллельно расположенных между собой стержней, одни концы которых жестко соединены между собой и с первым элементом приложения измеряемой силы, а другие концы соединены через первые упругие шарниры со вторым элементом приложения измеряемой силы, при этом вторые упругие шарниры выполнены в средней части каждого стержня с образованием участков с большей изгибной жесткостью, отличающийся тем, что участки с большей изгибной жесткостью выполнены клиновидными, узкие части которых обращены в сторону первых и вторых упругих шарниров соответственно.
РЕЗОНАТОР СИЛОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 191-200 of 594 items.
20.02.2015
№216.013.2a6c

Способ получения порошка диоксида урана

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для получения порошка диоксида урана, идущего на изготовление керамических таблеток уранового оксидного ядерного топлива. Способ получения порошка диоксида урана заключается в нагревании смеси раствора уранилнитрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542317
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2bf4

Способ навигации движущихся объектов

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов (ДО), управления их движением и обеспечения навигации ДО. Технический результат состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542720
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c48

Детонационное логическое устройство для формирования взрывной волны

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к детонирующим системам, предназначенным для формирования взрывной волны заданной формы в заряде взрывчатого вещества (ВВ) или состава (ВС) пониженной чувствительности. Детонационное логическое устройство для формирования взрывной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542804
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ca4

Устройство для измерения плотности потока нейтронов

Изобретение относится к ядерной технике. Техническим результатом является уменьшение погрешности измеряемой величины плотности потока нейтронов. Устройство для измерения плотности потока нейтронов содержит: ионизационную импульсно-токовую камеру с двумя электродами, электрометрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542896
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.03.2015
№216.013.3519

Способ направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием импульсных электромагнитных полей

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к модификации электрофизических свойств полупроводниковых транзисторных структур. Способ включает определение критериальных параметров приборов, облучение в пассивном режиме ограниченной выборки однотипных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545077
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.352e

Реакторная установка с реактором на быстрых нейтронах и свинцовым теплоносителем

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в энергетических установках с реактором на быстрых нейтронах c теплоносителем в виде свинца или его сплава. Установка включает шахту реактора с верхним перекрытием, размещенный в шахте реактор с активной зоной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545098
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.35ea

Способ разделения газообразных смесей на фракции с различным удельным весом и газовая центрифуга для его осуществления

Изобретение относится к разделению изотопных и газовых смесей, преимущественно газообразных соединений изотопов урана. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, вращающийся ротор, соосно размещенный в корпусе, выполненный в виде вала и снабженный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545286
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.35ed

Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области сверхвысоких давлений

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545289
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.3610

Датчик резонаторный

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545324
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.36d9

Индуктивный преобразователь угла поворота

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индуктивным преобразователям угла поворота систем автоматики. Технические результат заключается в повышении точности работы преобразователя и упрощении его изготовления. Преобразователь угла содержит ротор, по крайней мере, с одним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545529
Дата охранного документа: 10.04.2015
Showing 191-200 of 453 items.
20.02.2015
№216.013.2a6c

Способ получения порошка диоксида урана

Изобретение относится к радиохимической технологии и может быть использовано для получения порошка диоксида урана, идущего на изготовление керамических таблеток уранового оксидного ядерного топлива. Способ получения порошка диоксида урана заключается в нагревании смеси раствора уранилнитрата и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542317
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2bf4

Способ навигации движущихся объектов

Изобретение относится к области навигации движущихся объектов и может быть использовано при построении различных систем локации, предназначенных для определения местоположения движущихся объектов (ДО), управления их движением и обеспечения навигации ДО. Технический результат состоит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542720
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c48

Детонационное логическое устройство для формирования взрывной волны

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к детонирующим системам, предназначенным для формирования взрывной волны заданной формы в заряде взрывчатого вещества (ВВ) или состава (ВС) пониженной чувствительности. Детонационное логическое устройство для формирования взрывной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542804
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.02.2015
№216.013.2ca4

Устройство для измерения плотности потока нейтронов

Изобретение относится к ядерной технике. Техническим результатом является уменьшение погрешности измеряемой величины плотности потока нейтронов. Устройство для измерения плотности потока нейтронов содержит: ионизационную импульсно-токовую камеру с двумя электродами, электрометрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542896
Дата охранного документа: 27.02.2015
27.03.2015
№216.013.3519

Способ направленной модификации полупроводниковых приборных структур с использованием импульсных электромагнитных полей

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к модификации электрофизических свойств полупроводниковых транзисторных структур. Способ включает определение критериальных параметров приборов, облучение в пассивном режиме ограниченной выборки однотипных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545077
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.352e

Реакторная установка с реактором на быстрых нейтронах и свинцовым теплоносителем

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в энергетических установках с реактором на быстрых нейтронах c теплоносителем в виде свинца или его сплава. Установка включает шахту реактора с верхним перекрытием, размещенный в шахте реактор с активной зоной,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545098
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.35ea

Способ разделения газообразных смесей на фракции с различным удельным весом и газовая центрифуга для его осуществления

Изобретение относится к разделению изотопных и газовых смесей, преимущественно газообразных соединений изотопов урана. Газовая центрифуга содержит герметичный неподвижный корпус в виде вертикального цилиндра, вращающийся ротор, соосно размещенный в корпусе, выполненный в виде вала и снабженный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545286
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.35ed

Устройство сферической формы для исследования сжимаемости газов в области сверхвысоких давлений

Изобретение относится к области исследований квазиизэнтропической сжимаемости газов, например водорода, дейтерия, гелия и т.д., в мегабарной области давлений. Устройство содержит заряд взрывчатого вещества, охватывающий металлическую оболочку с полостью для напуска газа посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545289
Дата охранного документа: 27.03.2015
27.03.2015
№216.013.3610

Датчик резонаторный

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545324
Дата охранного документа: 27.03.2015
10.04.2015
№216.013.36d9

Индуктивный преобразователь угла поворота

Изобретение относится к области электротехники, в частности к индуктивным преобразователям угла поворота систем автоматики. Технические результат заключается в повышении точности работы преобразователя и упрощении его изготовления. Преобразователь угла содержит ротор, по крайней мере, с одним...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002545529
Дата охранного документа: 10.04.2015
+ добавить свой РИД