Где п - число пластин ; d- пьезоэлектрический модуль .

Пьезоэлектрические датчики пригодны только для динамических измерений. Частотный диапазон измерений - до 10⁵ Гц. Для измерения сил с помощью пьезоэлектрических датчиков необходим усилитель заряда.

Измерительные устройства на базе пьезоэлектрических датчиков имеют ряд существенных достоинств:

а) высокая ч увствительность;

б) измерение малых перемещений порядка 1 мкм;

в) большой диапазон измеряемых нагрузок;

г) разделение силы резания на две составляющие достигается не сложными механическими конструкциями, а путем использования свойств пьезокристаллов реагировать на сжимающие и сдвигающие нагрузки;

д) высокая жесткость устройств позволяет измерять высокочастотные колебания.

Электрические заряды, генерируемые измерительными элементами этих датчиков, в результате действия сил резания, с помощью зарядных усилителей преобразуются в пропорциональные измеряемым величинам электрические напряжения. Выходные сигналы зарядных усилителей подвергаются дальнейшей обработке. В результате, на вход электронных блоков измерительного канала поступают пропорциональные значениям измеряемых сил сигналы.

В системах диагностирования для измерения сил резания применяются пьезоэлектрические датчики, выполненные в виде колец, пластин, дюбелей и др. Используются датчики относительного удлинения.

 

Измерительная пластина для определения сил

Конструкция показанная на рис. 5.30, представляет собой стальную плиту с размещенными в ней четырьмя пьезоэлектрическими датчиками.

    

Рис. 5.30. Измерительная пластина в основании револьверной головки

 Чувствительные к деформациям сжатия пьезоэлементы выступают над поверхностью пластины на величину 10–15 мкм. За счет этого при монтаже обеспечивается необходимый предварительный натяг пьезоэлементов, а измеряемая нагрузка, которая может достигать значительной величины, распределяется равномерно по всей площади стальной плиты. Жесткость станка поэтому снижается незначительно.

Пластины, установленные под револьверной головкой дают надежную информацию об износе инструмента, позволяют выявлять до 95% его отказов.

Измерительные кольца с пьезодатчиками

Имеют такие же, что и пластины конструктивные особенности. Они могут устанавливаться в револьверной головке токарного станка с ЧПУ между литым корпусом и неподвижным кольцом или между шпиндельной бабкой и фланцем шпинделя на расточных станках (рис. 5.31).

Рис. 5.31. Пример конструкции измерительного кольца

И монтажа в револьверной головке

Пьезоэлектрический датчик удлинения

Позволяет определить силы резания путем измерения деформаций деталей станка, воспринимающих эти силы. Место закрепления датчика выявляется экспериментальным путем. Оно является звеном, существенно деформируемым от действия силы резания.

Рис. 5.32. Пьезоэлектрический датчик удлинения: 1 – винт; 2 – стенка; 3 – пьезодатчик; 4 – точки опоры; l – длина измерения.

При установке датчика не требуется конструктивных доработок в узлах станка. Устройство привинчивается снаружи винтом 1, например, к корпусу шпиндельной бабки. Растяжение или сжатие на определенной длине измерения  за счет сил трения в поверхностях контакта 4 создает в пьезоэлементе 3 напряжения сдвига и электрический заряд пропорциональный силе.