Акселерометр

 

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий чувствительный элемент и установленный на упругом подвесе корпус, внутри которого на пружинах закреплена инерционная масса, а зазоры между стенками корпуса и инерционной массой заполнены демпфирующим веществом, и защитный кожух, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности в широком диапазоне температур, в качестве демпфирующего вещества использован мелкодисперсный порошок из электроизоляционного неорганического материала, при этом на внешней поверхности инерционной массы и внутренней поверхности корпуса выполнены поперечные кольцевые канавки.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения виброускорения в машинах и механизмах с жесткими условиями эксплуатации. Известны акселерометры, в которых для повышения точности измерений чувствительный элемент (преобразователь) и инерционная масса выполнены в виде поплавка, помещенного в демпфирующую жидкость. Заполнение жидкостью полости, в которой закреплен чувствительный элемент, приводит к тому, что чувствительность его снижается за счет значительного гидравлического сопротивления, препятствующего движению элемента. Резкое снижение добротности чувствительного элемента находящегося в жидкости, приводит не только к размытию резонансного пика, но и к смещению его в сторону нижних частот за счет увеличения эффективной массы чувствительного элемента, а это приводит к снижению диапазона рабочих частот преобразователя. Однако, упругие свойства жидкостей таковы, что ударные процессы передаются в виде волн, способных разрушать чувствительный элемент. Поэтому, такая конструкция дает значительные погрешности при виброизмерениях в условиях воздействия температур, удара и высокочастотных составляющих вибраций. Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому является акселерометр, содержащий чувствительный элемент, и установленный на упругом подвесе корпус, внутри которого на пружинах, закреплена инерционная масса, а зазоры между стенками корпуса и инерционной массой заполнены демпфирующим веществом и защитный кожух. Этот акселерометр имеет ограниченный диапазон рабочих температур, что вызывает дополнительные температурные погрешности и снижает точность измерения. Целью настоящего изобретения является обеспечение стабильности в широком диапазоне температур. Эта цель достигается тем, что в акселерометре, содержащем чувствительный элемент и установленный на упругом подвесе корпус, внутри которого на пружинах закреплена инерционная масса, а зазоры между стенками корпуса и инерционной массой заполнены демпфирующим веществом, в качестве демпфирующего вещества использован мелкодисперсный порошок из злектроизоляционного неорганического материала, при этом на внешней поверхности инерционной массы и внутренней поверхности корпуса выполнены поперечные кольцевые канавки. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом. Чувствительный элемент акселерометра 1, нагруженный через тарельчатые пружины 2 инерционной массой 3, помещен в дополнительный герметичный корпус 4, заполненный мелкодисперсным порошком 5. Для расширения температурного диапазона акселерометра порошок должен быть из неорганического материала. Дополнительный корпус через две амортизационные прокладки 6 защемлен между основанием 7 и кожухом 8 с определенным усилием поджатия амортизаторов. Для упрощения токосъема с чувствительного элемента акселерометра амортизационные прокладки должны быть выполнены из токопроводящего материала. Причем, дополнительный корпус механически связан с корпусом 9 только через нижнюю амортизационную прокладку. Благодаря электроизоляционным прокладкам 10, расположенным в основании и в крышке кожуха, дополнительный корпус гальванически изолирован от корпуса акселерометра, что обеспечивает экранирование чувствительного элемента от внешних механических тепловых и электромагнитных воздействий. При действии ускорения вдоль оси акселерометра инерционная масса через тарельчатые пружины изгибает чувствительный элемент, вызывая появление полезного сигнала. Амортизационные прокладки обеспечивают снижение амплитуды воздействия ударных и высокочастотных составляющих ускорения, а наличие порошка в полости, где размещен чувствительный элемент, и бороздок на боковых поверхностях инерционной массы и кожуха приводят к снижению его механической добротности за счет потерь энергии при трении порошка о поверхность чувствительного элемента при его перемещении, что уменьшает подъем частотной характеристики и расширяет рабочий диапазон частот. Такая конструкция акселерометра позволяет использовать его в широком диапазоне температур от -200 до +200^оС, так как амортизационные прокладки и порошок, заполняющий полость чувствительного элемента, имеют малую и разную по знаку зависимость демпфирующих свойств от температуры. Это подтверждается следующим: показатель степени амортизации (демпфирования) характеризующей поглощение энергии амортизационной прокладкой из металлорезины К₁, определяется следующим выражением: K₁= α (1) а для порошкового демпфера К₂: K₂ β˙V₂ ˙ρ₂˙ K₂ β˙ G₂, (2) где V₁ объем амортизатора; V₂ объем, занимаемый порошком; ρ₁- плотность материала прокладки; ρ₂- плотность материала порошка; К₁ коэффициент заполнения прокладки; К₂ коэффициент заполнения порошка; α,β- константы размерности;
G₂ масса порошка. Так как описываемая конструкция обеспечивает при изменении температуры практически неизменный объем прокладок и порошковой засылки, то влияние на показатели К₁; К₂ оказывают только коэффициенты k₁; k₂, причем они имеют влияние противоположно направленное. Следовательно, для сохранения суммарного показателя демпфирования для конструкции необходимо, чтобы К₁ К₂. С учетом выражений (1), (2), находим, что масса порошка должна удовлетворять условию:
G A
Благодаря тому, что чувствительный элемент защемлен между тарельчатыми пружинами, на торцах которых установлена инерционная масса, расположенная в корпусе, заполненном порошком, удается получить высокую чувствительность акселерометра при достаточно большой собственной частоте. Испытания опытных образцов, изготовленных в соответствии с предлагаемой конструкцией, в условиях воздействия вибрационных ускорений до 2 т.ед. и ударных до 3,5 тыс.ед. подтвердили повышенную точность (в 3-5 раза) измерения виброускорений в диапазоне температур -200 +200^оС по сравнению с точностью измерения, полученной с помощью известного акселерометра. Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает повышенную точность измерения в условиях комплексного воздействия температур -200 +200^оС, ударных и высокочастотных вибраций до нескольких тысяч единиц.

Формула изобретения

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий чувствительный элемент и установленный на упругом подвесе корпус, внутри которого на пружинах закреплена инерционная масса, а зазоры между стенками корпуса и инерционной массой заполнены демпфирующим веществом, и защитный кожух, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности в широком диапазоне температур, в качестве демпфирующего вещества использован мелкодисперсный порошок из электроизоляционного неорганического материала, при этом на внешней поверхности инерционной массы и внутренней поверхности корпуса выполнены поперечные кольцевые канавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1