Датчик силы
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения силы посредством частотных преобразовательных элементов. Цель изобретения - повышение точности и стабильности . Это достигается введением в датчик эксцентриковой втулки 6, связанной с подвижной опорой 4 и силовоспринимающим элементом 3. Измеряемая сила через эксцентриковую втулку 6 и подвижную опору 4 передается на струйный элемент 2. Кроме того, подвижная опора закреплена в корпусе 1 при помощи упругого шарнира 5, ось которого наклонена под определенным углом к продольной оси силовосприкимающего элемента 3. Для герметизации внутреннего объема датчика используется разделитель 7 сред, связанный с эксцентриковой втулкой 6 и корпусом 1. 2 ил. i W
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ÄÄSUÄÄ 1401294
А1 дц4 G 011 1/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4237634/24-10 (22) 31.03.87 (46) 07.06.88. Бюл. № 21 (71) Научно-исследовательский сектор
Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-изыскательского института «Гидропроект» им. С. Я. Жука (72) И. К. Коновалов, В. 3. Хейфиц, В. В. Калинин, М. Л. Мельников и О. В. Васылькив (53) 53! .781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1133488, кл. G 01 1 1/10, 1984.
Гидротехническое строительство, 1983, №2, с. 15. (54) ДАТЧИК СИЛЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения силы посредством частотных преобразовательных элементов. Цель изобретения — повышение точности и стабильности. Это достигается введением в датчик эксцентриковой втулки 6, связанной с подвижной опорой 4 и силовоспринимающим элементом 3. Измеряемая сила через эксцентриковую втулку 6 и подвижную опору 4 передается на струйный элемент 2. Кроме того, подвижная опора закреплена в корпусе 1 при помощи упругого шарнира 5, ось которого наклонена под определенным углом к продольной оси силовоспринимающего элемента 3. Для герметизации внутреннего объема датчика используется разделитель 7 сред, связанный с эксцентриковой втулкой
6 и корпусом 1. 2 ил.
1401294
20
45 (2) 50
Следовательно, при значении б, вычис55 ленном по формуле (2), угол поворота силоизмерительного элемента равен нулю, т.е. чувствительность датчика к изменению внешнего давления близка к нулю. Для регулиИзобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения силы посредством частотных преобразовательных элементов.
Цель изобретения — повышение точности и стабильности датчика силы.
На фиг. 1 схематически изображена кон, структивная схема предлагаемого датчика силы; на фиг. 2 — узел крепления силовоспринимающего элемента и подвижной опоры струны к корпусу.
Датчик силы содержит герметичный корпус 1, внутри которого размещен струнный преобразовательный элемент 2, силовоспринимающий элемент 3, подвижную опору 4, пластины 5 упругого шарнира, эксцентриковую втулку 6, разделитель 7 сред и гайку 8 для фиксации силовоспринимающего элемента в опоре. Для возбуждения колебаний струны в корпусе закреплена электромагнитная система 9.
Датчик силы работает следующим образом.
Входная сила P. отклоняет силовоспринимающий элемент 3 и подвижную опору
4 струны, прикрепленные пластинами 5 к корпусу, и изменяет начальное натяжение струны Р.. Механические напряжения струны однозначно определяют частоту ее собственных колебаний. Частота колебаний струны является выходным информативным параметром датчика. Возбуждение и преобразование колебаний в электрический сигнал осуществляет электромагнитная система.
Работа упругих пластин заключается в следующем. При работе датчика на пластины действуют две силы: Р» — измеряемая сила и Pc — сила, воспринимаемая струной. Если привести эти силы в мгновенный центр вращения, расположенный на упругих пластинах, окажется, что равнодействующая этих сил направлена под углом я=
Р.
Р
= arctg — к продольнои оси разделителя сред. Следовательно, если мы установим пластины под углом а, то пластины в основном будут работать на растяжение, а механические напряжения в них, при одинаковой изгибной жесткости, будут наименьшими по сравнению с любым другим положением из-за отсутствия изгиба. Увеличивать поперечное сечение пластин (для уменьшения растягивающих напряжений) недопустимо, так как в этом случае неизбежно увеличится их изгибная жесткость, доля которой во входной жесткости датчика должна быть в 50 — 100 раз ниже доли продольной жесткости струны. В свою очередь, минимальные напряжения в пластинах позволяют обеспечить практическую неизменность положения мгновенного центра вращения (М.Ц.В) и, следовательно, стабильность кинематических характеристик пластин в течение
40 длительного времени, а также длительную стабильность метрологических характеристик датчика силы.
Рассмотрим работу упругих пластин датчика при изменении внешнего давления (фиг. 2). Назначение пластин упругого шарнира — обеспечить поворот силовоспринимающего элемента и подвижной опоры относительно М.Ц.В. пластин при воздействии
Р„. Положение М.Ц.В. неизменно и однозначно зависит при небольших углах поворота только от вида нагружения. При изменении внешнего давления P на силовоспринимающий элемент в направлении его продольной оси действует сила Р», равная ее произведению на эффективную плошадь разделителя сред. Действие P- может вызвать поворот силовоспринимающего элемента и, следовательно, изменение натяжения струны при неизменной входной величине P.
Для анализа влияния P- на точность датчика приводят Рв к точке А (фиг. 2), разлагая Р на две силы Р„и P . При этом на пластины действует момент М, М=Рв о; Рх=Рв sinn;
Py = Р.- cos n, где 6 — расстояние от оси разделителя сред до точки прикрепления пластин к поротной опоре; а — угол между плоскостью пластин упругого шарнира и осью струнного преобразовательного элемента.
Действие Ру вызывает продольную деформацию упругих пластин, для уменьшения которой следует стремиться к уменьшению их длины.
Действие М и Р„ приводит к повороту силовоспринимающего элемента относительно М. LI,.Â. в противоположных направлениях.
Поэтому поворот силовоспринимающего элемента будет равен нулю, если угол поворота р„от действия М будет равен по абсолютному значению углу поворота у от действия
Рх т.е.
Ч » — Р, (1)
Подставив известные зависимости в уравнение (1), имеют
12М1 6Р, 1
Esh Eah где 1, b u h — геометрические размеры упругих пластин;
E — модуль упругости.
Отсюда 2Р. 6= Р. 1 sinn;
1401294 о лилтля
Составитель A. Экономов
Реда кто р А. Коз о рез Техред И. Верес Корректор Л. Патай
Заказ 2518/39 Тираж 847 Г1одписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1!3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород. ул. Проектная, 4 рования о в конструкции датчика предусмотрена эксцентриковая втулка, расположенная между силовоспринимающим элементом и подвижной опорой и позволяющая плавно изменять положение оси разделителя сред относительно М. Ц.В. Начальное значение
Ьо задают равным 26.
Регулировку эксцентриситета в датчике выполняют следующим образом. Датчик полностью собирают, из меряют частоту колебаний струны Р» при атмосферном давлении, затем во внутреннюю полость разделителя сред, например сильфона, подают избыточное давление и измеряют частоту колебаний струны Fn. В том случае, если 15
Е отличается от Fo, поворотом эксцентриковой втулки добиваются того, чтобы F» сравнялось с Р». После этого закрепляют эксцентриковую втулку гайкой 8 и датчик готов к градуированию.
Формула изобретения
Датчик силы, содержащий корпус, струнный элемент, закрепленный одним концом в корпусе, а другим — на подвижной опоре, кинематически связанной с силовоспринимающим элементом и корпусом, упругий шарнир, а также разделитель сред, связанный с корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в него введена эксцентриковая втулка, связанная с разделителем сред с силовоспринимающим элементом и с подвижной опорой, которая связана с корпусом через упругий шарнир, ось которого направлена под углом а к продольной оси силовоспринимающего элемента, равным
Р» а = arctg —
Рс где Р» — верхний предел измеряемой силы;
Pc — максимальное значение силы, воспринимаемой струнным элементом.
