Датчик напряжений

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования постоянных или медленно меняющихся напряжений в упругих, вязкоупругих и сыпучих средах. Целью изобретел S,S н / / У v V S/Y , I ,, S//s т т 4J S Zs X ния является измерение касательных напряжений . Датчик содержит корпус, внутри которого размещены силовоспринимающая площадка 6, отделенная от корпуса зазором , заполненным упругой эластичной средой 8, 9, и связанная с корпусом посредством двух балок 7 с упругими шарнирами на концах, рычаг 19, шарнирно соединеный с силовоспринимэющей площадкой 6, корпусом, арретиром и задатчиком компенсирующего усилия, выполненным в виде двух сильфонов 14 и 15, размещенных симметрично-соосно и перпендикулярно оси рычгга 19. а на боковой поверхности площадки имеется выступ, изолированный от площадки, снабженный выводом и касающийся корпуса. 2 з.п.ф-лы. Зил. Y , I ,, 4J S Zs X fc ё

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

„,5U,, 1647293 А1 (н)з G 01 (1/00, 1/02, 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Й. -".:,ь@ПИ -"

, 11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Я. .4

1Ппт

@=,, J7i +у

vF2

Риг (21) 4704959/10 ния является измерение касательных на(22) 15.03.89- пряжений. Датчик содержит корпус, внутри (46) 07.05.91. Бюл. ¹ 17 которого размещены силовоспринимающая (71) Институт механики сплошных сред площадка 6, отделенная от корпуса зазоУральского отделения ЯН СССР ром, заполненным упругой зластичной сре(72) Н.В,Писцов и 8,В.Булавин дой 8, 9, и связанная с корпусом (53) 531.781 (088,8) посредством двух балок 7 с упругими шар(56) Авторское свидетельство СССР нирами на концах, рычаг 19, шарнирно coehh 1361246, кл, 6 01 L 1/00, 1980. диненый с силовоспринимающей

Авторское свидетельство СССР площадкой 6, корпусом, арретиром и задат¹ 1493886, кл. G 01 1/08, 1987, чиком компенсирующего усилия, выполненным в виде двух сильфонов 14 и 15, (54) ДАТЧИК НАПРЯЖЕНИЙ размещенных симметрично-соосно и пер(57) Изобретение относится к измеритель- пендикулярно оси рычага 19. а на боковой ной технике и предназначено для исследо- поверхности площадки имеется выступ, вания постоянных или медленно изолированный от площадки, снабженный меняющихся напряжений в упругих, вязко- выводом и касающийся корпуса. 2 з.п.ф-лы. упругих и сыпучих средах. Целью изобрете- 3 ил.

85 Ф

1 —, лР"г Ъ7 "уг/ „му

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения постоянных или медленно меняющихся напряжений в жидкостях, сыпучих или твердых телах, например, для исследования напряженного состояния сред с упругими и вяэкоупругими свойствами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения касательных напряжений.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2— сечение.А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение

Б-Б на фиг. 1.

Датчик содержит корпус, состоящий из цилиндрической части 1, крышек 2 и 3, измерительной головки 4 и днища 5. Воспринимающая площадка 6 эаглублена внутрь измерительной головки 4 и связана с корпусом посредством двух призматических балок ?, размещенных симметрично вдоль вертикальной оси датчика и имеющих на концах упругие шарниры. Балки 7 выполнены из стали в виде единого элемента с кольцевым основанием, которым они крепятся к корпусу 1 и 4, и силораспределяющим кольцом, являющимся составной частью воспринимающей площадки. По боковой поверхности воспринимающая площадка 6 отделена от корпуса 4 зазором. Зазор заполнен эластичной упругой средой 8 и 9, покрывающей и внешнюю поверхность площадки 6. Упругие шарниры в балках 7 выполнены таким образом, что воспринимающая площадка имеет максимальную подвижность в направлении, лежащем в плоскости, которая проходит через продольные оси балок 7, т.е. оси вращения шарниров перпендикулярны плоскости чертежа. На воспринимающей площадке через изолирующие прокладки 10 посредством прижимного кольца 11 закреплено кольцо

12, имеющее выступ 13, касающийся внутренней поверхности корпуса 4. Выступ 13 ориентирован в направлении максимальной подвижности площадки 6. На внешней поверхности выступа f3 и на смежной с ней поверхности корпуса 4 нанесены покрытия, обеспечивающие надежный электрический контакт. На фиг. 3 показан контактный узел датчика в горизонтальном разрезе, поясняющий профиль выступа 13. Задатчик компенсирующего усилия размещен в цилиндрической части корпуса 1 и состоит из сильфонов 14 и 15. присоединенных к крышкам 2 и 3 и общему днищу. 16. Сильфоны 14 и 15 имеют одинаковый диаметр; расположены соосно. симметрично и перпендикулярно вертикальной оси датчика так, что их продольная ось также ориентирована в направлении максимальной подвижности площадки 6. Штуцеры 17 и 18, размещенные нэ крышках 2 и 3, служатдля связи внутренних полостей сильфонов 14 и

15 с источниками компенсирующего давления Р1 и Рр. Воспринимающая площадка 6 связана с эадатчиком компенсирующего усилия посредством рычага — штока 19, ко10 торый имеет шаровые шарниры в местах сочленения с силораспределительным кольцом воспринимающей площадки и днищем задатчика компенсирующего усилия, Кроме того, шток имеет дополнительную промежуточную опору на корпус, образуя равноплечий силопередающий рычаг. Датчик имеет арретирующее устройство, размещенное внутри днища 5 и состоящее из эксцентрикового вала 20, толкателя 21-, пружины 22 и регулировочной прг бки 23. На фиг. 1 устройсТ8о показано в разарретированном положении и толка*ель не касается свободного конца штока 19. Для фиксации продольных смещений штока 19 служат вспомогательные элементы — упор 24, пружина 25 и пробка 26. На боковой поверхности корпуса 1 размещен разьем 27, к которому подведены выводы 28 от кольца 12 и от корпуса. На наружной поверхности головки корпуса 4 имеется резьба, которой датчик крепится к стенке установки 29, заполненной рабочей средой 30.

Датчик работает следующим образом.

В исходном, нерабочем состоянии эксцентриковый вал 20 развернут так, что толкэтель 2 1 не касается поверхности эксцентрика. Под действием пружины 22 толкатель 21 давит на шток 19, который прижимает воспринимающую площадку 6 вытакова, что касательные напряжения т не могут нарушить контакт..Наличие контакта контролируется замыканием электрической цепи регистрирующего . прибора. подкаюченного к разьему 27. Для перевода датчика

s рабочее положение необходимо подать от источника компенсирующего давления мэксимальную величину давления Р1, достаточную для удержания площадки 6 в прижатом

50 состоянии при любых допустимых значениях т, и повернуть эксцентриковый вэл 20, отведя толкэтель 2 1 от взаимодействия со штоком 19,При этом площадка 6 останется неподвижной, а электрическая цепь 27—

55 замкнутой.

Измерение касательных напряжений t, воздействующих на датчик со стороны рабочей среды 30. заключается в сравнении сил, действующих нэ воспринимающую площад40 ступом 13 к корпусу 4. Сила прижэтия

1647293 ку 6, как со стороны рабочей среды 30 через упругую эластичную среду 8, так и со стороны эадатчика компенсирующего усилия через шток 19. В зависимости от соотношения величин этих сил площадка 6либо опирается на корпус 4 выступом 13, либо отрывается от него.. При измерении производится постепенное снижение величины компенсирующего давления. Р1. Если происходит размыкание электрической цели 27, то дальнейшее снижение давления прекращают и фиксируют величину компенсирующего давления, соответствующую моменту размыкания цепи. Далее увеличивают компенсирующее давление и регистрируют момент замыкания цепи и вновь фиксируют величину давления, Полученные значения компенсационного давления должны практически совпадать, а в случае небольшой разницы в качестве результата выбирается среднее. Если же раэмыкания цепи 27 не происходит до полного сброса давления Р1, следовательно, на площадку 6 действует касательное напряжение противоположного знака. В этом случае. регистрируют величину Р2 а момент размыкания и замыкания цепи 27, только измерение ведут при постепенном увеличении давления Р2 до момента срабатывания и затем при его уменьшении. Измерение заканчивается сбросом Р," и подачей максимального значения Р1. Полученное значение компенсационного давления Р» умножают на коэффициент К, который представляет собой отношение эффективных площадей сильфонного преобразователя давления и воспринимающей площадки, умноженное на отношение плеч силопередающего рычага— штока 19. Значение К определяется конструктивными размерами элементов и уточняется при градуировке датчика.

Введение балок. связывающих воспринимающую площадку с корпусом, обеспечивает одну степень свободы площадки, необходимую для измерения касательных напряжений.. Балка с упругими шарнирами на концах при одинакоаой изгибной жесткости по отношению к балке постоянного сечения обладает большей жесткостью и устойчивостью к продольной нагрузке и большим отношением жесткостей на изгиб в двух поперечных направлениях, 4Т0 обеспечивает наилучшее выделение требуемой сдвиговой компоненты напряжений. Симметричное расположение двух балок позволяет исключить возникновение моментов, опрокидывающих воспринимающую площадку, при работе в условиях сложного напряженного состояния.

Смещение воспринимающей площадки в направлении разрешенной степени свободы контролируется парой электрических контактов, размещенных на площадке и корпусе и ориентированных в направлении максимальной подвижности площадки.

Противодействующая горизонтальная сила подводится к площадке посредством штока, преобразованного а рычаг введением дополнительной опоры на корпус и шарнирным закреплением концов, Соответствующим образом изменена ориентация задатчика компенсирующего усилия, обеспечивающего силовое воздействие на рычаг в требуемом направлении с целью минимизации погрешностей от измерения длин плеч рычага, вызванных непостоянством точек опирания, отношение длин плеч выбрано близким к единице. За счет различия эффективных площадей воспринимающей площадки и сильфоноа возникает эффект гидротрансформатора и в полости сильфонов требуется подавать компенсирующее давление а 10 — 15 раэ меньше, чем значение т.

Предлагаемый датчик обладает высокими метрологическими характеристиками, так как в нем отсутствуют подверженные дрейфу и нуждающиеся в регулярной корректировке элементы.

Формула изобретения

1. Датчик напряжений, содержаший корпус, силовоспринимакицую площадку, размещенную с зазором в углубл нии корпуса, заполненном упругой эластичной средой, шток, соединяющий воспринимающую площадку с арретирующим устройством и задатчиком комгенсирующего усилия, выполненным в виде сильфонов, одними концами присоединенных к корпусу и посредством общего днища другими концами связанных со штоком, и источники компейсируюцего давления, о т л и ч à ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения касательной компоненты напряжений, а него введены две призматические балки, связывающие силовоспринимающую площадку с корпусом, размещенным парал ельно и симметрично вдоль оси штока и снабженные на концах упругими шарнирами, сильфоны выполнены одного диаметра и размещены соссно, симметрично и перпендикулярно оси штока и", разные стороны от него, при этом направление их оси перпендикулярно осям вращения упругих шарниров. а их внутренние голости сообщены с источниками компенсирующего давления.

Составитель В. Годзиковский 7иг

Техред M.Mopãåíòàë Корректор P.Ципле

Редактор Л,Гратилло

Заказ 1390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва. -K-35, Раушская наб., 4!5

Г1роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина. 101

2. Датчик по п.1, о тли ч а ю шийся тем, что на боковой поверхности воспринимающей площадки выполнен выступ, -касающийся корпуса, электрически изолированный - от силовос принимающей 5 площадки, снабженный электрическим выводам и ориентированный в направлении; перпендикулярном осям вращения упругих шарниров, а на внешней поверхности выступа и смежной с ней поверхности корпуса нанесены контактные покрытия.

3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что шток связан с воспринимающей площадкой и дни1цем задатчика компенсирующего усилия и снабжен промежуточной шарнирной опорой на корпус.