Способ изменения характеристики гидравлического динамометра

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании прецизионных гидравлических динамометров с упругим элементом в виде сильфона. Сущность изобретения: в основе способа лежат определение нелинейности динамометра, как относительного изменения его эффективной площади, и воздействие измеряемым усилием на гофры 2 упругого элемента для коррекции этого изменения с помощью жестких колец 2, помещаемых между гофрами Приведены выражения для определения параметров этих колец. 1 п ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБЛик (я)5 G 01 1 7/06, 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г

) = - —,,= - —, .-=-. .,7 /, » --т .-- - — --..-=-= -- . . Г, :.; - »

I (21) 4793559/10 (22) 24.01,90 (46) 23.09.92; Бюл. ¹ 35 (75) Ю,А.Трубкин (56) Патент Великобритании ¹ 1494495, кл, G 01 G 5/04, 1977.

Патент ПНР ¹ 118160, кл. G 01 1 1/04, 1980. (54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДИНАМОМЕТРА (57) Изобретение относится к измерительной Ы 1763915 А1 технике и может быть использовано при создании прецизионных гидравлических динамометров с упругим элементом в виде сильфона. Сущность изобретения: в основе способа лежат определение нелинейности динамометра, как относительного изменения его эффективной площади, и воздействие измеряемым усилием на гофры 2 упругого элемента для коррекции этого изменения с помощью жестких колец 2, помещаемых между гофрами, Приведены выражения для определения параметров этих колец. 1 и. ф-лы, 2 ил.

1763915

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании прецизионных гидравлических динамометров с упругим элементом в виде сил ьфона.

В основе способа лежит определение нелинейности выходной характеристики динамометра как относительного изменения его эффективной площади и воздействие измеряемым усилием на гофры упругого элемента для коррекции этого изменения.

Известны конструкции гидравлических динамометров с использованием сильфонав и направляющими штоками, как правило, внешними по отношению к рабочей полости динамометра (патент Великобритании N 1494495, G 01 G 5/04, 1977), В них не предусмотрены элементы воздействия на гофры упругого элемента, так что выходные характеристики динамометра определяются эластичностью и устойчивостью самого сильфона. Этим объясняются сравнительно небольшой (в десятки раз меньше прочностных свойств материала сильфона) диапазон развиваемых давлений и высокая (до нескольких процентов) нелинейность показаний, Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту — прототипом — является конструкция динамометра с использованием сильфона, работающего на сжатие, во внутреннюю полость которого введен несжимаемый шток, а с наружной стороны в промежутках между гофрами установлены жесткие кольца (патент ПНР N

118160, G 01 1 1/04, 1980). Через гофры упругого элемента кольца связаны с точками приложения силы, под действием которой они имеют возможность свободно перемещаться вдоль оси сильфона по мере его нагружения, Наличие колец ведет к упрочению гофров и расширению диапазона измеряемых усилий. Однако размеры этих колец не контролируются и никак не оговариваются, так что их влияние на выходную характеристику динамометра не поддается определению.

Цель изобретения — линеаризация (нелинейность может доходить до нескольких сотыхдолей процента) выходной характеристики гидравлического динамометра с упругим элементом в виде сильфона и с внутренним штоком.

Указанная цель реализована в способе, заключающемся в установке между гофрами сильфона жестких плоских колец (плоские кольца наилучшим образом отвечают профилю предлагаемых к применению сильфонов ГОСТ 21482-76 и ГОСТ 21744—

83), отличающемся тем, что перед установкой конец определяют их толщину t> из соотношения

t> = сг — 4д„„, 5 причем определяют исходя из заданных пределов изменения Л F/F эффективной площади F динамометра:

А (F/F ham(1 — s/F)/t, 10

0 где t2 — расстояние между гофрами, S u s — максимальная и минимальная площади сечения сильфона, t — шаг гофров, у — коэффициент сжимаемости жидкости, Pm — рабочий диапазон по давлению, V — полный объем жидкости в динамометре, F< — площадь сечения внутреннего штока в области гофров (если его нет, то F = О), и — число гофров, На фиг. 1 представлена часть конструкции динамометра, где приняты следующие обозначения; 1 — сильфон; 2 — кольца (для удобства размещения кольца выполняются разрезными, поскольку не несут радиальной нагрузки); 3 — внутренйий шток, Из определения эффективной площади как отношения внутреннего объема V, при1 ходящегося на один гофр сильфона, к его шагу t:

F - =— = с где а — ширина гофра„при сообщении гофру перемещения д «т, следуют два выражения для изменения эффективной площади; (ЛР/F)> = —, (1 — s/F — hV>/FB>) и (2)

«д1

50 дг (ЛР/Р)г = — — (Я/Р— 1 — ЛЧг Удг), (3) первое из которых получено исходя из предположения об уменьшении расстояния меж55 ду гофрами, а второе — из предположения об уменьшении ширины гофра, Поскольку

dV< 0 и ЛЧг 0 — реальные объемы, возникающие вследствие непараллельного смещения стенок гофра при его деформа1763915

t1= t2 ада (5) t1=1г — а(д. до величины

А= min ции, то выражения (2) и (3) можно записать в виде неравенств: (ДР/F)1 (— (1 — S/F ) и (4)

5 (ДР/Е)г = — — (S/F — 1) . дг

Если в промежутки между гофрами по- 10 местить кольца, толщина которых t1 меньше расстояния t2 между гофрами на величину дп, так чтобы на начальном участке деформации, т.е. до значения д1 =(дm, они позволили бы гофру вести себя в соответствии 15 с его свойствами, то накопленная при этом нелинейность согласно выражению (4) будет (ЛР/F)1 (дт(1 — S/F)/t, (6) 20

Здесь 0 ф 1 — степень свободы гофра, а

Bm — максимальный ход гофра при условии

F = const.

При дальнейшем нагружении ди- 25 намометра, т,е. при перемещениях (д

30 (ДР/е)2 — (1 — Дд„,($/F — 1)/т т.е.

ДР/F — (Д /F)2 + (Д /F)1 >

35 — (1 — Яд($/F — 1)/t + ф д (1 — s/F)/t (7) Таким образом, правые части неравенств (6) и (7) представляют соответственно верхние (положительные) и нижние (отрицательные значения возможных изменений эффективной площади с тем замечанием, что для тех значений, для которых правая часть выражения (7) положительна, в силу того, что по определению (ДF/F) I =0

Р=О в качестве нижнего предела А следует брать — (1 — ра„(з/г — 1)/1 + 4 >(1 — s/F)/t

0

При этом не учтены многие эффекты (например, эффект пластичности материала сильфона), вклад которых может быть сравним с величиной проектируемой нелинейности, что ведет к ее искажению, Чтобы это учесть, вводят необходимую коррекцию. для чего поступают следующим образом; кольца, изготовленные в соответствии с требованием размещают между гофрами сильфона, определяют нелинейность выходной характеристики динамометра и в случае ее несоответствия заданной определяют величину "В" — максимальное положительное значение величины Л F/F, после чего окончательно определяют необходимую толщину кольца из соотношения где а = д(1 — з/F)/tÂ.

Изобретение реализовано в конструкции динамометра, представленного на фиг.

2, на котором приняты следующие обозначения:

1 — сильфон; 2 — кольца; 3 — внутренний шток; 4 — фланцы; 5 — винты; 6 и 11 — накладные крышки, 7 и 10 — внутренние вкладыши;

8 — технологические кольца; 9 — уплотнения;

12 — внешний манометр, Фланцы 4 приварены к сильфону 1 с помощью технологических колец 8, необходимых по технологии сварки тонкостенных и массивных деталей, Объем рабочей полости динамометра по обеим сторонам закрыт накладными крышками 6 и 11 и герметизирован с помощью неподвижных уплотнений

9, зажимаемых винтами 5, Шток 3, расположенный внутри рабочей полости, имеет вид катушки с осевым отверстием и газами по образующим щек для лучшего сообщения между частями рабочей полости, Он играет роль направляющего, Своим наибольшим диаметром шток вписывается во внутренний диаметр технологических колец с зазором, обеспечивающим свободное поступательное движение фланцев друг относительно друга.

Внутри полости расположены вкладыши 7 и

10 для уменьшения объема жидкости вне гофрированной части динамометра и тем самым для дополнительного повышения точности и линейности его показаний. С наружной стороны сильфона между гофрами расположены разрезные кольца 2.

При подаче на торцы динамометра сжимающего усилия Q происходит изменение высоты гофрированной части сильфона, в результате чего поднимается гидростатическое давление, контролируемое внешним манометром 12.

Формула изобретения

Способ изменения характеристики гидравлического динамометра с упругим эле1763915 ментом в виде сильфона и с внутренним штоком, путем установки между гофрами сил ьфона жестких плоских колец, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики, перпед установкой колец определяют их толщину t< из соотношения

t =тг — 4д.

t1= t2 — Q(0m, 12

20 $ где а=фд(1 — -ф/тВ.

8 10 Ю а..г

Составитель Ю.Трубкин

Техред М.Моргентал

Корректор С.Лисина

Редактор С,Горячева

Заказ 3451 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 причем определяется исходя из заданных пределов изменения Л F/F из соотношений

АГ (g (5) у НРщЧ где t2 — расстояние между гофрами;

F — эффективная площадь сильфона;

F — допустимое изменение эффективной площади сильфона;

S, s — максимальная и минимальная площади сечения сильфона;

t — шаг гофров;

Н вЂ” коэффициент сжимаемости гофров;

Pm — рабочий диапазон по давлению;

V — полный объем жидкости в динамо5 метре, Fm — площадь сечения внутреннего направляющего штока в области гофров; п — число гофров, затем после пробного размещения колец

10 между гофрами определяют нелинейность выходной характеристики динамометра и в случае ее несоответствия заданной определяют величину B — максимальное положительное значение величины Ь F/F, после

15 чего окончательно определяют необходимую толщину t> кольца иэ соотношения