Тензометрический датчик перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению механических перемещений с помощью тензометрических датчиков. Упругая пластина с тензодатчиками одним концом жестко связана с измерительным штоком а другой ее конец снабжен подшипником качения и прижат к наклонной плоскости опоры в направлении перемещений, закрепленной в корпусе. Тензометрический датчик перемещений позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений и уменьшить трение подвижной системы. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению механических перемещений с помощью тензометрических датчиков, и может быть использовано для определения колебательных характеристик механических конструкций, в том числе летательных аппаратов, при стендовых испытаниях.

Проблема создания датчиков перемещений с расширенным диапазоном измерений до нескольких десятков и сотен миллиметров является актуальной. Такие датчики требуются, в частности, для измерения характеристик собственных колебаний крупногабаритных летательных аппаратов, подвижных систем широкоходовых возбудителей колебаний и других.

К датчикам перемещений с большим ходом предъявляются такие жесткие требования, как линейность во всем диапазоне измерений, пренебрежимо малое влияние на испытываемый объект со стороны датчика, простота и долговечность конструкции.

Известен электрический датчик перемещений, содержащий упругую консольно закрепленную тензобалку, измерительный шток и пружину постоянной жесткости, один конец которой связан с измерительным штоком, а другой конец установлен на балке с возможностью перемещения в направлении ее продольной оси [1] Однако конструкция этого датчика не позволяет расширить диапазон измерения перемещений, а в динамическом режиме работы собственные резонансы пружины на определенных частотах существенно снижают точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является тензометрический датчик перемещений, содержащий два взаимосвязанных упругих элемента разной жесткости с тензоэлементами, измерительный шток с пружиной сжатия, установленный в отверстии корпусного элемента [2] Недостатком этого датчика является ограниченный диапазон измерения перемещений, не превышающий суммарной деформации двух упругих элементов. Кроме того, неоднозначна чувствительность датчика в общем диапазоне перемещений, что снижает точность измерений, а наличие пружины сжатия увеличивает коэффициент трения подвижной системы.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений линейных перемещений и уменьшение трения подвижной системы датчика.

Цель достигается тем, что в тензометрическом датчике перемещений, содержащем упругую пластину с тензоэлементами, измерительный шток и корпус, упругая пластина одним концом жестко связана с измерительным штоком, а другой ее конец снабжен подшипником качения и прижат к наклонной плоскости опоры в направлении перемещений, закрепленной в корпусе.

Существенными отличиями предлагаемого датчика от известных являются жесткое соединение одного конца упругой пластины с измерительным штоком, прижатие ее свободного конца, снабженного подшипником качения, к наклонной плоскости (относительно направления осевых перемещений штока) опоры, закрепленной в корпусе.

Такое решение обеспечивает условие, при котором малым величинам прогиба упругой пластины соответствуют большие линейные перемещения измерительного штока. При этом чем меньше угол между наклонной плоскостью опоры и осью измерительного штока, тем больше диапазон измерений датчика для одного и того же значения прогиба (деформации) упругой пластины. Установка подшипника качения на свободном конце упругой пластины существенно уменьшает коэффициент трения подвижной системы, что особенно важно при больших перемещениях штока.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 опора с наклонной плоскостью, где Y диапазон перемещений измерительного штока; X диапазон перемещений (прогиб) свободного конца упругой пластины; α- угол наклона.

Тензометрический датчик перемещений содержит упругую пластину 1 с наклеенными на ней тензоэлементами 2, закрепленную одним концом на штоке 3, установленном в направляющих 4, другой конец упругой пластины 1 снабжен подшипником 5 качения и прижат к наклонной плоскости 6 опоры 7, закрепленной на основании корпуса 8.

Датчик работает следующим образом.

Свободный конец штока 3 сопрягают с испытуемым объектом, относительные перемещения которого требуется определить. При осевых перемещениях штока в направляющих 4 свободный конец упругой пластины 1 через подшипник 5 качения перемещается по наклонной плоскости 6 опоры 7, вызывая пари этом прогиб самой пластины. Величина этого прогиба, определяемая как X Y tgα, с помощью тензоэлементов 2 преобразуется в электрический сигнал, измеряемый соответствующим прибором.

Поскольку угол α является постоянной величиной для выбранной конструкции датчика, то величина прогиба пластины с точностью постоянного коэффициента линейно зависит только от величины осевого перемещения Y штока. Передаточное число K_д датчика, характеризуемое как отношение перемещений штока к прогибу пластины, определяется величиной угла α. Например, для α= 45^о K_д 1, а при α__→ 0° K_д__→ ∞.

Таким образом, для расширения диапазона измерения перемещений достаточно выбрать соответствующий угол наклонной плоскости опоры, обеспечивая практически сколь угодно большой диапазон перемещений штока датчика.

Благодаря установке подшипника качения на конце упругой пластины обеспечивается минимальное трение между подвижными и неподвижными частями, повышается точность измерений и увеличивается срок службы датчика.

Формула изобретения

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий упругую пластину с тензоэлементами, измерительный шток и корпус, отличающийся тем, что упругая пластина одним концом жестко связана с измерительным штоком, а другой ее конец снабжен подшипником качения и прижат к наклонной плоскости опоры, закрепленной в корпусе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2