Тензорезисторный датчик силы

 

Изобретение предназначено для измерения усилий, прилагаемых к полированному штоку станка-качалки штангового глубинного насоса, используемого при нефтедобыче. Устройство содержит два упругих элемента, жестко соединенных перемычкой, с образованием П-образной конструкции. Нагружающая и опорная силовоспринимающие площадки каждого из упругих элементов развернуты друг относительно друга на 180^o и образуют две трехточечные схемы нагружения, обеспечивающие самоустановку датчика. Размещенные на упругих элементах тензорезисторы собраны в тензометрический полумост. Упругие элементы и перемычка могут быть выполнены из проката П-образного профиля. Технический результат - повышение точности измерения и упрощение конструкции. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения усилия, прилагаемого к полированному штоку станка-качалки штангового глубинного насоса, применяемого при нефтедобыче.

Известен тензорезисторный датчик силы НТО39, содержащий металлический упругий элемент в форме полого цилиндра, нагружаемый по торцевым поверхностям. Датчик предназначен для измерения и выдачи в автоматизированную систему управления информации о величине сил сжатия и используется для определения усилия, прикладываемого к полированному штоку в узле канатной подвески станка-качалки [1].

Недостатком известного датчика является трудоемкость установки его в узел канатной подвески.

Известен тензорезисторный датчик силы, содержащий работающие на сдвиг три радиально расположенные и равномерно распределенные по окружности упругие элементы-балки, соединенные жестким центром. На свободных концах балок установлены силовоспринимающие площадки, выполненные со сферическими поверхностями, тензорезисторы, размещенные на балках. Трехточечная схема нагружения обеспечивает самоустановку датчика по поверхностям, передающим нагрузку, высокую воспроизводимость и точность результатов измерения [2].

Недостатком известного датчика является невозможность его установки в узле канатной подвески станка-качалки без специального переходного устройства.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является тензорезисторный датчик силы, содержащий два параллельно расположенных упругих элемента, жестко соединенных между собой перемычкой, с образованием П-образной конструкции, причем каждый из упругих элементов имеет одну нагружающую и две опорные площадки, а также тензометрический полумост. Датчик устанавливается между верхней и нижней траверсами узла канатной подвески станка-качалки без специального переходного устройства [3].

Недостатком известного датчика является наличие четырехточечной схемы нагружения со стороны опорной и двухточечной - со стороны нагружающей поверхностей, что не обеспечивает самоустановку и приводит из-за различной величины неплоскостности опорных поверхностей к различным результатам измерений при одинаковой величине нагружающей силы.

В основу изобретения положена задача создания конструкции, обеспечивающей самоустановку силовоспринимающих площадок со стороны опорной и нагружающей поверхностей и упрощение конструкции датчика.

Поставленная задача решается тем, что один из упругих элементов повернут относительно другого так, что силовоспринимающие площадки образуют со стороны нагружающей и опорной поверхностей трехточечные схемы нагружения, развернутые относительно друг друга на 180 градусов.

Для упрощения конструкции упругие элементы и связывающая их перемычка выполнены из проката П-образного профиля.

На фиг. 1 изображен датчик силы в изометрии.

На фиг. 2 изображена схема установки датчика в узле канатной подвески станка-качалки.

Упругие элементы 1 и 2 (фиг. 1) жестко соединены перемычкой 3, образуя П-образную конструкцию, причем они выполнены из стального проката П-образного профиля (например, швеллера стального гнутого по ГОСТ 8278-83). Силовоспринимающие площадки 4,5,6 и 7,8,9 образуют две трехточечные схемы нагружения соответственно, со стороны нагружающей и опорной поверхностей. Тензорезисторы 10,11 входят в тензометрический полумост на упругом элементе 2 (на упругом элементе 1 тензорезисторы второго полумоста условно не показаны).

Датчик 12 (фиг. 2) устанавливается между верхней траверсой 13 (нагружающая поверхность) и нижней траверсой 14 (опорная поверхность) при зафиксированном (специальным приспособлением) полированном штоке 15 и раздвинутых траверсах, при этом полированный шток проходит между двумя упругими элементами. Тросы 16,17 узла канатной подвески при работе станка-качалки создают каждый усилия "P/2", направленные вверх, а полированный шток 15 - усилие "P", направленное вниз, при этом упругие элементы тензорезисторного датчика силы 12 сжимаются траверсами 13 и 14.

Благодаря трехточечной схеме нагружения датчик силы самоустанавливается между верхней 13 и нижней 14 траверсами, обеспечивая высокую воспроизводимость и точность измерений.

Изготовление упругих элементов и перемычки из проката П-образного профиля упрощает конструкцию и технологию изготовления, что значительно удешевляет датчик.

Источники информации 1. Журнал "Радиотехника", 1995 г., N 10, с.9.

2. Патент РФ 2073219, кл. G 01 1/22, 1997.

3. Датчик силы 9A5.159.008 (Уфимское приборостроительное производственное объединение.

Формула изобретения

1. Тензорезисторный датчик силы, содержащий два параллельно расположенных упругих элемента, жестко соединенных между собой перемычкой с образованием П-образной конструкции, имеющих каждый нагружающую и опорную силовоспринимающие площадки, и тензометрический полумост, образованный тензорезисторами, отличающийся тем, что один из упругих элементов повернут относительно другого упругого элемента, при этом силовоспринимающие площадки развернуты относительно друг друга на 180^o и образуют со стороны нагружающей и опорной поверхностей трехточечные схемы нагружения.

2. Тензорезисторный датчик силы по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы и перемычка выполнены из проката П-образного профиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2