Тензорезисторный датчик силы

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения усилий, действующих на полированный шток станка-качалки при нефтедобыче. Датчик содержит два параллельных соединенных перемычкой упругих элемента. На каждом упругом элементе между Г-образными пазами расположены тензорезисторы тензометрического полумоста. С наружной и внутренней сторон каждого упругого элемента расположены крышки с уплотнением, соединенные попарно с помощью дистанционных втулок. За счет выбора размеров сопрягаемых деталей крышки являются самоустанавливающимися по упругим элементам через уплотнение. Усилия прижима в паре крышек направлены навстречу друг другу, что исключает деформации в упругом элементе в зоне приклейки тензорезисторов. Изменение ширины части упругого элемента между Г-образными пазами позволяет создавать датчики с различной чувствительностью. Технический результат - обеспечение долговременной стабильности метрологических характеристик датчика. 5 ил.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при измерении усилия, приложенного к полированному штоку станка-качалки при нефтедобыче.

Известен тензорезисторный датчик силы, содержащий работающие на сдвиг три радиально расположенные и равномерно распределенные по окружности упругие элементы балки, соединенные жестким центром. На боковых поверхностях балок выполнены выемки, на внутренних стенках которых размещены тензорезисторы [1].

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

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тензорезисторный датчик силы, содержащий два параллельно расположенных упругих элемента, жестко соединенных между собой перемычкой, на наружной стороне каждого упругого элемента размещены тензорезисторы закрытые крышкой с утоплением по их периметру резиновым кольцом, усилие прижима крышек создается винтами, расположенными по центру крышки [2].

Недостатком известного датчика силы является возникновение в упругом элементе напряжений, вызванных затягиванием винтов крепления крышек, изменяющихся, к тому же, со временем из-за старения материала уплотнения, что приводит к нестабильности начального сигнала датчика силы.

В основу изобретения положена задача создания технологичной конструкции, обеспечивающей долговременную стабильность метрологических характеристик датчика силы.

Поставленная задача решается тем, что на каждом упругом элементе с обеих сторон тензометрического полумоста выполнены сквозные пазы Г-образной формы, обращенные верхней, короткой стороной, навстречу друг другу, при этом в Г-образных пазах размещены с зазором дистанционные втулки, на внутренней стороне каждого упругого элемента установлена дополнительная крышка, соединенная с крышкой, расположенной на наружной стороне, дистанционными втулками, образуя пару самоустанавливающихся крышек, взаимодействующих с соответствующим упругим элементом через материал уплотнения.

Г-образные пазы, в части упругого элемента расположенного между ними, образуют рабочую зону деформации упругого элемента и тензорезисторов, воспринимающую главным образом рабочую нагрузку датчика силы.

Усилия прижима для пары крышек одинаковы по величине и направлены навстречу друг другу, что уменьшает деформацию упругих элементов в зоне приклейки тензорезисторов при креплении крышек.

На фиг. 1 изображен тензорезисторный датчик силы, вид спереди, на фиг. 2 - то же, вид слева, на фиг. 3 - то же, вид сверху, на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3, на фиг. 5 изображен тензорезисторный датчик силы в узле канатной подвески станка-качалки.

Тензорезисторный датчик силы содержит упругие элементы 1 и 2, соединенные перемычкой 3, на упругих элементах 1 и 2 находятся соответственно силовоспринимающие поверхности 4, 5, 6 и 7, 8, 9 (поверхности 4, 8, 9 со стороны нагружающей силы, 5, 6, 7 - со стороны опорной поверхности), а также тензометрические полумосты, при этом тензорезисторы 10 и 11 расположены между Г-образными пазами 12 и 13 на упругом элементе 1 (на упругом элементе 2 тензорезисторы другого полумоста и Г-образные пазы относительно силовоспринимающих поверхностей расположены аналогично, как на первом упругом элементе). Тензорезисторы обоих полумостов и Г-образные пазы на обоих упругих элементах закрыты крышками 14 с уплотнением 15, при этом на каждом упругом элементе крышки 14 соединены парами с помощью дистанционных втулок 16. Размеры дистанционных втулок 16, упругих элементов 1 и 2, крышек 14 и уплотнений 15 выбраны такими, что дистанционные втулки 16 в Г-образных пазах установлены с зазором, а крышки 14 взаимодействуют с упругими элементами через уплотнения 15.

Тензорезисторный датчик силы 17 (фиг. 5) в узле канатной подвески станка-качалки устанавливается между траверсами 18 и 19 при зафиксированном (специальным приспособлением) полированном штоке 20. При работе станка-качалки в тросах 21 и 22 возникает усилие P/2, а в полированном штоке 20 - усилие P (измеряемое), сжимающее через траверсы 18 и 19 упругие элементы, главным образом в рабочей зоне деформации, где расположены тезорезисторы.

Источники информации 1. Патент РФ 2073219, кл G 01 L 1/22, 1997 г.

2. Датчик силы 9A5. 159.008 (Уфимское приборостроительное производственное объединение).

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик силы, содержащий два параллельно расположенных упругих элемента, соединенных между собой перемычкой, имеющих каждый с наружной стороны тензометрический полумост, закрытый крышкой с уплотнением, отличающийся тем, что на каждом упругом элементе с обеих сторон тензометрического полумоста выполнены сквозные пазы Г-образной формы, обращенные верхней короткой стороной навстречу друг другу, при этом в Г-образных пазах размещены с зазором дистанционные втулки, на внутренней стороне каждого упругого элемента установлена дополнительная крышка, соединенная с крышкой, расположенной на наружной стороне, дистанционными втулками, образуя пару самоустанавливающихся крышек, взаимодействующих с соответствующим упругим элементом через материал уплотнений.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5