Чувствительный элемент

Изобретение относится к измерительной технике, в частности может быть использовано для надежного и точного измерения усилий в широком диапазоне, в том числе и малой величины. Заявленный чувствительный элемент содержит упругий стержень с нарезкой глубиной 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки, оба конца которого снабжены рычагами одинаковой длины и расположены перпендикулярно оси упругого стержня, и тензорезисторную проволоку сжатия и растяжения, разнонаправленно расположенную с натягом во впадинах нарезки, при этом поперечное сечение упругого стержня выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, с фасками круглой формы, а нарезка выполнена на фасках упругого стержня с шагом, большим диаметра тензорезисторной проволоки, при этом рычаги установлены на большей криволинейной стороне упругого стержня, а на меньшей криволинейной стороне закреплены анкерные концы тензорезисторной проволоки. Технический результат заключается в повышении точности измерений динамических нагрузок в широком диапазоне, в том числе нагрузок малой величины. 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, может быть использовано для надежного и точного измерения усилий в широком диапазоне, в том числе и малой величины.

Известен тензорезисторный датчик силы, который содержит корпус в виде параллелограмма, образованного верхней и нижней гранями и двумя сквозными поперечными отверстиями с перемычкой - чувствительным элементом между ними и тензорезисторы, размещенные в зонах максимальных деформаций на прилегающих поверхностях отверстий выше и ниже нейтральной оси корпуса [Пат. RU 2437070, МПК G01L 1/22; 20.12.2011].

Недостатком указанной конструкции является то, что измеряемое усилие, воздействуя на верхнюю грань корпуса, перемещается в направлении силы и происходит поворот перемычки и деформация тензорезисторов, что уменьшает плечо приложения силы. Поэтому оказывается нелинейной зависимость деформации тензорезисторов от измеряемого усилия, что уменьшает точность измерения. Кроме того, для измерения усилий малой величины необходимо увеличить длину корпуса, что увеличивает массу подвижной части, а это уменьшает точность измерения. При этом надежность работы, приклеенных тензорезисторов невысока. Это объясняется тем, что воздействия вибрационных нагрузок с кратковременным увеличением амплитуды разрушают клеевую прослойку. Поэтому указанный тензорезисторный датчик силы не получил применения для измерения динамических нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является чувствительный элемент, содержащий упругий цилиндрический стержень, оба конца которого снабжены рычагами одинаковой длины и расположены перпендикулярно оси. Упругий стержень имеет на боковой поверхности нарезку, и в ее пазах прижата с помощью натяга тензорезисторная проволока, тензорезисторов сжатия и растяжения [А.с. SU №1550339, МПК G01L 1/22; 15.03.1990].

Недостатком указанной конструкции является затруднительность размещения тензорезисторной проволоки в пазах нарезки, так чтобы проволока не касалась корпуса чувствительного элемента. Кроме того, чувствительный элемент под воздействием измеряемой нагрузки испытывает деформацию кручения и изгиба. Причем при изгибе длина тензорезисторной проволоки, расположенной в верхней части, увеличивается, а в нижней - уменьшается и в сумме - измеряется только деформация кручения. Однако увеличение деформации части тензорезисторной проволоки снижает верхний предел измеряемого усилия.

Задачей изобретения является создание новой технологичной конструкции чувствительного элемента, позволяющего измерять динамические нагрузки в широком диапазоне с высокой точностью и надежностью, в том числе нагрузок малой величины.

Достигаемый технический результат заключается в повышении точности измерений динамических нагрузок в широком диапазоне, в том числе нагрузок малой величины.

Поставленный технический результат достигается тем, что чувствительный элемент, содержащий упругий стержень с нарезкой глубиной 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки, оба конца которого снабжены рычагами одинаковой длины и расположены перпендикулярно оси упругого стержня, и тензорезисторную проволоку сжатия и растяжения, разнонаправлено расположенную с натягом во впадинах нарезки, при этом поперечное сечение упругого стержня выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, с фасками круглой формы, а нарезка выполнена на фасках упругого стержня с шагом, большим диаметра тензорезисторной проволоки, при этом рычаги установлены на большей криволинейной стороне упругого стержня, а на меньшей криволинейной стороне закреплены анкерные концы тензорезисторной проволоки.

Предлагаемый чувствительный элемент отличается от прототипа тем, что поперечное сечение упругого стержня выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, с нарезкой, выполненной только на малой части упругого цилиндрического стержня, а именно на фасках, круглой формы. Это позволяет упростить технологичность конструкции, значительно уменьшая общую трудоемкость по ее производству, так как нет необходимости располагать тензорезисторную проволоку во впадинах нарезки по всей поверхности, достаточно зафиксировать ее на фасках.

Расположение в конструкции рычагов к одной большей криволинейной стороне упругого стержня позволяет уменьшить деформацию изгиба упругого стержня, поэтому тензорезисторная проволока, расположенная на меньших сторонах сечения будет растягиваться на малую величину пропорционально шагу нарезки. А так как шаг мал и сравним с диаметром тензорезисторной проволоки, то и деформация тензорезисторной проволоки, будет незначительной. Поэтому расширяется предел измерения нагрузок, в том числе и малой величины.

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент – вид спереди, на фиг. 2 изображен чувствительный элемент, вид сверху, на фиг. 3 изображен чувствительный элемент, в поперечном разрезе, на фиг. 4 показано расположение тензорезисторной проволоки растяжения в нарезке вид А и на фиг. 5 - разрез Б-Б, поясняющий фаску с нарезкой.

Чувствительный элемент содержит упругий стержень 1, оба конца которого снабжены рычагами 2 и 3 одинаковой длины и установленными на большей криволинейной стороне упругого стержня 1. Поперечное сечение упругого стержня 1 выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, и с фасками круглой формы. Нарезка 4 выполнена на фасках, глубина нарезки составляет 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки, и поэтому деформация ее растяжения не зависит от глубины нарезки. Тензорезисторные проволоки растяжения 5, 6 и сжатия 7, 8 с натягом размещены на поверхности упругого стержня 1 и зафиксированы с помощью клея 9 (фиг. 5) во впадинах нарезки 4, выполненной на фасках круглой формы упругого стержня 1. Шаг нарезки 4, выполненный больше диаметра тензорезисторной проволоки, позволяет расположить отдельно каждый ее виток на боковой поверхности упругого элемента 1 (фиг. 4). Анкерные концы 9 тензорезисторной проволоки 5-8 расположены на меньшей боковой поверхности упругого стержня 1.

Предлагаемый чувствительный элемент (фиг. 1) работает следующим образом.

Измеряемая нагрузка P приложена к рычагам 2 и 3. При этом место приложения на рычаге 2 и закрепления на рычаге 3 показано на фиг 1 условно закрашенной окружностью малой величины, а на фиг. 2 закрепление показано штриховкой, примыкающей к рычагу 2.

В результате упругий цилиндрический стержень будет испытывать деформацию кручения и изгиба. Поэтому тензорезисторная проволока тензорезисторов 5 и 6 будет растягиваться, а тензорезисторов 7 и 8 - сжиматься.

Следовательно, их включение по схеме полного электрического дифференциального моста на выходе даст электрическое напряжение, которое пропорционально деформации, что и является мерой измеряемого усилия.

Расположение в конструкции чувствительного элемента рычагов к одной большей криволинейной стороне упругого стержня позволяет уменьшить деформацию изгиба упругого стержня. Поэтому деформация от изгиба для предлагаемой конструкции будет определяться по известной формуле, которую запишем в виде:

где P - величина измеряемой нагрузки, - длина упругого стержня, b - ширина сечения стержня h - высота сечения стержня, Е- модуль упругости материала стержня (фиг. 1, фиг. 2). Деформация изгиба для прототипа будет определяться также по известной формуле, в наших обозначениях она будет иметь вид:

Здесь c - геометрическая длина рычага и D - диаметр упругого стержня в прототипе (фиг. 1). Полагая b=D и а высоту сечения стержня, равной h=1,25×D, получаем, что деформация изгиба стержня предлагаемой конструкции составляет 77% деформации изгиба упругого стержня в прототипе. Поэтому предлагаемую конструкцию можно использовать для измерения больших нагрузок, по сравнению с прототипом, что расширяет диапазон измерения нагрузок.

Отметим также, что в предлагаемом чувствительном элементе длина участка проволоки, расположенная на короткой стороне сечения, будет пропорциональна шагу нарезке и равна 0,003×b, а в прототипе тензорезисторная проволока расположена под углом 45° к оси упругого стержня, поэтому длина участка растяжения будет приблизительно равна 0,7×b (фиг. 3). Следовательно, величина деформации изгиба в предлагаемой конструкции значительно меньше, чем в прототипе, что также расширяет диапазон измерения нагрузок в сторону увеличения их значений.

Отметим, что величина деформации тензорезисторной проволоки тензорезисторов растяжения 5, 6, и тензорезисторов сжатия 7 и 8 пропорциональна длине рычага. Поэтому, если расположить рычаг 3 с противоположной стороны упругого стержня 1, то величина деформации тензорезисторов растяжения 5, 6 и сжатия 7 и 8 будет такой же, как и для варианта, представленного на фиг. 1, 2 и 3.

Таким образом, упругий стержень чувствительного элемента с сечением в виде прямоугольника с криволинейными выпуклыми сторонами и фасками круглой формы, с выполненной на них нарезкой для размещения тензорезисторной проволоки, а также расположения на его большей криволинейной поверхности рычагов чувствительного элемента, обеспечивают повышение точности измерений динамических нагрузок в широком диапазоне, в том числе нагрузок малой величины.

Чувствительный элемент, содержащий упругий стержень с нарезкой глубиной 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки, оба конца которого снабжены рычагами одинаковой длины и расположены перпендикулярно оси упругого стержня, и тензорезисторную проволоку сжатия и растяжения, разнонаправленно расположенную с натягом во впадинах нарезки, отличающийся тем, что поперечное сечение упругого стержня выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, с фасками круглой формы, а нарезка выполнена на фасках упругого стержня с шагом, большим диаметра тензорезисторной проволоки, при этом рычаги установлены на большей криволинейной стороне упругого стержня, а на меньшей криволинейной стороне закреплены анкерные концы тензорезисторной проволоки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний соединения полимерных труб, полученного посредством сварки с использованием накладной муфты. Сущность: вырезают из муфтового сварного соединения образец, содержащий части соединяемых полимерных труб и перекрывающую их и приваренную к ним часть муфты.

Заявленное изобретение относится к области швейного материаловедения и связано с определением деформации пористых вспененных материалов для одежды при сжатии. Заявленное устройство для исследования деформации вспененных одеждных материалов при сжатии содержит средство для крепления исследуемого образца, при этом воспринимающие элементы выполнены в виде двух плоских металлических пластин, на нижнем неподвижном элементе (1) расположена осевая конструкция с винтовой нарезкой (3), отвечающая за действие силы сжатия на материал (2) под действием внешнего давления, в том числе давления водной среды, и сохранение его толщины после снятия деформирующей нагрузки, при этом второй из воспринимающих элементов (4) выполнен с возможностью регулирования его высоты от исходной до заданной толщины сжатия материала (2) за счет деталей винтового сжатия (5) и (6).

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек), а также для измерения усилий и температуры в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций, от состояния которых в значительной степени зависит вероятность аварийной ситуации на строительных сооружениях, имеющих важное стратегическое значение.

Изобретение относится к системам водоотведения. В системе, включающей модуль перекачки воды, содержащий насосы, приемный резервуар с подводящим трубопроводом, модуль анализа диагностируемых параметров, модуль контрольно-измерительных приборов, блок ввода объемов приемного резервуара, блок анализа водопритока, модуль анализа диагностируемых параметров, снабженный блоками ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода, анализа откачки воды из приемного резервуара, модуль контрольно-измерительных приборов снабжен датчиками уровня воды, установленными на подводящем трубопроводе и в приемном резервуаре, модуль перекачки воды снабжен запорно-регулирующим устройством с исполнительным органом, установленным на подводящем трубопроводе, устройством управления, при этом выходы блоков ввода геометрических характеристик приемного резервуара, ввода гидравлических характеристик подводящего трубопровода и блока анализа откачки воды из приемного резервуара подключены к входу блока анализа водопритока.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения нагрузки на штанговую и стоечную крепь горных выработок, для измерения нагрузки на элементы машин и механизмов при изменении знака нагрузки на них, а также для измерения нагрузки при испытаниях образцов материалов на прочность.

Изобретение относится к способам оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) и может быть использовано для определения механических напряжений и деформаций элементов сложных конструкций расчетно-экспериментальным методом.

Изобретение относится к испытательным стендам для определения механических сопротивлений упругих вставок в трубопроводы с жидкостью. Техническим результатом заявляемой установки является обеспечение проведения достоверных измерений механических сопротивлений гибких вставок в трубопроводы.

Система (6) для сброса грузов из летательного аппарата (10) содержит грузовой парашют (2) с канатом (4) грузового парашюта и средства (21) приведения в действие, предназначенные для введения грузового парашюта (4) в окружающий воздушный поток позади летательного аппарата (10).

Настоящее изобретение относится к оборудованию для изготовления шин. В частности, настоящее изобретение относится к противодеформационному узлу для обеспечения осевой устойчивости оборудования для производства шин, которое включает в себя вращающийся, расширяющийся или сжимающийся барабан.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей силы, механических напряжений и деформаций, работоспособных при повышенных и пониженных температурах.

Комбинированный прибор для определения прочностных характеристик ягод относится к области садоводства, а именно к средствам контроля для оценки физико-механических свойств ягод. Прибор состоит из портативного корпуса с кнопками управления, буквенно-цифровым жидкокристаллическим индикатором, силоизмерительным датчиком, подключенным к измерительно-вычислительному устройству, а также захвата ягод, подвижного раздавливающего плунжера, расположенного внутри захвата и приводимого в движение механическим приводом от пальца оператора через подпружиненный шток. Захват механически соединен с силоизмерительным датчиком и выполнен в виде закрытого с торцов полого тонкостенного цилиндра, в боковой поверхности которого изготовлены верхнее и нижнее окна для размещения и ввода через них ягоды и штока механического привода соответственно, а в верхней торцевой части по радиусу, симметрично со стороны окна, сделана конусообразная прорезь для ввода плодоножки ягоды. Техническим результатом является упрощение конструкции прибора за счет сокращения количества составных частей устройства захвата. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к волоконно-оптическим средствам измерения неоднородного сложного объемного динамического напряженного состояния, и может быть использовано для диагностики напряженного состояния и дефектоскопии композитов, в медико-биологических исследованиях, гидроакустике, аэродинамике, системах охраны при дистанционном мониторинге давления. Волоконно-оптический датчик объемного напряженного состояния содержит протяженный каркас, расположенные внутри каркаса сонаправленно его оси измерительные элементы. Каждый измерительный элемент включает волоконно-оптический световод, выполненный с возможностью подключения к измерительному устройству, два управляющих непрерывных электрода, пьезоэлемент, электролюминисцентный элемент. Пьезоэлементы всех измерительных элементов имеют различные направления пространственных поляризаций, из которых произвольные три направления некомпланарны. Количество измерительных элементов не менее шести. Изобретение позволяет определить все шесть независимых компонент тензора напряжений для объемного сложного напряженного состояния и локации неоднородностей напряженного состояния по длине датчика. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерениям в скважине в процессе бурения. Техническим результатом является увеличение срока службы забойного двигателя за счет снижения нагрузок на эластомерный статор. В частности, заявлен способ измерения проскальзываний и микрозаклиниваний в скважинном забойном двигателе, включающий: размещение в стволе скважины забойного двигателя с эластомерным статором и по меньшей мере одним волоконно-оптическим датчиком внутри эластомерного статора; получение значения измерения, соответствующего растяжению внутри эластомерного статора, от волоконно-оптического датчика; и обработку значения измерения для определения частоты по меньшей мере одного из микрозаклинивания и проскальзывания забойного двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности может быть использовано для надежного и точного измерения усилий в широком диапазоне, в том числе и малой величины. Заявленный чувствительный элемент содержит упругий стержень с нарезкой глубиной 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки, оба конца которого снабжены рычагами одинаковой длины и расположены перпендикулярно оси упругого стержня, и тензорезисторную проволоку сжатия и растяжения, разнонаправленно расположенную с натягом во впадинах нарезки, при этом поперечное сечение упругого стержня выполнено в виде прямоугольника с криволинейными сторонами, выпуклыми наружу, с фасками круглой формы, а нарезка выполнена на фасках упругого стержня с шагом, большим диаметра тензорезисторной проволоки, при этом рычаги установлены на большей криволинейной стороне упругого стержня, а на меньшей криволинейной стороне закреплены анкерные концы тензорезисторной проволоки. Технический результат заключается в повышении точности измерений динамических нагрузок в широком диапазоне, в том числе нагрузок малой величины. 5 ил.

Наверх