Датчик продольного усилия в трубчатом элементе

 

(F11777499

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 12.01.79 (21) 2712463/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) М. Кл.з б 01L 1/22

Государственный комитет

СС,СР (53) УДК 531.781 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. Г. Повх, В. Л. Соловьев и П. К. Чуйко

Хабаровский институт железнодорожного транспорта (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ПРОДОЛЪНОГО УСИЛИЯ В ТРУБЧАТО

ЭЛЕМЕНТЕ 4% И

Изобретение относится к технике измерения сил в различных твердых физических телах по их деформациям с помощью резисторных тензометров, в особенности для измерения профильных усилий в трубах 5 газовых, нефтяных, водопроводных и т. д., находящихся под совместным действием внутреннего давления и внешней осевой нагрузки.

Известны датчики для определения про- 10 дольного усилия в различных, как сплошных, так и трубчатых, элементах конструкций от действия внешней осевой нагрузки, содержащие продольные и поперечные тензорезисторы, установленные непосредствен- 15 но на поверхности тела элемента и образующие смежные плечи измерительного полумоста (моста) (1).

При одновременном действии внешней осевой нагрузки и внутреннего давления в 20 трубчатом элементе в измерительной системе вырабатывается сигнал, характеризующий совместное действие внешней осевой нагрузки и внутреннего давления в трубчатом элементе. Недостаток известной конст- 25 рукции состоит в том, что при одновременном действии. внешней осевой нагрузки и внутреннего давления подобные датчики не позволяют выделить сигнал, характеризующий лишь внешнюю осевую нагрузку. 30

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее тензорезисторы, расположенные на внешней поверхности трубчатого элемента перпендикулярно его оси, упругий элемент с тензорезисторами, закрепленный на трубчатом элементе вдоль его оси, и измерительную мостовую схему (2). Схема включения выбрана так, что сигнал измерительной схемы пропорционален приложенной к трубчатому элементу только внешней осевой нагрузке.

Основным недостатком указанного устройства является необходимость нарушения целостности трубчатого элемента в месте установки датчика, что нецелесообразно или невозможно. Кроме того, конструкция датчика сложна, требует предварительной сборки и установки герметизирующих уплотнителей и содержит детали сложной конфигурации. Наличие в измерительной схеме нерабочих тензорезисторов не позволяет в полной мере реализовать чувствительность датчика.

Целью изобретения является повышение точности измерения без нарушения целостности трубчатого элемента.

Это достигается тем, что упругий элемент выполнен в виде концентрирующего стержня с утонченной частью, на которой

777499 размещены тензорезисторы, а геометрические размеры стержня выбраны из соотношения

Z Г-(и — >)

5 и — р. где J — длина стержня полная;

1 — длина утонченной части стержня;

p — коэффициент поперечной деформации, равный отношению относи- >0 тельной поперечной деформации в трубчатом элементе к относительной продольной при действии в нем только внутреннего давления; и — отношение площади поперечного 15 сечения стержня к площади поперечного сечения его утонченной части, которая принимается минимально возможной и определяется из условия прочности на растяже- 20 ние или из условия устойчивости при сжатии.

На чертеже схематически изображен предлагаемый датчик. 25

Датчик содержит концентрирующий стержень 1, на утонченной части которого расположены продольные тензорезисторы 2, включенные в противоположные плечи измерительного моста с тензорезисторами 3, З0 расположенными на трубчатом элементе 4 перпендикулярно его оси. Длина концентрирующего стержня найдена из условия равенства относительных деформаций продольных и поперечных тензорезисторов при З5 действии внутреннего давления в трубчатом элементе.

При действии внутреннего давления в трубчатом элементе благодаря .указанному подбору геометрических размеров стержня 40 все тензорезисторы получают одинаковую по абсолютной величине и однозначную деформацию, в связи с чем первоначальный баланс моста не нарушается.

При действии внешней осевой нагрузки 45 тензорезисторы получают разнозначную деформацию, и в измерительной диагонали моста вырабатывается сигнал, пропорциональный внешней осевой нагрузке.

Для обеспечения устойчивости утончен- 50 ного участка концентрирующего стержня при минимально возможной площади его поперечное сечение этого участка выполнено в виде двутавра, полки которого одновременно предохраняют продольные тензо- 55 резисторы от возможных механических воздействий.

Для исключения возможного эксцентриситета приложения внешней осевой нагрузки устанавливают два подобных датчика в диаметрально противоположных точках трубчатого элемента при включении всех тензорезисторов в общую измерительную схему.

Введение в датчик концентрирующего стержня и расположение тензорезисторов на стержне и трубчатом элементе позволяет упростить конструкцию датчика, дает возможность устанавливать датчик на трубчатый элемент без нарушения целостности элемента и повысить точность измерений благодаря увеличению чувствительности датчика.

Формула изобретения

Датчик продольного усилия в трубчатом элементе, содержащий тензорезисторы, расположенные на внешней поверхности трубчатого элемента перпендикулярно его оси, упругий элемент с тензорезисторами, закрепленный на трубчатом элементе вдоль его оси, и измерительную мостовую схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения без нарушения целостности трубчатого элемента, в нем упругий элемент выполнен в виде концентрирующего стержня с утонченной частью, на которой размещены тензорезисторы, а геометрические размеры стержня выбраны из соотношения р. (и — 1) и — и

I где L — длина стержня полная;

l — длина утонченной части стержня; и, — коэффициент поперечной деформации, равный отношению относительной поперечной деформации t трубчатом элементе к относительной продольной при действии в нем только внутреннего давления;

n — отношение площади поперечного сечения стержня к площади поперечного сечения его утонченной части.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ренский А. Б. и др. Тензометрирование строительных конструкций и материалов.

М., Стройиздат, 1977, с. 76.

2. Авторское свидетельство СССР

Ко 569882, кл. G 011 1/22, 23,04.76 (прототип).

777499

Составитель Северин

Техред А. Камышникова

Редактор Т. Клюкииа

Корректор Н. федорова

Типография пр. Сапунова, 2

Заказ 2413/11 Изд. № 555, Тираж 1ОЗЗ Подписнм

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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