Устройство для измерения массы тела в невесомости

 

(72) Автор изобретеиия

P. С. Горденко

Ю

Институт медико-биологических проблем, (7I ) Заявитель

; (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ

ТЕЛА В НЕВЕСОМОСТИ

Изобретение относится к устройствам для измерения массы тел в невесомости, преимущественно деформируемых тел со сложной формой, {в частности животных).

Известны устройства аналогичного назначения, содержащие держатель тела, связанный с колебательной системой, и анализатор параметров колебаний (l).

Устройства, основанные на колебательном принципе, непригодны или дают низкую точность в случае деформируемых тел или при определении массы живых объектов с активными внутренними силами, иэ-за перераспределения энергии колебаний между внешними и внутренними связями тела.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения массы тела в невесомости, содержащее держатель тела, корпус, установлен": ные в корпусе привод вращения, пре" образователь вращательного движения в ускоренное поступательное, взаимодействующий с приводом и кинематически связанный с держателем, а также измеритель параметра движения держателя, связанный с регистрирующей аппаратурой. $2) .

Данное устройство позволяет умень шить. взаимодействие колебаний на

1о внешних и внутренних связах, однако в силу своих конструктивных особенностей (выполнения преобразователя в виде спиральной пружины, а кинематической связи — в виде жесткой планки), это устройство ограничено по диапазону измеряемых масс и продолжительности переходного процес са. Кроме того, ввиду существенной упругости преобразователя, затруд. нено обеспечение постоянного уровня ускорения, а значит — точности изме"рений в случае тел со значительной веформируемостью, в особенности жи3 981831 вых существ, Наконец, ступенчатый характер включения ускоряющей силы может вызвать нежелательную реакцию последних.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых масс и повышение точности измерений за счет уменьшения влияния деформаций тела на режим работы устройства, Указанная цель достигается тем, 16 что в устройстве, содержащем держатель тела, корпус, установленные в корпусе привод вращения, преобразователь вращательного движения в ускоренное поступательное, взаимо- н действующий с приводом и кинематически связанный с держателем, а также измеритель параметра движения держателя, связанный с. регистрирующей аппаратурой, преобразователь выполнен 2е е виде еариатора, содержащего задающее колесо, связанное через редуктор с приводом, закрепленный на валу барабан и передаточный механизм, взаимодействующий с колесом и валом,;Zg причем держатель тела связан с барабаном посредством гибкого звена, а измеритель параметра движения держателя выполнен в виде датчика натяжения этого звена. 30

Кроме того, на торце задающего колеса выполнена канавка с профилированным контуром, вдоль кромки которой образована зубчатая направляющая, а передаточный механизм содержит водило с роликом, размещенным в канавке, установленный в опорах на раме корпуса ведущий вал и шестерню, посаженную на гал с возможностью перемещения вдоль него, зафиксированную от проворачивания на валу и взаимодействующую с зубчатой направляющей, причем водило установлено на раме с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости торца задающего колеса и соединено с шестерней, а на ведущем валу закреплено коническое зубчатое колесо, введенное в зацепление с ответным ,зубчатым колесом, закрепленным на валу барабана.

С целью повышения эксплуатационных качеств устройства, в нем рама корпуса может быть шарнирно связана с корпусом и снабжена фиксатором

de рабочего положения, а редуктор может быть снабжен переключателем на нейтральную ступень.

Для торможения держателя с телом может быть предусмотрена демпфирующая сетка, размещенная между корпусом и держателем, а гибкое звено пропущено сквозь ячейку сетки.

Для предотвращения отскока вал барабана снабжен храповым механизмом, блокирующим его вращение в сторону разматывания гибкого звена.

На поверхности барабана может быть выполнена винтовая канавка для укладки гибкого звена, а в корпусе отверстие, сквозь которое пропущено, с обеспечением сопротивления протягиванию, гибкое звено.

При проведении некоторых измерений держатель тела может быть снабжен направляющими его поступательного перемещения относительно корпуса устройства, причем направляющие целесообразно выполнить в виде струн.

На фиг. l представлена кинематическая схема устройства для измерения массы тела в невесомости, основанного на применении лобового вариа.1 тора с программно изменяемым коэффициентом передачи; на фиг. 2 — фор-, ма контура канавки задающего колеса, 1 реализующего программное управление передаточным числом лобового вариатора; на фиг. 3 - направляющие в виде струн, по которым движется платформа с телом, массу которого определяют.

Устройство для измерения массы в условиях невесомости содержит корпус l, в котором укреплен стабилизированный двигатель постоянного тока

2, соединенный через редуктор 3 с задающим колесом 4 вариатора, причем колесо 4 выполнено в виде шестерни и закреплено на валу 5, подвижную раму 6, способную вращаться в шарнирах 7, жестко связанных с корпусом 1, в плоскости, нормальной плоскости колеса 4, рабочее положение которой фиксируется прижимной рукояткой 8, передачу, состоящую из зубчатой на" правляющей 9 и ведущего колеса вариатора 10, канавку ll, которая задает требуемый профиль, причем колесо 10 образует поступательную пару с валом

12 вариатора, укрепленным в опорах на подвижной раме 6, водило 13 с роли" ком 14, причем в рабочем положении рамы 6 ролик размещается внутри ка- навки 11, соприкасаясь с ее внутрен,ней стенкой, а водило 13 образует ци9818

5 линдрическую пару со стержнем 15, соединяющим противоположные стороны рамы 6, и вращательную пару с трубчатым валом колеса 10, ось которой совпадает с осью вала 12, барабан 16, неподвижно закрепленный на валу 17, вращение которому передается от вала

12 через конические шестерни 18 и 19, храповой механизм 20 с подпружиненной собачкой, связанной с валом 17, 10 наматываемую на барабан нить 21, которая одним своим концом прикреплена к барабану 16, а другим - к силовому датчику 22, держатель (сетку)

23 для размещения тела 24, массу которого измеряют, отверстие в корпусе или ушко 25 для принудительного натяга нити при ее наматывании и сматывании с барабана 16, кронштейн 26 для крепления демпфирующей сетки 27 20 к корпусу l, легкий мягкий кабель 28 для передачи электрического сигнала от датчика 22 к электронному блоку обработки и отображения информации 29.

Устройство работает следующим об- 1Ю разом.

Задающее колесо 4, водило 13 и связанное с ним зубчатое колесо 10 в развернутом положении подвижной рамы

6 устанавливаются в исходное положе- зо ние так, что при обратном повороте рамы Ь и фиксации ее в рабочем положении рукояткой 8, ролик 14 заходит внутрь канавки 11, в ее начало, колесо 10 сцепляется с направляющей 9, а шестерня 18 - с шестерней 19.

На редукторе 3 устанавливается пе- редаточное число, пересчитанное в единицах линейного ускорения окружных точек барабана 16, а на электрон-,щ ном блоке 29 задается продолжительность измерений, соответствующая этому ускорению.

Подлежащее измерению тело 24 помещают в сетку 23 и, отключив храпо:вой механизм 20, отводят в пространство напротив демпфирующей сетки 27 на расстояние, равное длине полностью размотанной нити 21, после чего последовательно включают храповой механизм 20, электронный блок 29 и электродвигатель 2 (предусмотрено дистанционное включение .

Вращение вала двигателя 2 через редуктор 3 передается задающему колесу 4, которое за короткий промежуток времени приобретает постоянную угловую скорость. При вращении боко31 6 вая стенка канавки 11 набегает на ролик 14 водила 13 и смешает его вместе с колесом 10 в радиальном направлении по закону, установленному спиралевидной формой кангьки 11. После преобразования вращения от вала

12 к валу 17 окружные точки барабана 16 посредством нити 21 придают объекту 24 заданное программой линейное ускорение. Сила натяжения нити

21 замеряется датчиком 22, сигнал от которого по кабелю 28 поступает в блок 29 и обрабатывается .

Работа устройства прекращается следующим образом.

Ролик 14 доходи до наружного радиуса колеса 4 и покидает канавку.

Зацепление колеса 10 с направляющей

9 прекращается. Этому моменту соответствует срабатывание реле времени, встроенного в схему блока 29, которое отключает электродвигатель 2, датчик 22 и включает табло блока 29, отображающее величину измеренной массы.

В следующие моменты времени барабан 16 продолжает вращение по инерции, но тормозится наматываемой на него нитью по мере того, как тело

24 теряет скорость и останавливается в результате действия демпфирующей сетки 27. Обратного движения тела 24 не происходит за счет действия храпового механизма, и оно оказывается зафиксированным.

Линейное ускорение окружных точек барабана устанавливается равным заданному в течение определенного промежутка времени. Используют два способа регулирорать его длительность.

Первый из них основан на инерционных свойствах. Второй, используемый на последующих стадиях разгона тела, ос-. нован на том, что начальный криволинейный отрезок канавки рассчитывают таким образом, чтобы при равномерном вращении задающего колеса угловое ускорение ведомого вала нарастало бы по определенному, например синусоидальному закону и плавно переходило по истечении заданного времени в постоянное.

На фиг. 2 изображено задающее колесо 4 с зубьями на боковой цилинд- . рической поверхности, в плоскости (х, у) которого прорезана спиралевидная канавка ll прямоугольного сечения. К внешней стенке канавки при31

7 9818 мыкает расположенная на поверхности зубчатая направляющая 9. Ролик 14 катится по внутренней стенке канавки, вращаясь вокруг оси, нормальной к плоскости (x, у). 5

8 данном случае равноускоренное вращение ведомого вала обеспечивается в течение времени, за которое задающее колесо проходит часть трека, стягиваемую углом g. На участке трека, стягиваемом углом с, скорость и ускорение тела контролируются инерционными свойствами измерителя, а на участке, стягиваемом углом Р, возрастают в соответствии с заданной программой.

На фиг. 3 показана платформа 30, на которой размещено тело 24, массу которого определяют; движущаяся по направляющим в виде струн 31, один конец которых пропускают через ячейки сетки 27 и набрасывают на крюки

32, установленные на корпусе 1 вблизи ушка 25, через которое пропускают нить 21. Другие концы струн жестко связывают с рамкой 33, которая через спиральную пружину 34 соединяется с крюком 35, установленным на элементе жесткости 3б отсека космического корабля. Торможение платформы по-преж- M нему осуществляет демпфирующая сет0 ка 27. Датчик силы 22 устанавливают на платформе 30.

Измеритель массы для условий невесомости рассчитан на диапазон изме-Зз ряемых масс 0,2-20 кг тел, обладающих широким спектром деформационных свойств, в том числе, животных.

Использование лобового вариатора с программно изменяемым коэффициентом46 передачи для реализации принципа равноускоренного движения в качестве основы конструкции измерителя позволяет обеспечить точность измерений, удовлетворительную для медикобиологических исследований, широкие возможности для определения массы объек" тов, характеризуемых различными физи ческим состоянием и соотношением линейных размеров, малые массу и габа- щ ритные размеры устройства, его высокую надежность и эргономичность, что делает измеритель пригодным для применения на борту орбитальных станции. Я

Формула изобретения

1. Устройство для измерения массы тела в невесомости, содержащее держатель тела, корпус, установленные в корпусе привод вращения, пре« образователь вращательного движения в ускоренное поступательное, взаимодействующий с приводом и кинематически связанный с держателем, а также измеритель параметра движения держателя, связанный с регистрирующей аппаратурой, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых масс и повышения точности измерений за счет уменьшения влияния деформаций тела на режим работы устройства, в нем преобразователь выполнен в виде вариатора, содержащего задающее колесо, связанное через редуктор с приводом, закрепленный на валу барабан и передаточный механизм, взаимодействующий с колесом и валом, причем держатель тела связан с барабаном посредством гибкого звена, а измеритель параметра движения держателя выполнен в виде датчика силы натяжения этого звена.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на торце задающего колеса выполнена канавка с профилированным контуром, вдоль кромки которой образована зубчатая направляющая, а передаточный механизм содержит водило с роликом, размещенным в канавке, установленный в опорах на раме корпуса ведущий вал, и шестерню, посаженную на вал с возможностью перемещения вдоль него, зафиксированную от проворачивания на валу и взаимодействующую с зубчатой направляющей, причем водило установлено на раме с возможностью поступательного перемещения параллельно плоскости торца задающего колеса и соединено с шестерней, а на ведущем валу закреплено коническое зубчатое колесо, введенное в зацепление с ответным зубчатым колесом, закрепленным на валу барабана.

3. Устройство по пп, 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его эксплуатационных качеств за счет обеспечения возможности разобщения задающего колеса, вала барабана и передаточного механизма, а также облегчения переналадки, в нем рама корпуса шарнирно связана с корпусом и снабжена фиксатором ее рабочего положения, а редуктор снабжен переключателем на нейтральную ступень.

981831 . 9 и- 7. Устройство по и. 1, о т л и© тела снабжен направля ими его подемпфирующ " ф ющей сеткой рамещенной меж- тела сна ступательного перемещения относительду корпусом и держате жателем тела, а сквозь ячей- 5 но но корпуса. гибкое звено пропущено скв

8. Устройство по пп. 1 и о тку сетки. и ающееся тем, чт что направ1ич от- лич

5 Устройство по пп. и ал ляющие в ие выполнены в виде струн. л и ч а ю щ е е с я тем, что в

Источники информации, мом блокирующим его -вращение в стоятые во внимание при экспертизе

У ого звена. приняты ону разматывания гибкого

6. Устройство по и. 1, о т л и-

1. Сарычев В.А. и др. Исследование то ности прибора для из е ения ности барабана выполнена винтовая ние точност авка для укладки гибкого, канавка сквозь кото- нрепринт

СССР а в корпусе - отверстие, скво

2. Авторское свидетельство яг - 518639, кл. С 01 С 19/00, 197б противления протяги ягиванию, гибкое зве(прототип). но.

Aii /

981831

Составитель А. Андреев

Редактор Н. Горват Texpe@ A.Бабинец Корректор А. ференц,Заказ 9697/60 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам ивобретений и открытий

ЩОМ Москва Ж-35 Рамшская наб. а. 4/5 ъФ 4А А филиал ППП ТПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4