Двухкомпонентный силоизмерительный датчик

 

ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬШЙ ДАТЧИК, содержащий двухкоординатный механотрон, закрепленный в неподвижной колодке, и упругую систему, связанную с одной сфороны (с неподвижной коподкой, а с другой стороны через подвижную колодку со штырем механотрона, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и улучшения эксплуатационных характеристик, в нем упругая система выполнена в виде полого усеченного параболоида вращения, расположенного соосно штырю механотрона и связанного герметично с неподвижной колодкой в своем большем сечении и с подвиж- . ной колодкой в своем меньшем сечении , при этом воображаемая вершина параболоида вращения совмемвна с точкой приложения измеряемого усилия к штырю I механотрона.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(58 Q 01 L 1/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2777493/18-10 (22) 07.06.79 (46) 07.10.83. Бюл. М 37 (72) A.М. Ростовцев; Г.С. Берлин, И,Л.Кузнецов, В.П.Лукьянов и Н.A ° Ìåëåõoâà (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,9 467244, кл. G 01 L 1/04, 19.12.74.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 662830, кл. С 01 (, 1/14, 23.12,76. (54) (57) ДВУХКОМПОНЕНТН Й СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫй ДАТЧИК, содержащий двухкоординатный механотрон, закрепленный в неподвижной колодке, и упругую систему, связанную с одной стороны

„„SU„, 2 А с неподвижной коподкой, а с другой . стороны через подвижную колодку со штырем механотрона, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышенйя точности измерения и улучшения эксплуатационных характеристик, в нем упругая система выполнена в виде полого усеченного параболоида вращения, расположенного соосно штырю механотрона и связанного герметично с неподвижной колодкой в своем большем сечении и с подвиж- . ной колодкой в своем меньшем сечении, при этом воображаемая вершина параболоида вращения совмещена с точкой приложения измеряемого усилия к штырю механотрона. . е

1046628

Изобретение относится к силоизмерительной технике.

Известны.механотропные силоизмерительные датчики, содержащие упругую систему и механотропные преобразователи Pl J.

Недостатком этих датчиков является то, что они представляют собой однокомпонентные устройства и не позволяют производить измерение вектора усилия.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является двухкомпонентный силоизмерительный датчик,. содержащий двухкоординатный механотрон, закрепленный в неподвижной колодке, и упругую систему, связанную с одной стороны с неподнижной колодкой,.а с другой стороны через подвижную колодку— со, штырем механотрона.(2 1. . Недоотатком известного датчика является невысокая точность,иэ-за наличия гистерезиса в угругой системе и неравномерности нагружнения сечений упругой системы датчика, 25 а .также невозможность использования датчика в жидкой среде из-эа незащищенности мембраны механотрона от воздействия среды.

Целью изобретения является ïîíûшение точности измерения и улучшение эксплуатационных характеристик, указанная цель достигается тем, что в датчике упругая система выполнена н виде полого .усеченного параболоида вращения, расположенного соосно штырю механотрона и связанно- го герметично с неподвижной колодкой .н своем большем сечении и с подI нижной колодкой в своем меньшем сечении, при этом воображаемая вершина параболоида совмещена с точкой приложения измеряемого. усилия .к штырю механотрона.

На фиг, 1 показан датчик, общий нид; на фиг. 2 — сечение A-A на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 — схема нагружения датчика.

Датчик состоит из оболочки 1, подвижной колодки 2, жестко и герме- 50 тично соединенной с оболочкой l u штырем 3 двухкомпонентного механотрона. В своем другом (большем) сечении оболочка 1 жестко и герметично соединена с неподвижной колодкой 55

4, где, в свою очередь, аналогичным образом закреплен фланец 5, несущий н себе эластичную мембрану 6 и стеклянный корпус 7 механотрона.Двухкомпонентный механотрон включает в (p себя также четыре неподвижных катода

8,жестко связанных с корпусом 7. по средством слюдяных изоляторов 9,и об-щий подвижный анод 10 квадратного сечения,укрепленный на стержне З,впаМ ф

mr>r x п = — ао 84, )1) Х тих где д

r) напряжение в материале балки, обусловленное ее изгибом; текущий и максимальный изгибающие моменты, соответственноу текущий и максимальный сопротивления изгибу балки, соответственно. х > х

О М к) )пах янном в мембрану 6, являющуюся частью вакуумированной полости механотрона., Подвижный анод 10 электрически соединен .с выводом цоколя посредством гибкой контактной пружинки ll а остальные электроды соединены с выводами .цоколя по= редством контактных пронодннкон 12.

Каждый из катодов механотрона расположен вдоль одной иэ плоскостей анода. Перемещение анода, ныэванное перемещением штыря механотройа, приводит к изменению межэлектродных расстояний в приборе и к соответствующему изменению токов катодов. При этом механотрон имеет две оси наибольшей чувствительности по току к перЕмещению - оси ИИ и NN (фиг. 3) . В то же время оси ())>И и

ЧМ являются осями >)рямоугольных координат, .по которым происходит разложение на компоненты измеряемо- . го вектора усилия.

Датчик работает следующим образом.

Измеряемое усилие воздействует на штырь 3 механотрона, передающего через подвижную колодку 2 усилие на оболочку 1, которая, упруго деформируясь, вызывает перемещение штыря 3 и связанного с ним анода 10 относительно катодов 8 что и обусловливает возникновение электрического сигнала на выходе измерительной системя.

Для того, чтобы снизить механический гистерезис, геометрическая

-форма оболочки 1 принята в виде тела равного сопротивления изгибу.

На схеме нагружения оболочки (фиг.4) заданы ее длина 0, диаметр Р заделки и толщина материала d . .Требуется найти текущий диаметр 2„ иэ условия равного сопротивления йэгибу силой F, ) .Пренебрегая жесткостью мембраны 6; рассмотрим заданную оболочку как балку а, консольно нагруженную силой F.

Для балок равного сопротивления изгибу справедливо общеизвестное соотношение 104бб28

Эпюра изгибающих моментов (фиг.1,. в) показывает, что (i1„- F x К „=F e где х - текущая координата.

С другой стороны, для поперечного сечения в виде тонкостенного кругового кольца

)и)„ d.

TiB2d" п 4 10

Подставляя вышеприведенные эначе-.

Nxу М„, „, mx р oi < в формулу (1), получаем F (2), У 1) 2 Р УР2 х

4

Выражение (2) после сокращения обеих частей полученного соотношения наФК/Лд" приводит к зависимости

1)2 02 х 20

9 =2 — (з)

Уравнение (Э) представляет собой искомое уравнение образующей средин- 25 ной поверхности оболочки 1. Эта об; раэующая — парабола, а поверхность, .образуемая ею — параболоид.

Существенным является здесь то обстоятельство, что нагружение оболочки должно производиться так, чтобы линия действия измеряемого усилия проходила касательно к вершине параболоида.

Использование предлагаемой конструкции позволяет помимо повышения линейности преобразования, снижения гистерезиса выходной характеристики и уменьшения .расхода материала повысить чувствительность датчика к силам по сравнению, например, с цилиндрической оболочкой с тем же диаметром заделки. учитывая тот факт, что в данной конструкции датчика параболоидная оболочка усечена, точка, С приложения усилия F к штырю механотрона . совмачаена не с реальной, а с вооб-. ражаемой вершиной указанного параболоида - срединной поверхностью оболочки..

1046628

Составитель В.Герасимова

Редактор H.Ïóøíåâêîâà Техред С,Мигунова Корректорд, Тяско

Заказ 7718/41 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4