Датчик контактных нормальных напряжений

 

Использование: в контакте шин и с различными опорными основаниями. Сущность: датчик, который устанавливают в протектор шины, содержит металлический корпус, в котором размещена измерительная мембрана с тензорезистором. К измерительной мембране прикреплен деформируемый элемент с дополнительной мембраной. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения нормальных напряжений (давления) в контакте шин и других движителей с различными опорными основаниями.

Известен датчик контактного давления, включающий жесткий корпус, в котором установлен элемент, воспринимающий давление, и связанный с ним силоизмерительный элемент [1].

Недостатком такой схемы является то, что при действии давления воспринимающий его элемент должен перемещаться относительно корпуса, деформируя силоизмерительный элемент. Возникающие при этом силы трения между корпусом и элементом, воспринимающим давление, снижают точность измерения.

Указанного недостатка лишен мембранный датчик, в котором элемент, воспринимающий давление, и силоизмерительный элемент объединены в один узел, представляющий собой упругую мембрану с наклеенным на нее тензорезистором, установленную в корпусе датчика [2].

По совокупности существенных признаков данная конструкция датчика может быть принята за прототип.

Недостатком обеих указанных схем является то, что датчики имеют деформативные характеристики, как правило, отличные от деформативных характеристик материала того объекта, в который они устанавливаются (протектор шины). Несоответствие деформаций датчика и материала протектора шины приводит к искажению величины нормальных напряжений, действующих на протектор в зоне установки датчика, и, следовательно, к ошибке измерения, которая может быть весьма существенной.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что датчик контактных нормальных напряжений, содержащий корпус и закрепленную в нем измерительную мембрану с тензорезистором, снабжен дополнительной мембраной и деформируемым элементом, соединенным с обращенными друг к другу поверхностями мембран.

На фиг.1 изображен датчик контактных нормальных напряжений; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Датчик содержит металлический корпус 1, в котором установлена измерительная мембрана 2 с тензорезистором 3. К измерительной мембране 2 приклеен деформируемый элемент 4 с дополнительной мембраной 5. Датчик установлен в протектор шины 6.

Датчик работает следующим образом. Нормальное контактное напряжение N на поверхности протектора 6 воспринимается дополнительной мембраной 5 и через деформируемый элемент 4 передается на измерительную мембрану 2, деформация которой преобразуется тензорезистором 3 в электрический сигнал. Контактное напряжение N будет восприниматься датчиком без искажения в том случае, если под действием этого напряжения датчик будет деформироваться так же, как материал протектора шины. Площадь поперечного сечения деформируемого элемента 4 (сечение А-А), при которой обеспечивается соответствие характеристик сжатия датчика и материала протектора, определяется из соотношения модулей деформации материала протектора и деталей датчика и размеров последних.

Условие совместности деформаций датчика и протектора выглядит следующим образом: ε₁= ε₂; ε₁= ; ε₂= , (1) где ε₁ - относительная деформация сжатия протектора; N - нормальное напряжение на поверхности протектора; Е₁ - модуль деформации материала протектора; ε₂- относительная деформация сжатия датчика; Δh - линейная деформация сжатия датчика; h - высота датчика.

Если пренебречь деформацией металлических деталей датчика ввиду ее малой величины по отношению к деформации материала протектора (обычно резина), то линейная деформация датчика равна деформации элемента 4, которая вычисляется: Δh = ·N· (2) где h_o - высота элемента 4; Е_о - модуль деформации элемента 4; N· - напряжение сжатия элемента 4;
S - площадь поперечного сечения датчика;
S_o - площадь поперечного сечения элемента 4.

Подставив значение Δh из уравнения (2) в уравнение (1), получим:
= N· , откуда
S_o= · ·S (3)
Таким образом, при известных высотах датчика h и деформируемого элемента h_o, модулях деформации материала протектора Е₁ и деформируемого элемента Е_о, а также площади поперечного сечения датчика S по уравнению (3) можно определить площадь поперечного сечения деформируемого элемента S_o, при которой обеспечивается соответствие деформативных характеристик сжатия датчика и материала объекта, в который он устанавливается, что увеличивает точность измерения контактных нормальных напряжений.

Использование датчика контактных нормальных напряжений с увеличенной точностью измерения позволит более корректно оценивать давление на почву движителей сельскохозяйственной техники с тем, чтобы вырабатывать уточненные рекомендации по усовершенствованию существующих движителей и изменению режимов их работы с целью снижения отрицательного воздействия на почву и связанных с этим потерь сельскохозяйственной продукции.

Формула изобретения

ДАТЧИК КОНТАКТНЫХ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, содержащий корпус и закрепленную в нем измерительную мембрану с тензорезистором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен дополнительной мембраной и деформируемым элементом, соединенным с обращенным одна к другой поверхностями мембран.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2