Струнный датчик силы

 

Сущность изобретения: датчик содержит размещенный в корпусе подвижный элемент, выполненный в виде керна, кинематически связанный с объектом измерения, и струнный элемент, один конец которого связан с корпусом через винт предварительной настройки, а другой конец закреплен на керне. В корпусе размещена подпружиненная муфта, на концах которой выполнена резьба с разными шагами одного направления. Один резьбовой конец муфты связан с подвижной концевой частью датчика, закрепляемой на объекте, а другой резьбовой конец муфты связан с керном. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий деформации.

Известен датчик, содержащий силовоспринимающий стержень, закрепленный в одном или нескольких местах и воспринимающий силу на некотором расстоянии от места крепления, что вызывает его изгиб, пропорциональный приложенной к нему силе. На силовоспринимающем стержне закреплен в двух точках струнный чувствительный элемент. Первая точка крепления струны находится непосредственно на стержне, вторая на жестком соединительном элементе, выступающем от консольного конца стержня в направлении первой точки крепления струны параллельно ее оси чувствительности. Обе точки крепления струнного элемента находятся по направлению продольной оси силовоспринимающего стержня, на некотором расстоянии одна от другой. Взаимное согласование коэффициентов теплового расширения соединительного элемента и струнного дает возможность согласовать тепловые деформации между этими элементами и благодаря этому в значительной мере уменьшить чувствительность датчика к изменениям температуры [1] Недостатком является отсутствие возможности настройки датчика на ту или иную частоту после жесткой установки датчика на объекте измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик, содержащий эксцентриковую втулку, связанную с подвижной опорой и силовоспринимающим элементом. Измеряемая сила через эксцентриковую втулку и подвижную опору передается на струнный элемент. Подвижная опора закреплена в корпусе при помощи упругого шарнира, ось которого наклонена под заданным углом к продольной оси силовоспринимающего элемента. Для герметизации внутреннего объема датчика используется разделитель сред, связанный с эксцентриковой втулкой и корпусом [2] Недостатками датчика являются направление измеряемой силы перпендикулярно длине струны, при этом не всегда возможна установка необходимым образом датчика на объекте, особенно в тех случаях, когда измеряются усилия в конструкциях стержневой или цилиндрической формы.

Кроме того, в датчике не предусмотрена возможность настройки при жестком закреплении его на объекте, из-за чего при установке датчика на объекте будет изменяться начальная частота.

Целью изобретения является обеспечение возможности регулировки чувствительности в заданном диапазоне в процессе измерения на объекте.

Цель достигается тем, что в струнный датчик силы, содержащий корпус, подвижную концевую часть, размещенный в корпусе подвижный элемент, кинематически связанный с объектом измерения, и струнный элемент, одним концом соединенный с корпусом, а другим с подвижным элементом, введены винт предварительной настройки и подпружиненная муфта, имеющая на обоих концах резьбу с разными шагами одного направления, при этом один резьбовой конец муфты связан с подвижной концевой частью, другой с подвижным элементом, который выполнен в виде керна с упругим элементом, закрепленным в корпусе, а струнный элемент соединен с корпусом с помощью винта предварительной настройки.

На фиг. 1 показан датчик, общий вид; на фиг. 2 градуировочная характеристика датчика.

Струнный датчик содержит корпус 1, упругий элемент, например мембрану 2, пружину 3, муфту 4, сальниковое уплотнение 5, прижимное кольцо 6, катушку 7 с сердечником, струну 8, винт 9 предварительной настройки, стопор 10, штуцер 11, подвижную концевую часть удлинитель 12, законцовку 13 корпуса, переходник 14, керн 15, кольцевое уплотнение 16, пружину 17 и гайки 18, 19.

При вращении муфты 4 происходит изгиб мембраны 2 и перемещение подвижного элемента керна 14 с закрепленным на нем концом струны 8. Возбуждение колебаний струны 8 и регистрация ее частоты происходят с помощью катушки 7 с сердечником. Для уплотнения выводов кабеля из корпуса 1 предусмотрен штуцер 11 и кольцевое уплотнение 16.

Для герметизации внутренней полости струнного датчика силы с целью исключения попадания влаги предусмотрено сальниковое уплотнение 5. Пружина 3 служит для установления равновесного состояния мембраны 2. Переходник 14 предназначен для улучшения технологии изготовления и сборки датчика. Для прижима мембраны 2 служит прижимное кольцо 6, а крепится датчик с помощью законцовки 13, закрепляется и регулируется натяжение струны 8 с помощью керна 15, другим концом струна 8 закреплена к винту 9 предварительной настройки, который фиксируется стопором 10. Гайка 19 обеспечивает прижим мембраны 2 к корпусу 1 и направление перемещения муфты 4. Удлинитель 12, кинематически связанный с мембраной 2 и струной 8, другим своим концом закреплен на объекте.

Упругий элемент 2 обеспечивает настройку датчика при его закрепленном положении на объекте и исключает влияние жесткости корпуса 1 на объект измерений.

Для обеспечения температурной компенсации следует подобрать экспериментальным путем материалы и геометрические размеры элементов датчика так, чтобы выполнялось следующее соотношение: Δl_to=Δl_t1+Δl_t2+Δl_t3, где Δl_to=α_oΔt˙ l_o температурное удлинение объекта измерений при длине l_o, где α_o температурный коэффициент расширения материала объекта; Δ t изменение температуры; Δl_t1=α₁˙Δt˙ l₁ температурное удлинение законцовки корпуса датчика длиной l₁, где α₁ температурный коэффициент расширения материала законцовки; Δl_t2=α₂˙Δt˙ l₂ температурное удлинение струны длиной l₂, где α₂ температурный коэффициент расширения материала струны; Δl_t3= α₃˙Δt˙l₃ температурное удлинение материала удлинителя длиной l₃, где α₃ температурный коэффициент расширения материала удлинителя.

До проведения измерений струнный датчик силы жестко закрепляется на объекте с помощью винтов, проходящих через отверстия удлинителя 12 и законцовки 13 корпуса. Непосредственно перед измерением проводится регулировка начального диапазона периода колебаний струны 8 с помощью винта 9 предварительной регулировки.

После закрепления датчика на объекте производится установка исходного периода колебаний струны. В процессе измерений в результате деформации объекта происходит удлинение (укорочение) базы объекта измерений, что, в свою очередь, вызывает натяжение или ослабление струны 8, которое передается путем перемещения удлинителя 12 через муфту 4 и мембрану 2. Деформация мембраны 2 вызывает перемещение керна 15 с закрепленной на нем струной 8, в результате чего происходит изменение колебаний струны 8. В зависимости от знака деформации (растяжение, сжатие) происходит изменение периода колебаний струны 8, которое регистрируется измерительной аппаратурой.

Формула изобретения

СТРУННЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ, содержащий корпус, подвижную концевую часть, размещенный в корпусе подвижный элемент, кинематически связанный с объектом измерения, и струнный элемент, одним концом соединенный с корпусом, а другим с подвижным элементом, отличающийся тем, что в него введены винт предварительной настройки и подпружиненная муфта, имеющая на обоих концах резьбу с разными шагами одного направления, при этом один резьбовой конец муфты связан с подвижной концевой частью, другой с подвижным элементом, который выполнен в виде керна с упругим элементом, закрепленным в корпусе, а струнный элемент соединен с корпусом с помощью винта предварительной настройки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2