УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗОК Российский патент 1994 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для измерения нагрузок в различных кинематических цепях и силопередающих звеньях, не допускающих существенного увеличения длины цепи или звена.

Известно устройство, содержащее упругий элемент, выполненный в виде кольца прямоугольного сечения, и силопередающие элементы прямоугольной формы, обеспечивающие контакт их с кольцом и передачу нагрузки на определенные поверхности кольца. Деформации кольца воспринимаются тензорезисторами, установленными на его гранях [1] .

Недостатком этого устройства является большая высота устройства в направлении действия нагрузки, которая в общем случае определяется высотой кольца и двумя высотами прямоугольных элементов, передающих нагрузку кольцу. Кроме того, при нагружении такого устройства происходит изменение вида контакта (от контакта поверхностей к контакту кромками), что обуславливает появление нелинейности и неточности градуировки устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения нагрузок, содержащее выполненный в виде тора кольцевой упругий элемент, установленный между двумя силовыми элементами кольцевой формы. Нагрузка на кольца передается с помощью шариков, что обеспечивает постоянство вида контакта (точечный) при изменении нагрузки и, как следствие, улучшает линейность и точность устройства [2] .

Недостатками этого устройства являются недостаточная точность, а также большая высота его в направлении действия силы, поскольку она не может быть меньше, чем сумма двух диаметров шариков и диаметра сечения тора. Уменьшение диаметра шариков и диаметра сечения тора с целью уменьшения высоты устройства невозможно, так как эти два размера выбираются в зависимости от заданного предела измерения устройства. Кроме того, диаметр тора не может быть выбран меньшей величины, чем это нужно для размещения тензорезисторов.

Целью изобретения является повышение точности и уменьшение габаритной высоты устройства для измерения нагрузок.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения нагрузок, содержащем два кольцевых силовоспринимающих элемента, между которыми размещен тороидальный упругий элемент, последний выполнен разомкнутым из токоизолированной тензочувствительной проволоки, а силовоспринимающие элементы - в виде плоских колец толщиной не менее 0,5 мм.

Упругий элемент, выполненный в виде разомкнутого тора, одновременно является и чувствительным элементом.

Выполнение упругого элемента в виде тензочувствительной проволоки позволяет избавиться от тензорезисторов, и минимальный диаметр сечения тора может быть выбран сколь угодно малым и равным диаметру выбранной тензочувствительной проволоки (например, 20 мкм).

Выполнение тора разомкнутым позволяет включать тензочувствительную проволоку в измерительную цепь (например, в плечо мостовой измерительной цепи).

Расположение разомкнутого тора из изолированной тензочувствительной проволоки между плоскими кольцами обеспечивает силовой контакт по всей длине проволоки и деформирование ее без изменения вида контакта во всем диапазоне нагрузок, что обеспечивает высокую линейность и точность устройства.

Минимальная толщина плоского кольца ограничена минимально допустимой жесткостью устройства при изгибе, определяемой условиями транспортировки устройства.

Так, максимальный средний диаметр плоского кольца может быть равным 300 мм при минимальной ширине кольца 20 мм. При транспортировке устройства может встретиться самая опасная для разрушения устройства ситуация, когда это устройство может быть представлено как консольная балка, нагруженная собственным весом. Тогда максимальные напряжения будут в заделке и могут быть выражены следующим образом:
σ = · F, где l и b - эквивалентные длина и ширина консоли;
F - равнодействующая сила, эквивалентная весу.

Равнодействующая сила определяется следующим образом:
F= 2πρr_cp˙h˙B, где B - ширина кольца;
ρ - плотность материала. При b ≅ 2В и [ σ ] = 6 ˙ 10⁷ Па
h ≥ ≥ ≥ 0,5·10^-3м
Максимальная толщина может быть любой и выбирается из конструктивных соображений.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства; на фиг. 2 - ее составные части в плане.

Устройство состоит из верхнего 1 и нижнего 2 кольцевых силовоспринимающих элементов - плоских колец, между которыми установлена тензочувствительная электроизоляционная проволока 3 с выводами 4.

Крепление плоских колец между собой может осуществляться любым способом, обеспечивающим их относительное перемещение. Одним из способов является применение клеевого электроизоляционного соединения.

Устройство работает следующим образом.

При приложении сжимающей равномерно распределенной нагрузки к плоским кольцам происходит деформирование тензочувствительной проволоки по всей ее длине. В результате этого проволока подвергается всестороннему сжатию и происходит увеличение ее сопротивления. При уменьшении нагрузки происходит разгружение проволоки, приводящее к уменьшению ее сопротивления. Величина изменения сопротивления проволоки является мерой приложений нагрузки. (56) 1. Патент США N 4089218, кл. G 01 L 1/22, 1980.

2. Заявка Великобритании N 2126357, кл. G 01 L 1/22, 1984.

Использование: в кинематических целях и силопередающих звеньях. Сущность изобретения: устройство содержит два кольцевых силовоспринимающих элемента в виде плоских колец толщиной не менее 0,5 мм. Между плоскими кольцами размещен разомкнутый тороидальный упругий элемент в виде токоизолированной тензочувствительной проволоки с выводами. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАГРУЗОК , содеpжащее два кольцевых силовоспpинимающих элемента, между котоpыми pазмещен тоpоидальный упpугий элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения габаpитной высоты, тоpоидальный упpугий элемент выполнен pазомкнутым из токоизолиpованной тензочувствительной пpоволоки, а силовоспpинимающие элементы - в виде плоских колец толщиной не менее 0,5 мм.