ТЕНЗОДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1994 года по МПК G01B7/18 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении линейных и угловых перемещений.

Известно устройство для измерения перемещений [1], содержащее корпус с расположенными внутри него штоком и пружиной сжатия, жестко связанной с ним, тензорезистор и Г-образный рычаг. Известно также устройство для измерения перемещений [2] , содержащее корпус с продольным сквозным пазом в стенке, консольную тензобалку и подпружиненную измерительную опору, закрепленную в корпусе, клиновидный элемент, установленный между наклонной стенкой корпуса и пружиной измерительной опоры. Данные устройства измеряют линейные перемещения сжатия со стороны объекта исследования. Недостатком известных решений является невозможность измерения линейных перемещений растяжения и угловых перемещений.

Наиболее близким к заявленному является устройство [3]- прибор для дистанционного измерения линейных перемещений в широком диапазоне температур, содержащий полый корпус с крышкой, закрепленные в крышке одними концами упругие элементы с тензорезисторами, шток, установленный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения, и конус, жестко закрепленный на штоке и взаимосвязанный с вторыми концами упругих элементов. Конус имеет несколько пар канавок с разными углами наклона к оси штока - для расширения диапазона измеряемых размеров.

Недостатком известного решения является узость функциональных возможностей: осуществление измерений перемещений только одного знака.

Целью заявленного решения является расширение функциональных возможностей датчика за счет измерения как линейных, так и угловых перемещений обоих знаков.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа предложенный тензодатчик снабжен установленной в полости корпуса кольцевой пружиной, концы которой взаимосвязаны с вторыми концами упругих элементов и прижимают их к конусу. Устройство содержит также втулку, размещенную в крышке посредством резьбы. Шток установлен с возможностью фиксации во втулке. Кольцевая пружина выполнена с двумя группами витков, расстояние между центрами которых выбрано равным расстоянию между вторыми концами упругих элементов в исходном положении.

В исходном состоянии упругие элементы параллельны друг другу. Продольное смещение штока в ту или иную сторону приводит к соответствующему изгибу упругих элементов и деформации тензорезисторов, установленных на них.

При фиксации штока во втулке тензодатчик работает как датчик угловых перемещений.

На фиг. 1 приведен чертеж тензодатчика для измерения перемещений, на фиг.2 - кольцевая пружина, на фиг.3 - втулка.

Тензодатчик для измерения перемещений содержит полый корпус 1, крышку 2, с жестко установленными в ней упругими элементами 3 (консольные балочки равного сопротивления изгибу толщиной 0,4 мм), на которых приклеены тензорезисторы 4. От тензорезисторов 4 выведены электроды 5. Цилиндрический шток 6 переходит на одном конце в конус 7. Кольцевая пружина 8 изготовлена из стальной проволоки диаметром 1-2 мм, диаметр пружины 8 равен 20-30 мм, диаметр двух групп витков - 4-6 мм, расстояние между их центрами - 10-15 мм. Пружина 8 прижимает свободные концы упругих элементов 3 к поверхности конуса 7. Втулка 9 резьбовой связью связана с крышкой 2. Винт 10 служит для жесткой связи штока 6 и втулки 9 при работе тензодатчика в качестве датчика угловых перемещений. Электроды 5 присоединяют к мостовой схеме. Корпус 1 ввинчивается в крышку 2. Все элементы тензодатчика, кроме 4 и 5, изготовлены из стали. В исходном положении упругие элементы 3 параллельны друг другу и их кончики прижаты к середине рабочего участка поверхности конуса.

Тензодатчик работает следующим образом. В режиме измерения линейных перемещений винт 10 не оперт в шток 6 (см.фиг.1), вследствие чего шток 6 не связан жестко с втулкой 9. Шток 6 жестко связывают с объектом исследования, корпус 1 - с неподвижной основой. Линейные перемещения сжатия или растяжения объекта регистрируются мостовой схемой вследствие перемещения штока 6 и конуса 7 и соответственно изгиба упругих элементов 3 и изменения сопротивления тензорезисторов 4. Например, при линейном перемещении сжатия объекта шток 6 смещается во внутрь корпуса 1 тензодатчика и конус 7 перемещается вниз. Вследствие этого пружина 8, воздействуя на упругие элементы 3, изгибает их (на фиг.1 показано штриховой линией) таким образом, что терморезисторы подвергаются деформации растяжения. Полученные на регистрирующем устройстве результаты сравниваются с предварительно измеренными калибровочными данными и определяются значения линейных перемещений объекта.

В режиме измерения угловых перемещений винт 10 оперт в шток 6 и втулка 9 жестко связана со штоком 6. Шток 6 жестко связывается с объектом исследования. Угловое перемещение штока 6, его вращение вокруг своей оси по или против часовой стрелки приводят к угловому перемещению втулки 9 по резьбе в крышке 2 и продольному смещению его вдоль своей оси. Вследствие этого шток 6 и соответственно конус 7 также смещается вдоль своей оси, что приводит к изгибу упругих элементов 3 и деформации тензорезисторов 4 и регистрации сигнала регистрирующим устройством.

Использование: для измерения линейных и угловых перемещений. Сущность: устройство содержит корпус, крышку, на которой установлены упругие элементы с тензорезисторами, конус, укрепленный на штоке и связанный с упругими элементами, снабжено кольцевой пружиной, прижимающей концы упругих элементов к конусу, и втулкой, установленной на крышке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. ТЕНЗОДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий полый корпус с крышкой, закрепленные в крышке одними концами упругие элементы с тензорезисторами, шток, установленный в полости корпуса с возможностью осевого перемещения, и конус, жестко закрепленный на штоке и взаимосвязанный с вторыми концами упругих элементов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей датчика за счет измерения как линейных, так и угловых перемещений обоих знаков, он снабжен установленной в полости корпуса кольцевой пружиной, концы которой взаимосвязаны с вторыми концами упругих элементов, и втулкой, размещенной в крышке посредством резьбы, а шток установлен с возможностью фиксации во втулке. 2. Тензодатчик по п.1, отличающийся тем, что кольцевая пружина выполнена с двумя группами витков, расстояние между центрами которых выбрано равным расстоянию между вторыми концами упругих элементов в исходном положении.