ДАТЧИК ПЕРЕГРУЗОК Российский патент 1998 года по МПК G01P15/04 

Изобретение относится к измерительной технике, к измерениям параметров движения, в частности к измерениям предельной перегрузки.

Известен предельный регистратор ускорения [1], содержащий подпружиненный инерционный элемент, выполненный в виде диска, установленного в корпусе с одной стороны на опорных шариках, а с другой стороны подпружиненного шариком, при этом в центре диска выполнены коническое углубление и коаксиальная ему концентрическая канавка, причем подпружиненный шарик помещен в коническое углубление. На инерционном диске имеются две зоны (круг и кольцо вокруг круга), выкрашенные в разные цвета. По цвету зон диска и положению центральной метки судят о значении и направлении измеряемого ускорения.

Однако данный предельный регистратор требует непосредственного визуального доступа.

Известен также прибор для измерения параметров движения [2], выбранный в качестве прототипа, содержащий инерционный элемент, выполненный в виде металлического шарика, установленного в корпусе в зазоре между дном и крышкой, выполненными в виде параллельно расположенных круглых пластин, которые выполнены из диэлектрического материала, на внутренней поверхности пластин установлены электропроводные полосы, каждая из которых имеет вывод для подключения к регистрирующему устройству. Расстояние между пластинами позволяет шарику беспрепятственно перемещаться вдоль них. Полость между пластинами заполнена безынерционной жидкостью. По изменению положения шарика в каждый момент времени регистрирующее устройство (электронно-вычислительная машина) определяет ускорение и направление действующей перегрузки в конкретный момент времени.

Данное устройство обладает следующими недостатками: необходим постоянный съем информации по большому количеству каналов, а также при длительном воздействии перегрузок в плоскости измерения для перемещения шарика требуется большой диаметр прибора.

Изобретение направлено на решение технической задачи обеспечения минимальных линейных размеров прибора при длительном воздействии перегрузок и упрощения дистанционного съема информации.

Технический результат от использования изобретения заключается в измерении предельных перегрузок в нескольких интервалах по уровню и направлению воздействия нагрузки, сохранении информации о максимальной воздействовавшей перегрузке до воздействия перегрузки большей величины.

Указанная задача решается следующим образом. Заявляется датчик перегрузок, содержащий инерционный элемент, выполненный в виде металлического шарика, установленного в корпусе в зазоре между дном и крышкой, выполненными в виде параллельно расположенных круглых пластин, одна из которых выполнена из диэлектрического материала, причем на ее внутренней поверхности установлены электропроводные полосы, каждая из которых имеет вывод для подключения к регистрирующему устройству. Диэлектрическая пластина снабжена кольцевыми выступами, между которыми размещены электропроводные полосы, выполненные в виде концентрично расположенных разомкнутых колец. Другая пластина выполнена из проводящего материала и снабжена выводом для подключения к регистрирующему устройству. Шарик установлен в контакте с обеими пластинами. Профиль кольцевых выступов диэлектрической пластины имеет скос, обращенный к центру пластины. На внутренней поверхности пластины из проводящего материала выполнены радиальные выступы, не доходящие до центра пластины.

От прототипа заявляемый датчик отличается следующими признаками: диэлектрическая пластина снабжена кольцевыми выступами, между которыми размещены электропроводные полосы, выполненные в виде концентрично расположенных разомкнутых колец, другая пластина выполнена из проводящего материала и снабжена выводом для подключения к регистрирующему устройству, причем шарик установлен в контакте с обеими пластинами без зазоров. Профиль кольцевых выступов диэлектрической пластины имеет скос, обращенный к центру пластины. На внутренней поверхности пластины из проводящего материала выполнены радиальные выступы, не доходящие до центра пластины.

При возникновении ускорения в плоскости, параллельной плоскости пластин, шарик начинает двигаться в сторону действия сил. При удалении шарика от центра пластин сила трения увеличивается, большей перегрузке соответствует большее расстояние, пройденное шариком от начального до конечного положения. При последующих ударах с меньшей по величине нагрузкой, чем у предыдущих, сила трения шарика о пластины и кольцевые выступы на диэлектрической пластине не позволяют шарику перемещаться. Датчик хранит информацию о предшествующей нагрузке до момента приложения нагрузки большей по величине, чем предыдущая.

Если повторный удар меньше по величине перегрузки, чем предыдущий, и не соосен ему, то радиальные выступы на внутренней поверхности пластины из проводящего материала, не доходящие до центра пластины, препятствуют угловому перемещению шарика по поверхности пластин.

Режим работы устройства ограничен как величиной перегрузки, так и фронтами нарастания и спада нагрузки (в силу инерционности шарика). Величина перегрузки определяется по расстоянию от первоначального до конечного положения шарика.

Шарик, перемещаясь под воздействием перегрузки, замыкает соответствующую электрическую цепь между электропроводной полосой и пластиной из проводящего материала, что позволяет при простой электрической схеме однозначно определять не только уровень перегрузок, но и направление удара.

Датчик позволяет измерять изменение вектора перегрузок в плоскости, параллельной плоскостям пластин, по направлению и уровню перегрузок в нескольких интервалах.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен вертикальный разрез датчика, на фиг. 2 - электрическая схема датчика, на фиг. 3 - вид Б; на фиг. 4 - профиль кольцевого выступа на диэлектрической пластине.

Датчик содержит инерционный элемент, выполненный в виде металлического шарика 1, установленного в корпусе в зазоре между дном 2 и крышкой 3, выполненными в виде параллельно расположенных круглых пластин, одна из которых выполнена из диэлектрического материала (крышка 3), другая пластина (дно 2) выполнена из проводящего материала. На внутренней стороне пластины из диэлектрического материала (крышки 3) установлены электропроводные полосы 4, каждая из которых имеет вывод 5 для подключения к регистрирующему устройству 6. Диэлектрическая пластина (крышка 3) снабжена кольцевыми выступами 7, между которыми размещены электропроводные полосы 4, выполненные в виде концентрично расположенных разомкнутых колец. Другая пластина (дно 2) снабжена выводом 8 для подключения к регистрирующему устройству 6. Инерционный элемент 1 установлен в контакте с дном 2 и крышкой 3 (обеими пластинами). Профиль кольцевых выступов 7 диэлектрической пластины (крышка 3) имеет форму, например, прямоугольного треугольника, причем скос выступа обращен к центру пластины.

На внутренней стороне пластины из проводящего материала (дна 2) выполнены радиальные выступы 9, не доходящие до ее центра (дно 2).

Датчик закрепляется со стороны дна 2. Дно 2 и крышка 3 между собой скреплены жестким кольцом 10, при помощи которого задается требуемое усилие обжатия шарика 1.

Датчик работает следующим образом. При возникновении ускорения в плоскости, параллельной плоскости пластин, шарик 1 начинает двигаться в сторону действия сил. При удалении шарика 1 от центра пластин сила трения увеличивается. Большей перегрузке соответствует большее расстояние, пройденное шариком 1 от начального до конечного положения. Перемещаясь под действием перегрузки, шарик 1 замыкает цепь между соответствующей электропроводной полосой 4 и пластиной из проводящего материала (дном 2). При этом сопротивление цепи при положении шарика 1 в точке А1 больше, чем при положении в точке А2, т. е. сопротивление цепи однозначно определяет угловое положение шарика 1, что в свою очередь позволяет определять уровень и направление перегрузок.

Для предотвращения возможного смещения шарика при заведомо слабых ударах предусмотрены кольцевые выступы 7 на пластине из диэлектрического материала (на крышке 3). Профиль кольцевых выступов 7 имеет треугольную форму, причем скос выступа обращен к центру пластины.

Для предотвращения углового смещения шарика 1 по поверхности пластин при повторном ударе, не соосном с предыдущим ударом, выполнены радиальные выступы 9, не доходящие до центра пластины из проводящего материала (дна 2).

Диаметр датчика при нагрузках до 1500 ед. не превышает 15 мм и позволяет проводить измерения в следующих интервалах, например до 300, 700 и 1500 ед.

Таким образом, датчик позволяет измерять предельные перегрузки в нескольких интервалах по уровню и направлению нагрузки в плоскости пластин, сохраняет информацию о воздействовавшей перегрузке до воздействия большей по величине перегрузки.

Список литературы:
1. Авт. свид. СССР N 811152, МПК G 01 P 15/04 опубл. 07.03.81, Бюлл. N 9.

2. Патент США N 3498137, МПК G 01 P 15/08 опубл. 03. 03.70.

Датчик предназначен для измерения предельной перегрузки и сохранения информации об этой величине. Датчик перегрузок содержит инерционный элемент в виде металлического шарика. Шарик установлен в корпусе в зазоре между дном и крышкой. Дно и крышка выполнены в виде параллельно расположенных круглых пластин. Одна пластина выполнена из диэлектрического материала и на ее внутренней поверхности установлены электропроводные полосы. Каждая полоса имеет вывод для подключения к регистрирующему устройству. Диэлектрическая пластина снабжена кольцевыми выступами, между которыми размещены электропроводные полосы. Полосы расположены концентрично в виде разомкнутых колец. Другая пластина выполнена из проводящего материала и снабжена выводами для подключения к регистрирующему устройству. Шарик контактирует с обеими пластинами. Профиль кольцевых выступов диэлектрической пластины имеет скос, обращенный к центру пластины. На внутренней поверхности пластины из проводящего материала выполнены радиальные выступы, не доходящие до центра пластины. Датчик позволяет измерять предельные перегрузки в нескольких интервалах по уровню и по направлению перегрузки в плоскости пластины и определять показания дистанционно. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Датчик перегрузок, содержащий инерционный элемент, выполненный в виде металлического шарика, установленного в корпусе в зазоре дном и крышкой, выполненными в виде параллельно расположенных круглых пластин, одна из которых выполнена из диэлектрического материала, причем на ее внутренней поверхности установлены электропроводные полосы, каждая из которых имеет вывод для подключения к регистрирующему устройству, отличающийся тем, что диэлектрическая пластина снабжена кольцевыми выступами, между которыми размещены электропроводные полосы, выполненные в виде концентрично расположенных разомкнутых колец, другая пластина выполнена из проводящего материала и снабжена выводом для подключения к регистрирующему устройству, причем шарик контактирует с обеими пластинами. 2. Датчик перегрузок по п.1, отличающийся тем, что профиль кольцевых выступов диэлектрической пластины имеет скос, обращенный к центру пластины. 3. Датчик перегрузок по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности пластины из проводящего материала выполнены радиальные выступы, не доходящие до центра пластины.