ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ АНКЕРА Российский патент 2001 года по МПК G01B7/16 G01L1/22 

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам для измерения проявлений горного давления, а именно датчикам для измерения натяжения анкера.

Известен динамометр для измерения нагрузок на крепь в горных выработках, состоящий из верхней и нижней крышек, втулки, тарельчатой пружины, резиновых прокладок. Для дистанционного измерения деформаций тарельчатых пружин он снабжен фотоэлементом [1].

Основной недостаток таких динамометров состоит в неустойчивости деформационной характеристики тарельчатых пружин в процессе измерения, обусловленной влиянием формы в процессе термозакалки и значительной чувствительностью к незначительному изменению температуры.

Известно устройство для контроля натяжения анкерной крепи, состоящее из двух опорных шайб и расположенного между ними элемента податливости. В тело элемента податливости встроена капсула, в полости которой установлена система протарированных подвижных контактов, соединенных с радиопередатчиком [2].

Недостаток устройства состоит в том, что его трудно совместить с единой системой мониторинговой сети контроля содержания газа метана, состояния анкерной крепи и приконтурного массива. Кроме того, упругий податливый элемент, например из вакуумной резины, не имеет устойчивой по времени нагрузочной характеристики вследствие старения резины. Наиболее близким аналогом по технической сущности является датчик, включающий корпус с центральным отверстием и фланцем на торцах, с внешней стороны которого наклеены четыре активных и компенсационных тензорезистора, соединенных по мостовой схеме с равными электрическими плечами, защитный кожух, соединяющий фланцы с резиновыми манжетами [3].

Недостаток такого датчика состоит в низкой точности и значительной высоте корпуса. Низкая точность датчика обусловлена тем, что при продольной деформации корпуса неизбежно происходит его деформация в поперечном направлении, хотя и в меньшей степени. При этом подвергаются деформации и компенсационные тензорезисторы, наклеенные на корпус в поперечном направлении. Кроме того, небольшая базовая длина плеч активных тензорезисторов в мостовой схеме также ограничивает точность датчика. Простое увеличение базовой длины приводит к увеличению высоты датчика, которая и так имеет значительную величину. Высота датчика ограничивается длиной хвостовика анкера, на котором он размещается. Длина хвостовика анкера регламентируется правилами технической безопасности. Кроме того, изменение температур нередко приводит к образованию конденсата в зазоре между корпусом и защитным кожухом, что нередко приводит к выходу датчика из строя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения и надежности его функционирования, а также уменьшение высоты датчика.

Дополнительно, пространство между корпусом и защитным кожухом заполнено герметиком.

Параллельное расположение двух активных, более коротких по базе, тензорезисторов позволяет снизить высоту корпуса при одновременном увеличении базовой длины активного плеча датчика за счет последовательного электрического соединения этих коротких по базе тензорезисторов.

Увеличение базовой длины активных плеч повышает точность измерения деформации корпуса. Снижением высоты корпуса датчика достигается уменьшение длины хвостовика анкера, на который имеется ограничение по правилам безопасности. Кроме того, это приводит к уменьшению длины анкера, а следовательно, к снижению расходов материала на анкер и датчик. Наклеивание компенсационных тензорезисторов на отдельной не деформируемой пластинке также повышает точность измерений.

Все свободное пространство между корпусом и кожухом заполнено эластичным неотверждающимся герметиком. Это в отличие от прототипа исключает возможность образования и накапливания конденсата в полости, что гарантирует надежность функционирования электрической схемы.

Сущность предложения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена конструкция корпуса датчика и схема расположения тензорезисторов на внешней поверхности корпуса.

На фиг. 2 - электрическая мостовая схема соединения тензорезисторов.

Датчик (фиг. 1) состоит из корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической втулки с осевым отверстием под грузонесущий стержень анкера. Торцы корпуса 1 выполнены с фланцами. На внешней поверхности корпуса 1 наклеены тензорезисторы, соединенные в мостовую электрическую схему (фиг. 2). Активные тензорезисторы A₁₁ и A₁₂ одного плеча мостовой схемы наклеены на одной стороне цилиндрической поверхности корпуса 1, а тензорезисторы A₂₁ и A₂₂ другого плеча наклеены на противоположной стороне корпуса 1. Причем тензорезисторы A₁₁ и A₁₂ соединены между собой в электрической схеме последовательно, а наклеены на корпусе 1 вдоль образующей цилиндрической поверхности параллельно. В таком случае удлиняется короткая база тензорезисторов при малой высоте корпуса датчика.

Аналогичным образом соединены и наклеены активные тензорезисторы A₂₁ и A₂₂ другого плеча моста на противоположной стороне корпуса 1. Компенсационные тензорезисторы K₁ и K₂ наклеены на пластинках 2, выполненных из материала корпуса 1, к которому они приклеены одним концом. В таком случае при деформировании корпуса 1 пластинки 2 не деформируются и, соответственно, компенсационные тензорезисторы.

Фланцы корпуса 1 соединены между собой жестким защитным кожухом 3, предназначенным для защиты электрической схемы от механических повреждений.

К кожуху 3 через бобышку 4 присоединен штепсельный разъем 5, к контактам которого подсоединена электрическая мостовая схема датчика. Пространство между кожухом 3 и корпусом 1 заполнено герметиком 6. Герметик 6 предназначен для предотвращения образования конденсата в зазоре между корпусом 1 и кожухом 3 и для изоляции электрической схемы.

Для измерения разбаланса моста при деформировании корпуса датчика вдоль оси мостовая схема подсоединяется через штепсельный разъем к измерительному прибору.

Датчик работает следующим образом. В ненагруженном состоянии корпус 1 неподвержен деформированию. Электрическое сопротивление плеч мостовой схемы уравновешено с точностью до 3^го знака. В процессе деформирования в осевом направлении корпуса 1 датчика деформируются и активные тензорезисторы A₁₁, A₁₂, A₂₁, A₂₂. Компенсационные же тензорезисторы К₁ и K₂, наклеенные на пластинки 2, не деформируются и не изменяют электрическое сопротивление. Деформированные тензорезисторы изменяют свое электрическое сопротивление, и наступает разбаланс моста, что регистрирует прибор. Разбаланс моста пропорционален величине деформирования активных тензорезисторов и корпуса 1.

Вследствие того что действующие силы имеют линейную связь с деформациями корпуса в пределах упругой деформации, то по изменению разбаланса моста судят о величине этих сил. Для этого датчик перед эксплуатацией предварительно тарируют. По результатам четырехкратных нагружений строят тарировочный график, который является неотъемлемой частью паспорта на изделие. В процессе эксплуатации этот тарировочный график используют для определения натяжения анкеров по данным измерения разбаланса мостовой схемы.

Подсоединение прибора для измерения разбаланса моста осуществляется через штепсельный разъем 5, который присоединен к защитному кожуху 3 через бобышку 4.

Предлагаемое решение позволит снизить высоту корпуса более чем в 1,5 раза при увеличении точности измерения и повышении надежности функционирования датчика в течение длительного времени.

Источники информации:
1. А.с. СССР 474671, МКИ G 01 B 5/30.

2. А.с. СССР 191448, МКИ G 01 B 5/30.

3. А. Д. Широков "Теория и практика применения анкерной крепи", М, "Недра", 1981, с. 318-319 (прототип).

Датчик предназначен для измерения проявлений горного давления. Датчик содержит корпус с центральным отверстием и фланцами на торцах. С внешней стороны корпуса размещены активные и компенсационные тензорезисторы, соединенные между собой по мостовой схеме, плечи которой имеют равные сопротивления. Датчик размещен в защитном кожухе. Компенсационные тензорезисторы наклеены на пластинки из материала корпуса, которые прикреплены на корпусе одним концом. Активные плечи мостовой схемы содержат по два последовательно соединенных тензорезистора, которые наклеены на корпус параллельно его оси. Пространство между корпусом и кожухом заполнено герметиком. Техническим результатом является повышение точности и надежности датчика, а также уменьшение его высоты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик для измерения натяжения анкера, включающий корпус с центральным отверстием и фланцами на торцах, с внешней стороны которого размещены активные и компенсационные тензорезисторы, соединенные между собой по мостовой схеме, плечи которой имеют равные электрические сопротивления, защитный кожух, отличающийся тем, что компенсационные тензорезисторы наклеены на пластинки из материала корпуса, которые прикреплены на корпусе одним концом, а активные плечи мостовой схемы содержат по два последовательно соединенных тензорезистора, которые наклеены на корпус параллельно его оси. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что пространство между корпусом и кожухом заполнено герметиком.