ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2005 года по МПК G01B7/00 

Предлагаемый датчик относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован в машиностроении при испытаниях на прочность конструкций и образцов материалов, работающих в условиях воздействия гидростатического или гидродинамического давления токопроводящих текучих сред.

Известен датчик линейного перемещения, содержащий два относительно подвижных элемента, один из которых выполнен в виде набора фиксированных на заданных расстояниях и электрически соединенных между собой параллельно установленных пластин, а другой электроконтактный элемент размещен перпендикулярно плоскости этих пластин и выполнен в виде иглы, изолированной по боковой поверхности за исключением острия, длина которого не превышает заданных расстояний между пластинами первого электроконтактного элемента (см. а.с. СССР №1054671, МПК³ G 01 В 7/00, опубл. 15.11.83, Бюл. №42).

Недостатками этого датчика являются невозможность работы его как в токопроводящих средах, так и в средах под давлением.

Наиболее близким к заявляемому датчику для измерения перемещений в замкнутых объемах с токопроводящими средами под давлением является датчик линейного перемещения, содержащий корпус, подвижный электрический контакт в виде ножевого элемента, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, укрепленный в корпусе неподвижный электрический контакт, выполненный в виде набора параллельно размещенных контактных элементов (проволочных перемычек) и электропроводники для подключения неподвижного и подвижного электрического контакта в измерительную схему, при этом для подключения подвижного электроконтакта используется кабель с ослабленным сечением (см. а.с. СССР №1185064, МПК⁴ G 01 В 7/00, опубл. 15.10.85, Бюл. №38).

Недостатками этого датчика помимо невозможности работы его в токопроводящих средах и в средах под давлением, являются также его нетехнологичность, выражающаяся в необходимости от опыта к опыту делать замены выбиваемой крышки и восстанавливать перерезываемые проволочные перемычки и подвижный электрический контакт в виде кабеля с ослабленным сечением. Кроме того, связь датчика с объектом испытания (ОИ) посредством резьбового соединения требует доработок конструкции ОИ, что не всегда возможно, а всякие перемещения этого соединения не вдоль оси датчика могут приводить к заклиниванию штока и выходу датчика из строя.

Техническая задача, решаемая заявляемым датчиком, состоит в обеспечении возможности проведения исследований прочности конструкций и образцов материалов, работающих в условиях воздействия статического или динамического давления токопроводящих текучих сред.

Технический результат от заявляемого датчика состоит в улучшении надежности, технологичности конструкции, обеспечении многократных измерений перемещений в условиях воздействия статического или динамического давления окружающей токопроводящей среды с минимальными действиями по восстановлению его работоспособности от опыта к опыту и не требующего доработок ОИ.

Указанная техническая задача решается датчиком, содержащем полый корпус, в котором размещен с возможностью продольного перемещения шток. Шток с одной стороны подпружинен в продольном направлении, а на другой его стороне выполнены продольные пазы и кольцевые проточки. На штоке в кольцевых проточках расположен первый подвижный электрический контакт в виде набора параллельно расположенных с заданным шагом контактных элементов, подсоединенных к измерительной схеме, а второй электрический контакт, также подсоединенный к измерительной схеме, выполнен в виде ножевого элемента, прикреплен к корпусу и имеет возможность перемещения последовательно в одном из продольных пазов штока перпендикулярно продольной оси корпуса. Каждый элемент подвижного электрического контакта снабжен токоизолирующим покрытием и установлен в кольцевых проточках с помощью клеевого соединения. Продольные пазы в штоке имеют глубину большую, чем глубина кольцевых проточек, что позволяет в совокупности с ножевым элементом обеспечивать надежное перемещение штока вдоль продольной оси корпуса, а также благоприятные условия работы ножевого элемента для перерезывания элементов подвижного электрического контакта. Наличие нескольких пазов позволяют многократно использовать устройство для измерений путем простого поворота штока на шаг, с которым продольные пазы расположены на штоке, и заполнением использованного паза герметиком с диэлектрическими свойствами с целью изоляции разрезов проводников на подвижном электрическом контакте в предыдущем опыте. Торцевая поверхность штока со стороны, на которой выполнены кольцевые проточки, может быть снабжена свободно вращающимся шариком для исключения заклинивания штока в корпусе. Второй контакт может быть снабжен упорным винтом, установленным с возможностью ограничения его перемещения перпендикулярно продольной оси корпуса.

Отличия заявляемого датчика от прототипа, заключающиеся в том, что шток с одной стороны подпружинен относительно корпуса в продольном направлении, а на его другой стороне выполнены продольные пазы и кольцевые проточки, первый электрический контакт выполнен в виде набора контактных элементов с электроизолирующим покрытием, установленных в кольцевые проточки штока, а второй контакт выполнен в виде ножевого элемента и закреплен на корпусе с возможностью перемещения последовательно в одном из продольных пазов штока, перпендикулярно продольной оси корпуса с помощью упорного винта, установленного с возможностью ограничения его перемещения, глубина продольных пазов в штоке выполнена большей, чем глубина кольцевых проточек, торцевая поверхность штока со стороны, на которой выполнены кольцевые проточки, снабжена свободно вращающимся шариком, позволяют решить поставленную задачу.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен заявляемый датчик в разрезе.

На фиг.2 изображены разрез штока по кольцевой проточке и размещение продольных пазов.

На фиг.3 изображено размещение контактного элемента в кольцевой проточке.

На фиг.4 изображен торец штока со свободно вращающимся шариком.

На фиг.5 приведена схема подключения заявляемого датчика к измерительной цепи.

На фиг.6 приведен график регистрируемых с помощью заявляемого датчика сигналов при испытании ОИ и построенная по нему кривая перемещения ОИ.

Датчик линейных перемещений (см. фиг.1) содержит полый корпус 1, внутри которого размещается подвижный шток 2, с одной стороны поджимаемый в продольном направлении через поясок пружиной 4, которая упирается в свою очередь в установленную в корпус 1 направляющую для штока 2 втулку 3. На штоке 2 со стороны, противоположной пояску, имеются продольные пазы 8 (см. фиг.2) и кольцевые проточки 9, выполненные с заданным шагом ΔL, а на его торцевой поверхности, со стороны выполнения кольцевых проточек, может устанавливаться свободно вращающийся шарик 13 (см. фиг.4) для исключения заклинивания штока 2 при возможных поперечных смещениях объектов испытания (ОИ), на фиг.4 не показанных. В проточках 9 устанавливается первый подвижный электрический контакт с помощью клеевого соединения 12 в виде набора не контактирующих между собой контактных элементов 10, каждый из которых снабжен токоизолирующим покрытием 11 (см. фиг.3). Свободные концы контактных элементов 10 через гермовывод 14 выведены за пределы сосуда 15 (см. фиг.5). Над проточками 9 штока 2 вдоль одного из пазов 8 размещается второй электроконтакт, выполненный в виде ножевого элемента 6, закрепленный на корпусе устройства с помощью оси 5, позволяющей ножевому элементу 6 перемещаться в плоскости, проходящей через ось штока 2. Отклонение ножевого элемента 6 от оси штока 2 ограничивается упорным винтом 7. Для надежного перемещения штока 2 вдоль продольной оси корпуса, а также для создания благоприятных условий для перерезания контактных элементов 10 ножевым элементом 6 глубина продольных пазов 8 выполнена больше, чем глубина кольцевых проточек 9. От ножевого элемента 6 через гермовывод 14 сделан вывод за пределы сосуда 15 из электропровода, подключенного к измерительной аппаратуре, например, шлейфному осциллографу. Наличие электропровода не обязательно при наличии электрической связи измерительной аппаратуры с токопроводящей средой (см. фиг.5).

Датчик работает следующим образом. ОИ устанавливается в испытательном сосуде 15 между опорной поверхностью и торцем штока 2, закрепленного внутри испытательного сосуда (на фиг.1 не показан) устройства. При этом пружина 4 датчика должна быть сжата на величину, большую ожидаемого перемещения ножевого элемента 6. Ножевой элемент 6 опускается в паз 8 и поджимается винтом 7 до момента нарушения изолятора 11 и контакта с первым из контактных элементов 10. Это приводит к появлению тока в электрической цепи, что регистрируется измерительной аппаратурой и может быть принято за нулевую точку отсчета перемещения.

При увеличении давления в испытательном сосуде ОИ сжимается и шток 2 датчика под действием пружины 4 отслеживает перемещение ОИ. По мере перемещения штока 2 ножевой элемент 6 последовательно, нарушая электроизолирующии слои 11, разрезает контактные элементы 10 в расположенных с шагом ΔL (см. фиг.1 и 5) проточках 9. Нарушение электроизолирующих слоев 11 каждого из контактных элементов 10 приводит к ступенчатому повышению тока в измерительной цепи, поскольку проводники запараллеливаются через токопроводящую среду. Такой ступенчатый во времени характер изменения тока в измерительной цепи регистрируется аппаратурой, например, осциллографом 16 (см. фиг.5).

Поскольку расстояние ΔL между контактными элементами 10 известно, то время между двумя последовательными скачками тока в электрической цепи соответствует перемещению штока 2 датчика на эту величину ΔL, что позволяет построить график деформирования ОИ во времени при испытании (см. фиг.6).

При повороте штока 2 на шаг, с которым продольные пазы 8 расположены на штоке 2, и заполнении использованного паза 8 герметиком с диэлектрическими свойствами с целью восстановления нарушенной изоляции 11 контактных элементов 10 после предыдущего измерения датчик готов к использованию в последующем измерении.

Использование заявляемого датчика линейных перемещений позволит получать при испытаниях на прочность данные о перемещениях и деформациях, работающих в условиях воздействия гидростатического или гидродинамического давления токопроводящих текучих сред конструкций и образцов материалов.

Датчик может быть использован при испытаниях на прочность конструкций и образцов материалов, работающих в условиях воздействия давления электропроводящих текучих сред. Датчик содержит шток с кольцевыми проточками и продольными пазами. Глубина продольных пазов больше глубины кольцевых проточек. В кольцевых проточках расположен набор параллельно расположенных контактных элементов. Каждый контактный элемент снабжен токоизолирующим покрытием. Неподвижный контакт выполнен в виде ножевого элемента и прикреплен к корпусу датчика. При движении штока ножевой элемент последовательно нарушает изолирующие слои и разрезает контактные элементы. Измерительная цепь замыкается через ножевой элемент, электропроводящую среду и контактные элементы, имеющие нарушенный изолирующий слой. По мере продвижения штока, ток в измерительной цепи ступенчато повышается. Наличие на штоке нескольких продольных пазов позволяет использовать датчик неоднократно, поворачивая шток на угловой шаг продольных пазов и заполняя использованный паз диэлектрическим герметиком. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Датчик линейных перемещений, содержащий полый корпус, в котором размещен с возможностью продольного перемещения шток, на котором расположен первый подвижный электрический контакт, второй электрический контакт прикреплен к корпусу, при этом один из электрических контактов выполнен в виде ножевого элемента, а другой в виде набора параллельно расположенных с заданным шагом контактных элементов, электропроводники для включения электрических контактов в измерительную схему, отличающийся тем, что шток с одной стороны подпружинен в продольном направлении, а на другой его стороне выполнены продольные пазы и кольцевые проточки, в виде набора контактных элементов выполнен первый подвижный электрический контакт, каждый контактный элемент набора снабжен токоизолирующим покрытием и установлен в кольцевую проточку штока, в виде ножевого элемента выполнен второй электрический контакт, прикрепленный к корпусу с возможностью перемещения последовательно в одном из продольных пазов штока перпендикулярно продольной оси корпуса.2. Датчик линейных перемещений по п.1, отличающийся тем, что глубина продольных пазов в штоке выполнена большей, чем глубина кольцевых проточек.3. Датчик линейных перемещений по п.2, отличающийся тем, что торцевая поверхность штока со стороны, на которой выполнены кольцевые проточки, снабжена свободно вращающимся шариком для исключения заклинивания штока при возможных поперечных смещениях объектов испытаний.4. Датчик линейных перемещений по п.п.1-3, отличающийся тем, что второй контакт снабжен упорным винтом, установленным с возможностью ограничения его перемещения перпендикулярно продольной оси корпуса.