Устройство для измерения сил Советский патент 1983 года по МПК G01L1/12 

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм Между кольцевыми выступами обойм и чувстэительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндрическими поверхностями контактирующие с обоймами, а на торцах шайб выполнены кольцевые выступы, при этом кольцевые выступы, расположенные на торцах, контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с одной из цилиндрических поверхностей этого чувствительного элемента, а кольцевые выступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ, содержащее корпус и чувст« вительный элемент, выполненный полого цилиндра из магнитоупругого материала с .обмотками, о т л и ч ающее с я тем, что, с целью расширения функциональных в зможностей путем измерения знакопеременных- усилий, корпус выполнен в виде двух коаксиальных обойм,, каждая из которых имеет по два кольцевых выступа, контактирукнцих с торцами чувствительного элемента, при этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным.

Изобретение отно.сится к сило.измерительной технике и может, быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники для дистанционного измерения сжимающих и растягивавдих сил. Например, при статических испытаниях машиностроительных конструкций на прочност и жесткость, в том числе в составе автоматизированной системы управления процессом нагружения при испытаниях. Известно устройство для измерения растягив,ающих усилий при статическом нагружении с применением П-образных динамометров сжатия -с индикатором часового типа в качестве измерительного средства 1. Однако эти. динамометры позволяют измерять.усилия только одного определенного направления и при том толь ко визуально. Дистанционное измерение усилий, а тем более использование силоизмерительного устройства в качестве датчика обратнойсвязи пр программном нагружении вообще не.возможно. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является магнитоупругий силоизмеритель, включающий чувствительный элемент в вид полого цилиндру, взаимодействующего своими торцами с опорными поверхнос тями других элементов исследуемой силовой цепи 2. Чувствительный элемент известног силоизмерителя не имеет жесткой свя зи с другими элементами силовой цепи или своим корпусом, поэтому може измерять только сжимающие усилия, что существенно ограничивает воз. молсные области применения .таких сил измерителей. . Целью изобретения является расяпи рение функциональных возможностей устройства путем измерения знакопеременных усилий. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения сил, содержащем корпус и чувствител ный элемент, выполненный в виде полого цилиндра из магнитоупругого материала с обмотками, корпус выполнен в виде двух коаксиальных обойм, каждая из которых имеет по два кольцевых выступа, контактирующих с торцами чувствительного элемента,, при Этом один из выступов на каждой обойме выполнен подвижным. Кроме того, с целью повышения точности за счет центрирования чувствительного элемента и исключения влияния деформаций обойм, между кольцевыми -выступами обойм и чувствительным элементом установлены кольцевые шайбы, своими цилиндpичecки ш поверхностями контактиругацие с обоймами, а на торцах шайб выполнены кольцевые выступы, при этом кольцевые выступы, расположенные на торцах, . контактирующих с чувствительным элементом, взаимодействуют с одной из цилиндрических поверхностей этого чувствительного элемента, а кольцевые выступы шайб, контактирующие с обоймами, расположены напротив торцов чувствительного элемента. На чертеже изображено предл-агаемое устройство. Устройство для измерения сил содержит корпус, состоящий из наружной 1 и внутренней 2 коаксиальных обойм. Между обоймами установлен чувствительный элемент 3 в виде полого ци- . линйра. Чувствительный элемент 3 изготовлен из магнитоупругого материала, например инвара ЗбНХТЮ. На боковой поверхности полого цилиндра закреплены обмотки 4, которые могут быть включены между собой, например, по схеме трансформатора, др.осселя и т. д. Обмотки 4 соединены с разъемом 5, закрепленным на обойме 1. Торцы чувствительного элемента 3 взаимодействуют с торцами кольцевых шайб б. Шайбы б своими внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями.взаимодействуют соответственно с внутренней 2. и наруж,яой 1 обоймами корпуса, обеспечивая их взаимное центрирование. Торец шайбы б, контактирующий с то цом чувствительного элемента. 3, выполнен ступенчатым. Образовавшийся кольцевой выступ 7 заходит внутрь полого цилиндра и своей наружной цилиндрической поверхностью взаимог действует с внутренней поверхностью кольцевого чувствительного элемента 3/ центрируя последний относительно обойм корпуса. Выступ 7 может быть выполнен на внешнем крае шайбы 6. В этом случае он охватывает элемент 3 снаружи, при этом его внутренняя цилиндрическая поверхность .вэаимо действует с наружной цилиндрической поверхностью элемента 3. Противоположный торец шайбы б выполнен с кол цевым выступом 8, расположённым напротив торцЗ: чувствительного элемен На обойме 1 выполнены кольцевые вы ступы 9 и 1(3, а на. обойме 2 - кол цевые выступы 11 и 12. Выстцпы 9, 11 и 1Q, 12 направлены навстречу друг другу и взаимодействуют при этом через прокладку 13 выполненную из мягкого сшюминия, с кольце;Выни выстуйами 8 шайб 6, контактируших с 1горцс1ми чувствительного элемента 3. Кольцевые выступы 10 и 11 выполнёйы прдвижиЁши вдоль оси обойм, на пример, в вИде гаек, перемещакицйхся по резьбам 14 и 15 соответственно. Обойма 2 имеет резьбовой стержень 16, с помощью которого осуществляётсн кйнема.тическоё и силовое замыкание со звеном 17 силовой.цепи На обойме 1 закреплена на резьбе проушина 18, с помощью которой также осуществляется кинематическое и силовое замыкание с другим звеном 19 Силовой цепи, исцользующей данно устройство для измерения сил. Обойма 2 выполнена с внутренней полостью 2, в которую заходит резьбрвой конец проушины 18. Устройство работает следующим образом. При нагружении устройства в составе силовой цепи, например, сжимающим усилием, и змеряемс5е усилие от проулшны 13 передается обойме I, ко торая через свой неподвижный: кольцевой выступ 9, прокладку 13 и выступ 8 верхней шайбы б передает усилие н верхний торец чувствительного элемейта 3. Далее через нижний торец -sJieMeHTa 3 усилие передается нижней даайбы б, от нее - неподвижному высту пу 12 обоймы 2 и через резьбовой сте Жень 16 замыкается на авено 17. Чувствительный элемент 3 при этом подвергается сжатию. При нагружении устройства растягивающим усилием оно от проушины 18 передается обойме 1, от нее через подвижный кольцевой выступ 10, нижние прокладку 13 к шайбу 6 - на нижний торец чувствительного элемента 3, затем через верхний торец элемента 3 и верхние шайбу б и прокладку 13подвижному кольцевому выступу 11. обоймы; 2, самой обойме 2 и через резьбовой стержень 16 замыкается на,звене 17. Чувствительный элемент 3 при этом также подвергается сжатию. При сжатии Ч5гвстинтельного элемента 3 меняется его вамагниченность, что приводит к соответствующему измерению электрического сигнала, снимаемого с выходной оС «откй, пропорциональному приложенному усилию. По результатам предварительно) тарировки электрическому сигналу ставится в соответствие замеряемое усилие. По достижении заданного усилия подается команда на отключение аагружакнцего устройства. Устройство может использоваться в качестве датчика обратной связи в составе автоматизированной системы управления процессом нагрузкения при испытаниях. Выполнение корпуса из двух коаксиальных обойм с двумя кольцевыми выступами на каждой из них, между V которыми расположен чувствительнсаШ элемент в виде полого цилиндра, позволяет использовать один чувствительный элемент, работ-аюпщй-на сжатиеу для измерения как сжима1яаих, так и растягивакяцих усилий. Это значительно расширяет технологические возможности при нагружении машиностроительных конструкций во время испытаний из на; прочность и жесткость. Работа чувствительного элемента 3 в одном и том же режиме сжатия при измерении как сжимающих, так и растяг гивакяцих усилий устраняет такой оргайический недостаток магнитоупругих материалов как различнаячувствитель- . ность,. при растяжении и сжатии позволяет использовать одну и ту же градуировку. Выполнение одного из выступов обойм перемещающимся по резьбе об- легчает сборку устройства и позволяет производить предварительное нагружение чувствительного элемента для уменьшения Нелинейности начального участка градукровочной ха(рактернсти.1си Установка кольцевых шаАб 6с высту ; пом 7 на торце обеспечивает взаимное центрирование обойм 1 и 2 корпуса чувствительного элемента 3, что за счет центрального приложения измеряемого усилия значительно повыла- ет.точность измерения. Выполнение кольцевых шайб 6 с кольцевым выступом 8 на торце исключает влияние деформаций (прогибов / взаимодействукхцих с ними кольцевых выступо;в обойм 1 и 2 на величину передаваемого (измеряемого) усилия, при этом высота выступа 8 должна превышать величину указанных деформаций.

Выполнение выступа 8 напротив торца чувствительного элемента 3 исключает появление изгибающих навдузок на шайбу б и, как следстви обеспечивает передачу измеряемого усилия равномерно по всей плоскости торца чувстбительного элемента 3.

Установкой прокладки 13 достигается передача измеряемого усилия

всем периметром кольцевых выступов обойм на кольцевую шайбу б или непосредственно на торец чувствительного элемента 3. В результате этого обеспечивается центральность приложения измеряемого усилия к чувствительному элементу, что повышает точность измерения. Кроме того, могут быть снижены требования к точности изготовления выступов обойм корпуса, что повышает технологичность конструкции и снижает стоимость изготовления.