Устройство для измерения силы Советский патент 1983 года по МПК G01L1/02 

Изобретение относится к измерительной технике.

Известно устройство, состоящее из к&рпуса и поршня, соединенных эластичной мембраной, и содержащее под поршнем камеру контрольного давления соединенную с грузопоршневым манометром 1.

Однако-из-за ластичных свойств мембраны часть измеряемого усилия за трачивается на деформацир мембраны, на трение между мембраной, корпусом и поршнем. Потеря точности в данном устройств значительно увеличивается с увеличением измеряемой силы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее основание с установленными в нем образцовыми динамометрами, на которых расположена силопередакадая плита.

Образцовые динамометры..при помощи прокладок, устанавливаемых под ними, выравнивают силопередакяцую плиту так что ее основание перпендикуля.рно к их силовым осям. На силопередающей плите установлена силовоспринимающая опора. Силовая ось силовоспринимаю щей опоры совпадает с Осью симметрии силопередаюсДей плиты. Прикладываемая к силовоспринимающей опоре сила измерйется путем суммирования показаний образцовых динамометров {2.

Недостатками известного устройства являются низкая точность и недостаточные функциональные возможности. Точность снижается за счет действия на каждый образцовый динамометр изгибающего момента и силы, направленной под углом к его силовой оси. Изгибающий момент возникает за счет прогиба силопередающей плиты в точке приложения измеряемой силы, а сила, направленная под углом к силовой оси динамометра, - за счет перекоса плиты,. вызванного разной величиной, деформации образцовых динамометров. Функциональные возможности устройства сужены вел еде. ТВ ё того, что его нельзя применять для измерения силы в устройствах с рабочим пространством, имеющим малую высоту, из-за того, что образцовые динамометры располагаются в рабочем пространстве и занимают часть его высоты. Расположить образцовые динамометры на большом рас. стоянии друг от друга и тем самым вынести их из рабочего пространства не представляется возможным в данном устройстве, так как это вызовет резкий дополнительный прогиб силопередаюцей плиты, а следовательно, резкое снижение точности измерения силы.

Целью изобретения является.повышение точности путем исключения влияния на образ-цовые Динамометры неизмеряемых компонент нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения силы, содержащем основание, силовоспринимакндую опору, основную плиту, расположенную на образцовых динамометрах, снабжено силовыми домкратами по числу образцовых динамометров, датчиком перемещения основной плиты, блоком согласования кольцевой обоймой с конт рольными динамометрами, связанной с основанием, дополнительной плитой, выполненной в виде пирамиды, установленной на регулируемом гидростатическом подвесе в отверстии основной плиты, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с правильным многоугольником в основании, отверстие основной плиты выполнено в форме правильной усеченной пирамиды с углом: при основании 45и сторонами основания, параллельными и подобными сторонам основания параллелепипеда, основная -плита размещена на дополнительном гидростатическом подвесе в обойме,в которой перпёндикулярно к каждой боковой, поверхности основной плиты установлено по одному контрольному Динамометру последовательно с задатчи,ком силы, а каждьай образцовый динамометр установлен на связйнйом с основанием силовом домкрате с совмещением их силовых осей, при этом силовая ось каждого образцового и соответствующего ему контрольного динамометров проходит через геометрический центр тяжести соответствук«дей боковой поверхности основной пЛиты, .а каждый образцовый динамометр соединен с задатчиком давления соответствугацего ему силового домкрата через блок согласования, с которым соединен датчик перемещения основной плиты, причем высота дополнительной плитЫ выбрана, больше высоты отверстия плиты на величину максимального размера зазора гидростатического пОдвеса в направлении, параллельном оси- приложения силы, а высота обоймы больше высоты силопередающей плиты на величину заданной максимально допустимой дефор- мации образцовых динамометров.

Точность ус.тройства повышается за счет отсутствия действия на каждый образцовый динамометр изгибающего момента и силы, направленной под углом к его силовой оси. Сила, направленная под углом к силоврй оси образцового динамометра ликвидируется за счет устранения перекоса, основнойплиты, вызванного различной величиной деформации каждого образцового динамометра, а изгибающий момент - за счёт устранения прогиба основной плиты.

Различная величина деформации каждого образцового динамометра компенсируется различной высотой перемещения соответствующего ему силового домкрата; в котором величина давления лируется при помощи блока согласо- i вания таким образом, чтобы выходные сигналы всех образцовых динамометров соответствовали равному значению силы. ,Равенство действующих на образцс5вые динамометры сил свидетельствует об отсутствии перекоса плиты. Влй яние прогиба основной плиты при измерении силы исключается эа счет замевы прогиба всей плиты проседанием в гидростатическом подвесе дополнитель ной .плиты относител;ьно основной плиты и соответствующего расположения образцовых динамометров. Равнодействующая на каждую боковую .поверхность пирамидального выреза основной плиты сила направлена перпендикулярно к ЭТОЙ поверхности и проходит через ее геометрический центр тяжести. Эта равнодействующай сила состоит из двух составлякнцих: силы, перпендикулярной к,основанию основной плиты и совпадающей с силовой осью образцового динамометра, и силы, перпендику лярной к боковой поверхности основ.ной плиты. Сила, перпендикулярная к боковой поверхности основной плиты, измеряется контрольным динамометром и компенсируется регулировкой давления гидростатического подвеса обоймы. Таким образом, на образцовые динамометры не действует изгибающий момент, обусловленный прогибом основной плиты. На каждый образцовый динамометр действует только сила, направленная перпендикулярно к основанию основной плиты. Функциональньае возможности устройства расширяются за счет того, что его можно применять для измерения с-и. лы в устройствах с высотой рабочего пространства путем удаления образцовых динамометров из зоны рабочего -пространствау так как расположение образцовых динамометров на расстоянии больше, чем размеры рабочего пространства, не вызывает прогиба основной плиты., На фиг, 1 представлено устройство .для измерения силы; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1t Устройство для измерения силы содержит основание 1, на котором установлены силовые домкраты 2 с образцовыми динамометрами 3. Силовые оси силовых домкратов 2 и образцовых динамометров 3 совпадают и перпендикулярны к основанию 1. На образцовых динамометрах 3 перпендикулярно к их силовым осям расположёна основная плита 4, выполненная в виде прямоугольного параллелепипеда с правильнЁам многоугольником в основании, В основной плите 4 выполнено отверстие с боковыми сторюнами 5. Отверстие имеет форму правильно усеченной пирам1здь1 с углом при основании 45, осью симметрии. .совпадающей с осью .симметрии основной плиты 4, и сторонами основания, параллельными и подобными сторонам основания плиты 4. В отверстии основной плиты 4 с равными зазорами на регулируемом гидростатическом подвесе 6 расположена дополнительная плита 7, выполненная в виде пирамиды, подобной пирамида в основной плите 4. Высота пирамиды дополнительной плиты 7больше высоты пирамиды, выполненной в основной плите 4, на высоту максимального зазора гидростатического подвеса 6 в направлении, параллельном оси приложения силы, Величина зазора обычно не более 0,1 мм. На дополнительной плите 7 установлена си- ловоспринимающая опора 8, силовая ось которой совпадает с осью симметрии основной плиты 4 И дополнительной плиты 7. Основная плита 4 на дополнительном гидростатическом лодвесе 9 помещена в обойму 10, высота которой больше высоты основной плиты 4 на величину максимально допустимой деформации образцовых динамометров 3j которая соответствует изменению его высоты при. действии на него силы, равной верхнему пределу диапазона измеряемых да-нным образцовьЛм динамометром сил. Обычно эта величина не превышает 5-10 мм. Обойма 10 установлег на на основании 1. Перпендикулярно к каждой боковой поверхности 11 основной плиты 4 установлено по одному контрольному Динамометру 12 последовательно с задатчиком 13 силы. Задатчики 13 силы укреплены на основании 1. Контрольные динамометры 12 и -образцовые динамометры 3 установлены так, что силоваяось каждого из них проходит через геометрический центр тяжести соответствующей боковой поверхности 5 отверстия основной плиты 4 . Электрический выход каждого контрольного динамометра 12 соединен с электроуправлякадей частью гидравлического задатчика 14 давления, который гидроприводом соединен с дополнительным гидростатическим подвесом б со стороны соответствующего ему контрольного динамометра 12, Электрический выход каждого образцового динамометра соединен с блоком 15 согласования, который, в свою очередь, соединен с задатчиком 16 давления каждого силового домкрата 2. Между основной плитой 4 и основанием 1 установлен датчик 17 .относительного перемещения, электрически соединенный с блоком 15 согласования. .Измеряемая сила прикладывается по силовой оси силовоспринимающей опоры 8и передается дополнительной плите 7, которая начинает.проседать в основ ной плите 4. Давление гидростатического подвеса б в этот момент регулируется так, чтобы между допрлнитвльной плитой 7 и основной плитой 4 существовал зазор. Измеряемая сила на дополнительной плите 7 раскладывается на несколько боковых сил,направленных перпендикулярно к боковым поверхностям этой плиты. Каждая из .этих боко вых сил передается на основную плиту 4, при этом каждая сила перпендикулярна к боковой поверхности 5 и проходит через ее геойетрический центр тяжести. В дальнейшем каждая из этих боковых сил раскладывается на две составляющие, одна из которых направ лена перпендикулярно к основной плите 4 и совпадает с силовой осью одно го из образцовых динамометров 3. Зна чение каждой такой силы измеряется соответствукяцим образцовым динамомет ром 3. При воздействии на образцовые динамометры 3 силы они деформируются и расположенная на них основная плита 4 начинает опускаться относительно обоймы 10. Перемещение основной плиты 4 определяется датчиком 17 перемещения, который одновременно определяет перемещение нескольких точек основной плиты 4. Информация о перемещении поступает в блок 15 согласования, который вырабатывает команду задатчикам 16 давления силовых домкратов. В результате этого основная плита 4 остается в исходном положении. Кажпая вторая составляющая, образованная боковой силой, направлена перпендикулярно к боковой поверхности ОСНОВНОЙ, плиты 4 и совпадает с силовой осью контрольного Динамометра 12. На контрольном динамометре 12 создается задатчиком 13 силы предваритс льный натяг. При действии на каждый контрольный динамометр 12 составляющей боковой силы с него на задатчик 14 давления поступает сигнал, при этом задатчик 14 давления изменяет в дополнительном гидростатическом подвесе давление до такой величины, чтобы оно компенсировало, действие составляквдей боковой силы При этом на контрольный динамометр 12 действует только сила предварительного натяга. Предлагаемое изобретения позволит повысить точность в 1,5-2 раза и расширить функциональнее возможности устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ, содержащее основание, силовоспринимагацую опору, основную плиту, расположенную на образцовых динамометрах, отличающее-с я тем,, что, с целью повышения точности путем исключения злияния на образцовые динамометры неизмеряемых компонент. нагрузки, оно снабжено силовыми домкратами по числу образцовых динамоме.тров, датчиком перемещения основной плиты, блоком согласования, коль.девой обоймой с контрольными динамо метрами,связанной с основанием,дополнительной плитой, выполненной в виде пирамиды, установленной на регулируемом гидростатическом подвесе в отв.ерс-тии основной плиты, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда с правильным многоугольником в основании, отверстие основной плиты выполнено в форме правильной усеченной пирамиды с углом при основании 45 и сторонами основания, параллельными и подобными сторонам;. основания па-, раллелепипеда, основная плита разме. щена на дополнительном гидростатическом подвесе в обойме, в которой перпендикулярно к канэдой боковой поверхности основной плиты установлено по одному контрольному динамометру последовательно с задатчиком силы, а каждый образцовый динамометр установлен на связанном с основанием силовом домкрате с совмещением их силовых осей, при этом силовая осв каждого образцового и соответствующего ему контрольного динамометров проходит через.геометрический центр тяжес(Л ти соответствуквдей боковой поверхности основной плиты, а каждый образцовый динамометр соединен с задатчиком давления соответствующего ему силового домкрата через блок согласования, с которым соединен датчик перемещения основной плиты, причем высота дополнительной плиты выбрана больше высоты отверстия основной плиты на веtsd личину максимального размера зазора 4; гидростатического подвеса в направ-ле|Иии, параллельном оси приложения О1 лы, а высота обоймы больше высоты плиты на величину заданной максимально допустимой деформации образцо00 вых ди амометров .

Ш

13 fZ

. /

-.i:-. /

ф

--.

-Ь4

ж

Фиь.г