Способ измерения изгибающего момента,приложенного в пролете двухопорной балки Советский патент 1987 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению изгибающих моментов, возникающих в пролетах двухопорных валов и балок, и может быть использовано в процессе испытаний деталей машин и строительных конструкций..

Целью изобрет ения является повьшш- ние точности измерений за счет исключения влияния неизмеряемых консольных нагрузок, поперечных и продольных сил, неизмеряемых изгибающих моментов, действующих на балку.

На фиг.1 показана схема расположения тензорезисторов на балке; на фиг.2 - электрическая схема включения тензорезисторов в измерительную схему.

Для реализации способа используют балку 1, установленную на опоры 2 и 3.

В пролете балки вне зон концентрации и градиентов напряжений выбирают на участках балки с постоянной жесткостью поперечные сечения для размещения тензорезисторов на расстоянии Р , Е и Е от левой опоры и на расстоянии j, 5 и g от правой опоры.

Тензорезисторы R, R, R,, ,R располагают на детали по одному в первом, втором, пятом и шестом сечениях в плоскости изгиба, а тензорезисторы R , Rg, R, Rg в той же плоскости по два, диаметрально противоположно, в третьем и четвертом сечениях.

Деформации наружных волокон балки в диаметрально противоположных точках сечений 3 и 4 от действия измеряемого изгибающего момента М будут одного знака, а от действия консольных наг

рузок Р ной силы

и Р,, неизмеряемых попереч- Р , и неизмеряемых изгибающих моментов М , М , М - противоположного. При включении двух тензорезисторов, расположенных в диаметраль- 45 тельную схему так, чтобы деформация

от измеряемого момента в первом и шестом сеченияз; была одного знака, а в остальных противоположного. При

но противоположных точках сечений 3 и 4 в одно плечо измерительного моста, а оставшихся -в другое, сигналы этих тензорезисторов от измеряемого .изгибающего момента суммируются, а от консольных нагрузок, неизмеряемых поперечных сил и моментов вычитаются друг из друга с удвоенной разностью. Деформация наружных волокон балки сечения 3 или 4 от воздействия продольной силы N будет одного знака и одинаковой величины. При включении пары тензорезисторов, расположенных в сечении 3 или 4 в соседние плечи моста, сиграсположении тензорезисторов (фиг.1) 50 это условие выполняется, если тензо- резисторами R- ,R ,К ,R включены в одно плечо, а тензрезисторы R,,K , R ,R в другое. Так как тензорезисто ры и Rj,R попарно размещены 55 на участках балки в сечениях с одина ковой жесткостью и включены в разноименные плечи моста, то они компенси руют сигнал от неизмеряемой продольной силы.

где t. ,Г,1 5

5

0

.% 0

5

0

нал от продольной силы будет скомпенсирован.

Для компенсации сигналов от консольных нагрузок неизмеряемых поперечных сил и моментов координаты размещения тензорезисторов выбирают из следующих соотноше 1ий:

f,-i.(2w,/w,).(f,-f3);

, (2W3/W,).(,-f,-e,), f - расстояние от левой опоры до неизмеряемой поперечной силы, м;

расстояния от первого, второго, пятого и шестого тензорезисторов соответственно до левой опоры, м; расстояния от седьмого и восьмого, третьего и четвертого тензоре- зисторов соответственно до правой опоры, м; расстояние от левой опоры до неизмеряемой поперечной силы, м; расстояние между опорами, MJ

момент сопротивления балки в зоне размещения первого и второго тензорезисторов, м j момент сопротивления балки в зоне размещения пятого и шестого, седьмого и восьмого тензорезисторов, момент сопротивления балки в зоне размещения третьего и четвертого тензорезисторов , м .

Тензорезисторы включают в измериf, J

W. W. W. расположении тензорезисторов (фиг.1) это условие выполняется, если тензо- резисторами R- ,R ,К ,R включены в одно плечо, а тензрезисторы R,,K , R ,R в другое. Так как тензорезисторы и Rj,R попарно размещены на участках балки в сечениях с одинаковой жесткостью и включены в разноименные плечи моста, то они компенсируют сигнал от неизмеряемой продольной силы.

Работа схемы не нарушается, если тензорезисторы R ,К„ поменять местам в плечах моста и расположить на балк диаметрально противоположно тензоре- зисторам Rj.R или если тензорезисто ры R ,R поменять местами в плечах м моста и расположить на балке диаметрально противоположно тензорезистора Rj,R соответственно.

Если при измерениях используется полный мост, то тензорезисторы включают по два в каждое плечо. Например тензорезисторы R,,,R3 включают в одно R,,R, - в другое, Rj, в оставшееся.

плечо моста, к ,R третье,

.

...

Rf - в

При изменении расстояния между опорами или до одной из опор работа схемы не нарушается, так как не изменяется приведенные соотношения.

Если плоскость действия измеряемо го изгибающего момента неизвестна и в качестве балки 1 испрльзуется вал в подшипниковых опорах, то показания тензорезисторного устройства, выполненного по предлагаемому способу, умножаются на cos Ч ( угол поворота вала). При неизменных условия чувствительность устройства к дефор-

мации за один оборот балки изменяетс

от нуля до максимальной с учетом зна ка деформации. Чтобы измерить изгибающий момент на неподвижных балках при неизвестных плоскостях действия сил, используют два устройства, выполненные по данному, способу и уста- новленные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях относительно балки. Использование изобретения при исследованиях деталей машин и строительных конструкций позволяет ловысить точность и производительность измерений за счет автоматического исключения влияния консольных нагрузок, неизмеряемых изгибающих моментов, поперечных и продольных сил, жесткости опор и упрощает математическую обработку результатов испытаний.

Формула изобретения

Способ измерения изгибающего момента, приложенного в пролете двух- опорной балкиj заключающийся в измерении деформации балки с помощью восьми тензорезисторов, соединенных в электрическую цепь, и размещенных в продольном сечении пролета балки,

-:5 -

10

f5

25

20

ЯП

35 0отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения влияния неизмеряемых консольных нагрузок, поперечных и продольных изгибающих моментов, размещают первый, второй, пятый и шестой тензорезисторы между левой опорой и зоной приложения неизмеряемых поперечных сил,и моментов, третий, четвертый, седьмой и восьмой тензорезисторы - между правой опорой и зоной приложения неизмеряемых поперечных сил и измеряемого изгибающего момента, при этом пятый и шестой, седьмой и восьмой тензорезисторы размещают попарно по разные стороны соответствующих сечений балки,, а координаты размещения тензорезисторов выбирают из следующих соотношений:

t,-f,(2W,/W,)-(l,-E,);

t,-,(2W,/W,).(,-P,),

где ,,Л,Л

расстояния от первого, второго, пятого и шестого тензорезисторов соответственно до левой опоры, MJ

Е , f , t - расстояния от седьмого и восьмого, третьего и четвертого тензорезисторов соответствен но до правой опоры, м;.

f, - расстояние от левой

опоры до неизмеряемой поперечной силы, м;

I, - расстояние между опои

рами балки, м; W - момент сопротивления балки в зоне размещения первого и второго

тензорезисторов,

W - момент сопротивления балки в зоне размещения пятого и шестого, седьмого и восьмого тензорезисторов,

W - момент сопротивления балки в зоне размещения третьего и четвертого тензорезисторов, м f

после чего суммируют сигналы нечетных тензорезистороБ и вычитают из полученного результата сумму сигналов четных тензорезисторов, а по полученной разности судят об измеряемом изгибающем моменте.

/ R3 R5 К7

R2 , /f 4- , R6, ffS.

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния неизмеряемых консольных нагрузок поперечных н продольных сил и неизмеряемых изгибающих моментов. Выбирают на участках балки 1 с постоянной жесткостью поперечные сечения на определенных расстояниях между опорами и зоной приложения неизмеряемых поперечных сил и моментов. Располагают тензорезисторы R -R по одному в первом, втором, пятом и шестом сечениях в плоскости изгиба, а тензорезисторы - в той же плоскости по два, диаметрально противоположно в третьем и четвертом сечениях. Тензорезисторы включают в измерительную схему так, чтобы деформация от измеряемого момента в первом и шестом сечениях была, противоположной по знаку деформации в остальных сечениях. 2 ил.. Фиг.1

Редактор Н.Марголина

Составитель В.-Годзиковский

Техред Н.Глущенко Корректор А.Обручар

Заказ 7255/38 , Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д..4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, А