Датчик нормальных напряжений Советский патент 1989 года по МПК G01L1/08 G01L1/02 

пературные расширения. Углубление в корпусе 1 , в котором расположена си- ловоспринимающая площадка 2, заполнено эластичной упругой средой 3, равномерно разпределяющей измеряемое напряжеш1е и не вносящей искажение в передачу напряжения на площадку 2.

Для фиксации момента компенсации шток 6 электрически изолирован от корпуса 1, его свободный конец снабжен арретиром 13, а на дне углубления в корпусе 1 расположены электрические контакты А и 5. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения нормальных напряжений в сплошных средах за счет компенсационного метода измерения. Датчик нормального напряжения содержит корпус 1, силовоспринимающую площадку 2 и задатчик компенсирующего усилия, выполненный в виде двух концентрических со штоком 6 сильфонов 9 и 10, каждый из которых соединен одним концом с корпусом 1, а другим - со штоком 6, при этом полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 10 соединены с источниками компенсирующего давления через магистрали 16 и 17, соответственно. Полость между внутренним сильфоном 10 и штоком 6 заполнена диэлектрической жидкостью 19 и сообщена с расширителем 18, компенсирующим температурные расширения. Углубление в корпусе 1, в котором расположена силовоспринимающая площадка 2, заполнено эластичной упругой средой 3, равномерно распределяющей измеряемое напряжение и не вносящей искажения в передачу напряжения на площадку 2. Для фиксации момента компенсации шток 6 электрически изолирован от корпуса 1, его свободный конец снабжен арретиром 13, а на дне углубления в корпусе 1 расположены электрические контакты 4 и 5. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования постоянных или медленно меняющихся нормальных напряжений или давлений в сплошных средах - жидкостях, сыпучих или твердых телах, например, для исследования напряженного состояния сред с упругими или вязкоупругими свойствами.

Цель изобретения - повышение точности измерения нормальных напряжений.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - место опирания воспринимающей площадки на корпус.

Датчик содержит корпус 1, в углублении которого с за-зором по бо- копой поверхности помещена вoc Jpини- мающая площадка 2. Зазор вьшолнен эластичной упругой средой 3, покрывающей и внешнюю поверхность площадки 2. По внутренней поверхности площадка 2 оперта на корпус 1 посредством двух расположенны}{ последовательно контактных колец А и 5, одно из которых (5) скреплено с корпусом 1, а другсе (0 - с площадкой 2. Площадка 2 соединена через шток 6 и изолирующую прокладку 7 с днищем 8 ис- точник-а компенсирующего усилия, об- разопанного сильфонами 9 и 10, а через изот-ирующую прокладку 1 1 и упор 12 - с арретиром 13, опирающимся на крьш1ку 14. Воспринимающая площадка 2 через шток 6 соединена с электрическим выводом 15. Полость, образованная между внешним сильфо- ном 9 и внутренним сильфоноы 10, сообщается с магистралью 16 компенсирующего давления Р. , а полость, обра зовайнап между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, сообщается с магистралью 17 компенсирующего давления Pj. Между штоком 6 и внутренним сильфоном 10 расположена полость, которая

сообщается с полостью,в которой уста- новлены контактный кольца 4 и 5,

расширительным устройством 18 и заполнена диэлектрической жидкостью 19. Между площадкой 2 и корпусом 1 размещается герметизирующее антиадгезионное кольцо 20. На наружной поверхности корпус 1 имеет резьбу, которой он крепится в стенке 21 установки, заполненной рабочей.средой 22.

Датчик работает следующим образом. В исходном нерабочем состоянии крышка 14 вывинчена так, что сцепленный с ней арретир 13 через упор 12, прокладку 11 и шток 6 плотно прижимает площадку 2 через кольца 4 и 5 к корпусу 1. Сила прижатия такова, что нормальные напряжения G , возникающие в среде 22, не могут нару- jDHTb контакт площадки 2 с корпусом 1 через кольца 4,5. Наличие контакта контролируется замыканием электрической цепи вывода 15 на корпус.

Для перевода датчика в рабочее положение необходимо подать в магистраль 16 компенсирующее давление Р максимальной величины, необходимой для удержания площадки 2 в прижатом состоянии при любых значениях G , и завинтить крьпику 14, отводя арретир 13 от упора 12. При э том будет восстановлена герметичность полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, сообщающейся с 11невмомагист- ралью 17. Электрическая цепь вывода 15 останется замкнутой на корпус, площадка 2 неподвижной.

При измерении производится постепенное снижение величины комперсирую- щего давления Р . Если происходит размыкание электрической цепи между выводом 15 и корпусом, то дальнейшее снижение давление прекращают и фиксируют величину компенсирующего давления, соответствуюшего моменту размыкания цепи. Далее, увеличивая

компенсирующее давление, регистриру- ют момент замыкания контактов и вновь фиксируют величину давления. Полученные значения компенсирующего давления должны практически совпадать, а в случае небольшой разницы в качестве результата выбирается среднее арифметическое. Если же размыкания контактов 4 и 5 не происходит до Q стью контактирующей среды. Покрытие полного сброса давления Р, , значит на площадку действует сжимающее наплощадки сверху тонким слоем эластичной упругой среды защищает датчик от контактирую-;ей с ним среды и снижает влияние переменных свойств 15 контактирующей упругой или вязкоуп- ругой среды на подвижность площадки, что стабилизирует характеристики датчика.

Чтобы избежать окисления колец и вычисляют результат, только измере- 2о при длительной эксплуатации датчи- ния ведут при постепенному увеличе- ка или выпадения росы и смерзания нию давления Pj до момента срабатыва- контактов от влаги воздуха при рабо- ния, а затем при его уменььтении. Из- те в условиях температур, в полость, мерение заканчивается сбросом давле- гдё расположены контактные кольца, ния Р и подачей максимального давле- 25 подводится диэлектрическая незамерпряжение (3 .В этом случае магистраль 16 сообщается с атмосферой, а компенсирующее давление подается в магистраль 17. Аналогично предыдущему случаю регистрируют величину компенсирующего давления Pj, в момент замыкания и размыкания контактов 4 и 5

ния Р,

Полученное значение компенсирующего давления Р, умножают на коэффициент К,, если компенсация проводилась давлением Р,и на К , если компенсация проводилась давлением Р . Коэффициенты К , и К представляют собой отношения эффективньт площадей силь- фонного преобразователя давления и воспринимающей площадки и равны К, (S,- S,)/S, а 1(4 S,/S, где S - эффективная площадь воспринимающей площадки; S, - эффективная площадь внешнего сильфона и эффективная площадь внутреннего сильфона. Значения Kj и К определяются конструктивными размерами элементов и уточняются при градуировке датчика. Если компенсация осуществлялась давлением Р , то напряжению G приписывается знак плюс - растяжение, а если компенсация осуществлялась давлением Pj, то результату приписывается знак минус-сжатие.

зающая в рабочем диапазоне темпера-тур жидкость. Эта жидкость проникает в пространство к контактным кольцам по зазору между штоком и корпусом и

30 изолирована от остального пространства датчика внутренним сильфоном. Чтобы температурные расширения жидкости не вызьшали нежелательных реакций в системе измерительная площадку- силь25 фон, эти площади выбраны близкими, а жидкость имеет возможность расширяться в расширительном устройстве. Использование в датчике источника компенсирующей силы сильфонного

40 типа позволяет решить вопрос об определении величины компенсирующей силы. Величину компенсирующего давления, подаваемого в магистраль, можно измерять с высокой степенью точности с

45 помощью манометров. Поскольку эффективные площади воспринимающей площадки и сильфонов различны, то возникает эффект гидротрансформатора, и в полости сильфона требуется подаОтделение площадки по боковой по- gg вать компенсирующее давление в Юверхности от корпуса зазором снимает неопределенность напряженного состояния, возникающего в зоне перемещающихся острых кромок плунжера, и как бы ни малы были эти перемещения, приводящие к разрушению контактирующей с ними среды. Заполнение зазора эластичной упругой средой позволяет реализовать подвеску площадки типа

упругий шарнир, когда-заполняющая зазор среда по боковой поверхности скреплена с корпусом и площадкой, а по нижней поверхности она лежит на антиадгезионном кольце li может ого- бодно подниматься вверх вслед за площадкой. Такая подвеска обладает жесткостью, соизмеримой с жесткозающая в рабочем диапазоне темпера-тур жидкость. Эта жидкость проникает в пространство к контактным кольцам по зазору между штоком и корпусом и

30 изолирована от остального пространства датчика внутренним сильфоном. Чтобы температурные расширения жидкости не вызьшали нежелательных реакций в системе измерительная площадку- силь25 фон, эти площади выбраны близкими, а жидкость имеет возможность расширяться в расширительном устройстве. Использование в датчике источника компенсирующей силы сильфонного

40 типа позволяет решить вопрос об определении величины компенсирующей силы. Величину компенсирующего давления, подаваемого в магистраль, можно измерять с высокой степенью точности с

45 помощью манометров. Поскольку эффективные площади воспринимающей площадки и сильфонов различны, то возникает эффект гидротрансформатора, и в полости сильфона требуется пода15 раз меньше, чем измеряемое напря- я.:ение С7 . Сильфоны имеют малую жесткость для осевой силы и большую жесткость для боковой силы. Такое 55 сочетание свойств гарантирует отсутствие перекосов штока и площадки при работе и исключает возникновение осевых реакций при температурных деформациях штока и сильфонов. Датчик

обладает высокими метрологическими характеристиками, так как в ием отсутствуют подверженные дрейфу и нуждающиеся в регулярной корректировке элементы.

Формула изобретения

его свободный конец снабжен аррети- рующим устройством, а на дне углубления в корпусе и смежной с ним поверхностью силовоспринимающей площадке размещены электрнческне контакты.

22