Датчик напряжений Советский патент 1991 года по МПК G01L1/00 G01L1/02 G01L1/08 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для из- мерения постоянных или медленно меняющихся напряжений в жидкостях, сыпучих или твердых телах, например, для исследования напряженного состояния сред с упругими и вязкоупругими свойствами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения касательных напряжений.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1.

Датчик содержит корпус, состоящий из цилиндрической части 1, крышек 2 и 3, измерительной головки 4 и днища 5. Воспринимающая площадка 6 заглублена внутрь измерительной головки 4 и связана с корпусом посредством двух призматических балок 7, размещенных симметрично вдоль вертикальной оси датчика и имеющих на концах упругие шарниры. Балки 7 выполнены из стали в виде единого элемента с кольцевым основанием, которым они крепятся к корпусу 1 и 4, и силораспределяющим кольцом, являющимся составной частью воспри- нимающей площадки. По боковой поверхности воспринимающая площадка 6 отделена от корпуса 4 зазором. Зазор заполнен эластичной упругой средой 8 и 9, покрывающей и внешнюю поверхность площадки 6. Упругие шарниры в балках 7 выполнены таким образом, что воспринимающая площадка имеет максимальную подвижность в направлении, лежащем в плоскости, которая проходит через продольные оси балок 7, т.е. оси вращения шарниров перпендикулярны плоскости чертежа. На воспринимающей площадке через изолирующие прокладки 10 посредством прижимного кольца 11 закреплено кольцо 12, имеющее выступ 13, касающийся внутренней поверхности корпуса 4. Выступ 13 ориентирован в направлении максимальной подвижности площадки 6. На внешней поверхности выступа 13 и на смежной с ней поверхности корпуса 4 нанесены покрытия, обеспечивающие надежный электрический контакт. На фиг. 3 показан контактный узел датчика в горизонтальном разрезе поясняющий профиль выступа 13. Задатчик компенсирующего усилия размещен в цилиндрической части корпуса 1 и состоит из сильфонов 14 и 15. присоединенных к крышкам и 3 и общему днищу 16. Сильфо- ны 14 и 15 имеют одинаковый диаметр, расположены соог.но. симметрично и перпендикулярно вертикальной оси датчика так, что их продольная ось также ориентирована в направлении максимальной подвижности площадки 6. Штуцеры 17 и 18, размещенные на крышках 2 и 3, служат для

связи внутренних полостей сильфонов 14 и 15 с источниками компенсирующего давления Pi и Ра. Воспринимающая площадка б связана с задатчиком компенсирующего усилия посредством рычага - штокз 19, который имеет шаровые шарниры в местах сочленения с силораспределительным кольцом воспринимающей площадки и днищем задатчика компенсирующего усилия, Кроме того, шток имеет дополнительную промежуточную опору на корпус, образуя равноплечий силопередающий рычаг. Датчик имеет арретирующее устройство, размещенное внутри днища 5 и состоящее из эксцентрикового вала 20, толкателя 21, пружины 22 и

регулировочной пробки 23. На фиг. 1 устройство показано в разарретированном положении и толкатель не касается свободного конца штокз 19. Для фиксации продольных смещений штока 19 служат вспомогательные элементы - упор 24, пружина 25 и пробка 26. На боковой поверхности корпуса 1 размещен разьем 27, к которому подведены выводы 28 от кольца 12 и от корпуса. На наружной поверхности головки корпуса 4

имеется резьба, которой датчик крепится к стенке установки 29, заполненной рабочей средой 30.

Датчик работает следующим образом. В исходном, нерабочем состоянии эксцентриковый вал 20 развернут так, что толкатель 21 не касается поверхности эксцентрика. Под действием пружины 22 толкатель 21 давит на шток 19, который прижимает воспринимающую площадку б выстулом 13 к корпусу 4. Сила прижатия такова, что касательные напряжения г не могут нарушить контакт. Наличие контакта контролируется замыканием электрической цепи регистрирующего прибора, подключенного к разъему 27. Для перевода датчика в рабочее положение необходимо подать от источника компенсирующего давления максимальную величину давления Pi, достаточную для удержания площадки 6 в прижатом

состоянии при любых допустимых значениях г, и повернуть эксцентриковый вал 20, отведя толкатель 21 от взаимодействия со штоком 19.При этом площадка б останется неподвижной, а электрическая цепь 27 замкнутой.

Измерение касательных напряжений т. воздействующих на датчик со стороны рабочей среды 30, заключается в сравнении сил, действующих на воспринимающую площадку 6, как со стороны рабочей среды 30 через упругую эластичную среду 8, так и со стороны задатчика компенсирующего усилия через шток 19. В зависимости от соотношения величин этих сил площадка 6 либо опирается на корпус 4 выступом 13, либо отрывается от него. При измерении производится постепенное снижение величины компенсирующего давления Pi. Если происходит размыкание электрической цепи 27, то дальнейшее снижение давления прекращают и фиксируют величину компенсирующего давления, соответствующую моменту размыкания цепи. Далее увеличивают компенсирующее давление и регистрируют момент замыкания цепи и вновь фиксируют величину давления. Полученные значения компенсационного давления должны практически совпадать, а з случае небольшой разницы в качестве результата выбирается среднее. Если же размыкания цепи 27 не происходит до полного сброса давления Pi, следовательно, на площадку б действует касательное напряжение противоположного знака. В этом случае регистрируют величину Ра в момент размыкания и замыкания цепи 27. только измерение ведут при постепенном увеличении давления Р2 до момента срабатывания и затем при его уменьшении. Измерение заканчивается сбросом Ра и подачей максимального значения PL Полученное значение компенсационного давления РК умножают на коэффициент К, который представляет собой отношение эффективных площадей силь- фокного преобразователя давления и воспринимающей площадки, умноженное на отношение плеч силопередающего рычага - штока 19. Значение К определяется конструктивными размерами элементов и уточняется при градуировке датчика.

Введение балок, связывающих воспринимающую площадку с корпусом, обеспечивает одну степень свободы площадки, необходимую для измерения касательных напряжений. Балка с упругими шарнирами на концах при одинаковой изгибной жесткости по отношению к балке постоянного сечения обладает большей жесткостью и устойчивостью к продольной нагрузке и большим отношением жесткостей на изгиб в двух поперечных направлениях, что обеспечивает наилучшее выделение требуемой сдвиговой компоненты напряжений. Симметричное расположение двух балок позволяет исключить возникновение моментов, опрокидывающих воспринимающую площадку, при работе в условиях сложного напряженного состояния.

Смещение воспринимающей площадки в направлении разрешенной степени свободы контролируется парой электрических контактов, размещенных на площадке и

корпусе и ориентированных в направлении максимальной подвижности площадки. Противодействующая горизонтальная сила подводится к площадке посредством штока, преобразованного в рычаг введением дополнительной опоры ка корпус и шарнирным закреплением концов. Соответствующим образом изменена ориентация задат- чиха компенсирующего усилия, обеспечивающего силовое воздействие на

рычзг в требуемом направлении с целью минимизации погрешностей от измерения длин плеч рычага, вызванных непостоянством точек опирания, отношение длин плеч выбрано близким к единице. За счет раэличия эффективных площадей воспринимающей площадки и сильфоное возникает эффект гидротрансформатора и в полости сильфонов требуется подавать компенсирующее давление в 10 - 15 раз меньше, чем

значение т.

Предлагаемый датчик обладает высокими метропогическими характеристиками, так как в нем отсутствуют подверженные дрейфу и нуждающиеся в регулярной корректировке элементы,

Формула изобретения

1. Датчик напряхений, содержащий

корпус, силовоспринимзющую площэдку, размещенную с зазооом в углублении корпуса, заполненном упругой эластичной средой, шток, соединяющий воспринимающую площадку с арретирующим устройством и

задатчиком компенсирующего усилия, выполненным в виде сильфонов, одними концами присоединенных к корпусу и посредством общего днища другими концами связанных со штоком, и источники компенсирующего давлений, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерений касательной компоненты напряжений, в него введены две призматические балки, связывающиесиловоспринм ающую

площадку с корпусом, размещеннь-м пзрал- лепьно и симметрично вдоль оси штока и снабженные на концах упругими шарнирами, сильфоны выполнены одного диаметра

и размещены соссно, симметрично и перпендикулярно оси штока лг разные стороны от него, при этом направление их оси перпендикулярно осям вращения упругих шарниров, а их внутренние полости сообщены с источниками компенсирующего давления.

2. Датчик по п. 1,отличающийся тем, что на боковой поверхности воспринимающей площадки выполнен выступ, касающийся корпуса, электрически изолированный от силовое при ни мающей площадки, снабженный электрическим выводом и ориентированный в направлении, перпендикулярном осям вращения упругих

Составитель В ГодзикоескийФигЗ

Редактор Л.ГратиллоТехред М МоргенталКорректор О.Ципле

шарниров, а на внешней поверхности выступа и смежной с ней поверхности корпуса нанесены контактные покрытия.

3. Датчик по пп. 1 и2,отличающий- с я тем, что шток связан с воспринимающей площадкой и днищем задатчика компенсирующего усилия и снабжен промежуточной шарнирной опорой на корпус.

Л-Л

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования постоянных или медленно меняющихся напряжений в упругих, вязко- упругих и сыпучих средах. Целью изобретел S,S н / / У v V S/Y , I ,, S//s т т 4J S Zs X ния является измерение касательных напряжений. Датчик содержит корпус, внутри которого размещены силовоспринимающая площадка 6, отделенная от корпуса зазором, заполненным упругой эластичной средой 8, 9, и связанная с корпусом посредством двух балок 7 с упругими шарнирами на концах, рычаг 19, шарнирно сое- диненый с силовоспринимэющей площадкой 6, корпусом, арретиром и задат- чиком компенсирующего усилия, выполнен- ным в виде двух сильфонов 14 и 15, размещенных симметрично-соосно и перпендикулярно оси рычгга 19. а на боковой поверхности площадки имеется выступ, изолированный от площадки, снабженный выводом и касающийся корпуса. 2 з.п.ф-лы. Зил. Y , I ,, 4J S Zs X fc ё