Устройство для измерения давления по опорной поверхности Советский патент 1991 года по МПК A43D1/00 

(Л

С

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к обувной, и может быть использовано при измерении давления стопы на опорную поверхность. Устройство выполнено в виде вкладной стельки со сквозными отверстиями по исей поверхности. Устройство снабжено датчиками, состоящими из токопроводящего материала оболочки и обкладок. Токопрово- дящий материал заключен в оболочку из упругого материала. Обкладки датчика выполнены из пружинной стали. Датчики выполнены в форме усеченных конусов. Верхний диаметр датчика соотносится к нижнему диаметру как 1 0,9 и высота датчика к его верхнему диаметру как 10,5-2. При этом упругие свойства вкладной стельки и датчика на сжатие одинаковы. 2 ил.

Изобретение относится к легкой промышленности, а именно к измерительным устройствам и приспособлениям для обмера ног.

Известен тензометрический датчик, состоящий из пакета пластин из электропроводной бумаги, металлических обкладок, между которыми установлены упругие противодействующие элементы, возвращающие пластины е исходное положение, принцип действия которого основан на изменении контактного сопротивления пакета электропроводной бумаги под действием давления на датчик.

Недостатком этого датчика является низкая точность измерения в связи с малой деформируемостью электропроводной бумаги и большим гистерезисом датчика.

Известно также устройство, которое содержит набор датчиков, установленных внутри обуви (на вкладной стельке). Датчики садержат пакет токопроводящей резины,

заключенной между обкладками к которым припаяны выводы. При уста-човке стопы на датчики под действием давления он сжимается и изменяется сопротивление электропроводящей резины, по котором/ определяется величина давления стопы. Датчики имеют прямоугольную форму и устанавливаются на вкладную стельку Толщина датчика 1.25 ± 0,05 мм, линейные размеры 12x14 MN«

К недостаткам описанного устройства относится низкая точность измерения за счет крупного линейного габарита датчика, не дающего достаточное количество точек измерения, а также за счет маленькой толщины датчика, не воспринимающей давление, так как деформация детали обуви от воздействия стопы достигает 5-10 мм. Кроме того, измеряется давление стопы не на стельку, а на датчик, который имеет упругие характеристики, отличающиеся от пакета деталей низа К недостаткам относится

XI

О

N3 СЛ СЛ

большой гистерезис, тохопроводящей резины, а также .,е,оО(ЛОгичма -1 хесткссгь фольги для равномерной передачи /давления, Прямоугольная форма /заfмига дзет неравномерную возвращающую нагрузку.

Цель изобретения -- повышение точности измерения и удоЬстч пользования.

Поставле-тая цель пос ч ается тем, что

0устройстве для измерения д з зленмя стопы по опорной г-оверхн .т.т л. содержащем набор датчиков для юзмзоения давления, каждый v,3 которых с ос т И г -is обкладок, гокопроводя ча Е; упзугого элемента, датчики аыпслннны FI форме усеченных КОНУСОВ прм COOIi.OHjOHi i / ЕХЗрХНвГО И

нижнего диамет оз , П, высота датчика этносмтся его верхнему диаметру как

1;0,5-2, при э;ом устройс гво дополнительно снабжено зломентогч для размещения дэт- чикоз, выполненные по форме вкладной стельки, имеющей сквозные отверстия по всей поверхности, соотае - стоующие форме датчиков, поймем упоупде свойства на сжатие элемента и датчика одинаковы.

На фиг, 1 изображена схема размещения датчиков; на фиг, - конструктивная .хема датчика.

Датчика о- сы-еозныхотвер- лиях 2 элемс i;; 3 (.- и), предназначенном для и- уптз- о-хи IVP, чтоб верхняя 4 и чмжчяя 5 плоскости датчика совпадали с ;.оотва(гл оующими плог,ог/. пни стельки 3, причем продольное сзчссие дятчиха 1 име- эт форму ко:;усз, я подопечное - форму (фИГ,1).

Датчик I дзн/(,-15 v,o.TOin из пакета элек ропроводяи ей 6, включенной а опоаву viо упругого мэчериапа (полиурета- ча) 7, гфичем оправа соединена с ЗП резиной 6 клеены.-1 соединением В. ЭП резина 6 в оправе 7 пкнюче а обкладками 9 из пру чинний стали, к которым припаяны выводы 10 (фиг,2).

При на гружен им устройства стопой про- исхсчит деформация степьки 3 датчиком 1, который изменяв свое контактное сопротивление, отп аоирс8а м2о на давление. По изменению сопротммления рассчитывается значение давпенмя етп роти И 2 и датчики 1 имеют форму конуса для удержания дгтчихй ( сге/ibuc З (ф лг,1). Соотношение азохнего и нижнего (по отнсялеиию к стельке 3} /диаметре датнмкг: раьно /5/7- 5/fl/, которое не поз13ог /п датчику опуститься ь лхе уровня стсл .кп npie установке и работе, Поперечное сечение датчика 1 имеет круглую форму, IM O o5ccneu«tT более простое изготовление I,C-|I .KS и раономерное распредслен ле даалзння,

Наибольший диаметр датчика составляет 4-6 мм, а высота 8-10 мм, что дает повышение чувствительности датчика, так как деформация стопой материалов низа достигает 10 мм, а выбранный диаметр обеспечит большое количество точек измерения. При исследовании материалов деталей низа малой жесткости требуется большая высота датчика, при большой - меньшая, так как

деформация стог.ой будет меньше. Интео- вЗл изменения соотношения между диаметром и высотой датчика составляет 1:0,5-2. Количество датчиков 1 определяется целью исследования. Для точного измерения давления общая площадь датчиков должна относится к площади стельки (элемента их

g размещения) Зэ как , для оценочного

03

эксперимента это соотношение можег быть

уменьшено до 0,1.

Чтобы параметры датчика не влияли на измерения, модуль упругости всех его элементов должен быть равен модулю упругости стельки, на которую измеряется

давление стопы, Стелька может быть выполнена от пенистого полиуретана (модуль упругости Е равен 6 МПа) до стелечной кожи (Е равен 80 МПа).Вариацию свойств элементов датчика в соответствии с материалом

стельки моха ю осуществить за счет подбора модулей упругости оправы из полиуретана при заданном материале токопроводящей резины и клея. При смене материала стельки датчики переставляются в другой элемент, подготовленный для исследования.

Пример, Длл того, чтобы не изменять свойства системы деталей низа при измерении давления, т.е. для устранения влияния параметров датчика на точность измерений,

г-юдуль упругости на сжатие датчика Е должен быть равен модулю упругости участка стельки, вместо которого датчик установлен.

Расчет можно произвести через жест5 кость на сжатие элементов датчика и стельки.

Жесткость С определяется по формуле.

50

Р L h

()

где Е - модуль упругости на сжатие, МПа;

А - площадь поперечного сечения элемента, мм ;

h высота, мм.

Датчик представляет собой систему параллельно-последовательно соединенных материалов, жесткость которого рассчитывается следующим образом1

+ С2 + Сз + 2

(2)

С - жесткость датчика, Н/мм;

Ci - жесткость электропроводящей резины, Н/мм;

С2 - жесткость клеевого соединения, Н/мм;

Сз жесткость оправы из полиуретана, Н/мм;

Сз - жесткость обкладок, Н/мм.

Зададимся геометрическими параметрами датчика и материалами: верхний диаметр датчика d3 бмм, диаметр элемента из электропроводящей резины мм; толщина металлической обкладки ,1 мм, высота датчика мм (фиг.2). Известны модули упругости:

МПа (стеличная кожа), ,3 МПа (токопроводящая резина), ,9 МПа (клеевая пленка-наприт), Е/Н),985x10 МПа (степень обкладки).

Рассчитаем жесткость полиуретана, задавшись принятым условием равенства упругих характеристик датчика и материала стельки, так как жесткость металлических обкладок С4 в формуле (2) находится в зна- 2

менателе значение

является адалой величиной и практически не изменяет значение жесткости всей системы датчика, следовательно, жесткость обкладок не влияет на жесткость датчика. Это подтверждается расчетом

Сз С - Ci - С2 - -

Е A Ei Ai Е2 А2 2 I

I

I

Е/) А4

EjrdS Ei3rd3 E2Jr(dS-d) 4 4141

8

753,6-53,42ЕА п d

-2,86-0,072 10 698,31 (Н/м); Е °з Сз I 4 Аз 7r(d§-d§)

-в -31;3 .84 (МПа).

3,14()

Модуль упругости упругой возвращающей оправы должен быть равен: ,84 МПа. что обеспечивает равенство упругих характеристик датчика и материала стельки 5 (элемента для размещения датчика)-в примере рассмотрена стелечная кожа.

Предлагаемое устройство может быть использовзне при анализе степени комфортности низа обуви, одним из факторов кото- 0 рой является распределение давления, а также при разработке комфортного низа обуви с заданным распределения давления.

Преимущества предлагаемого устройства перед известным заключается в повы- 5 шении точности измерения за счет увеличения числа точек измерения, круглой формы поперечного сечения датчика, устранении влияния датчика на показания измерений, повышении удобства пользования 0 датчиком, з также в уменьшении петли гистерезиса датчика.

В лабораторных условиях используется пиатографин для исследования распределения давления (базовый способ). По срав- 5 нению с базоаым предлагаемый способ имеет следующие преимущества: возможность получения численных знаиений давления стопы; возможность исследования распределения ,аг-лекия я обуви; изучение 0 распределения дчвпечия при сменных материалах деталей пМЗЭ,

Формула изобретения Устройство для измерения давления по

5 опорной поверхности, содеожащее вкладную стельку и набор датчиков, каждый из котооых сосюит из токопроводящего материала и обкладки, отличающееся тем, что, с целью повыи.энич точь ости измере0 ния, стабильности и удобства пользования, вкладная стелька выполнена со сквозными отверстиями по всей поверхности для установки в них датчиков, каждый из которых выполнен в форме усеченного конуса при

5 соотношении его верхнего и нижнего диаметров 1.0,9, и высоты датчик к его верхнему диаметру 1.0.5-2,0, причем токопроводящкй материал заключен в оболочку из упругого материала, а обкладка

0 каждого датчика еь-потнена из пружинной стали, npv1 этом упругие свойства вкладной стельки л дэтчи.сз на сжатие одинаковы.

У,2

«Put i