Датчик измерительной балки Советский патент 1992 года по МПК G01G19/04 G01L1/22 

Изобретение относится к весоизмерительной технике и позволяет повысить точность взвешивания или измерения силы при упрощении изготовления устройства. Особенно эффективно его применение для взвешивания движущихся объектов.

Известен сдвиговый преобразователь силы, представляющий собой пару тензоре- зисторов, приклеенных к вертикальной стенке балки (рельса) под углами± 45° к ее нейтральной оси.

Две пары тензорезисторов образуют измерительный участок, по границам которого с их помощью измеряются касательные напряжения как полуразность (с учетом знака) главных нормальных напряжений в соответствующих сечениях.

Поскольку касательные напряжения пропорциональны поперечным силам, их сумма служит мерой приложенной к балке нагрузки.

Недостатком известного устройства является необходимость прикрепления тензорезисторов непосредственно к рельсу. Это создает значительные неудобства при монтажных, наладочных и ремонтных работах.

Известны также вагонные весы, в которых тензорезисторы расположены под углом 45° к продольной оси балки в точках перехода эпюры изгибающего момента через ноль, что усиливает некритичность весов к паразитным моментам. Вместе с тем уменьшается длина измерительного участка, а следовательно, и точность взвешивания. Это, наряду с необходимостью приклеивания тензорезисторов, является недостатком данного устройства.

В качестве прототипа принято грузо- приемное устройство железнодорожных весов.

Грузоприемное устройство железнодорожных весов содержит две измерительные балки в виде рельсов, на вертикальных стенках каждой из которых по разные ее стороны соосно закреплены измерительные кольца с тензорезисторами. Измерительное

w

Ё

N| VI 00

СЛ VI

кольцо содержит четыре выступа, которыми оно закреплено на балке с помощью винтов.

Тензорезисторы наклеены на внутренней поверхности измерительных колец под угламиЈ45° к нейтральной линии балки. Как и в устройствах-аналогах, они скоммутиро- ваны в схему электрического моста, сигнал в измерительной диагонали которого служит мерой касательных напряжений в соответствующем поперечном сечении балки, а суммарный сигнал в измерительных диагоналях обеих пар колец - мерой приложенной к балке силы.

Для корректировки угловой ориентации измерительных колец с целью устранения зависимости суммарного сигнала от положения нагрузки на измерительном участке в балке предусмотрены сквозные фигурные пазы на ее вертикальной стенке. Они нетехнологичны и являются недостатком прототипа.

Другой его недостаток - статическая неопределимость опирания каждого измерительного кольца в четырех точках, вызывающая поперечные деформации при закреплении и, соответственно, искажение (потерю точности) результатов измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что датчик измерительной балки снабжен стяжным болтом, связывающим оба измерительных кольца, а также двумя парами стоек и двумя нажимными кольцами, концентричными измерительным, причем стойки попарно скреплены своими концами с измерительными кольцами посредством упругих шарниров и расположены симметрично относительно оси измерительных колец и перпендикулярно их плоскостям, а вторые концы стоек жестко скреплены с нажимными кольцами, причем измерительные кольца развернуты плоскостями своих стоек относительно друг друга под прямым углом.

Сущность изобретения поясняется схемой измерительной балки (фиг. 1) и общим видом датчика (фиг. 2 - 4).

На фиг. 1 представлена измерительная балка 1, прикрепленная к фундаменту по обе стороны весового пролета длиной L,

На вертикальной стенке балки 1 по ее нейтральной оси установлены датчики 2 и 3, ограничивающие измерительный участок длиной I. Нагрузка Р, приложенная в его пределах, уравновешивается поперечными силами Ол и Qn, измеряемыми соответствующими датчиками.

Датчик измерительной балки состоит из двух соосных измерительных колец, прижимаемых к ее стенке стяжным болтом 4 через

сферические шайбы 5. Каждое измерительное кольцо 6 выполнено за одно целое с нажимным кольцом 7 и парой параллельных оси стоек 8 с силопередающим торцом 9,

Торцовая поверхность нажимного кольца выполнена в виде внутреннего конуса, контактирующего со сферической шайбой. Каждая стойка взонесвоихсилопереда- ющих торцов 9 соединена упругим шарни0 ром 10 с измерительным кольцом.

Стойки расположены симметрично относительно оси измерительных колец и перпендикулярно их плоскостям, а вторые концы стоек жестко скреплены с нажимны5 ми кольцами. Измерительные кольца развернуты плоскостями своих стоек относительно друг друга под прямым углом. Силопередающий торец (который, как показано на чертеже, в случае необходимо0 сти, может быть развит и превращен в пяту) контактирует с вертикальной стенкой балки и посредством трения передает ее деформацию измерительному кольцу,

Для угловой фиксации датчика при за5 тяжке стяжного болта каждое измерительное кольцо снабжено направляющим устройством, например, в виде винтов 11, между торцами которых и лысками 12 на стяжном болте предусмотрен зазор.

0 К измерительным кольцам приклеены тензорезисторы 13 - 16 и 17 -20 соответственно.

Они скоммутированы в схему дифференциального электрического моста.

5 Датчик установлен на измерительной балке в положении, при котором плоскости стоек обоих измерительных колец наклонены к нейтральной оси первоначально на уг- лы-ь45°.

0 Датчик работает следующим образом. При приложении нагрузки Р к измерительному участку балки силопередающие (контактирующие с ней) торцы стоек одного измерительного кольца взаимно отдаляют5 ся, а другого - сближаются под действием сил трения Np и NC, передающих измерительным кольцам деформации растяжения и сжатия в соответствии с направлениями главных напряжений в балке. Изначально

0 круговые измерительные кольца становятся эллипсообразными. растягивая тензорезисторы 13, 15, 17, 19 и сжимая тензорезисторы 14, 16, 18, 20. В измерительной диагонали электрического моста возникает

5 сигнал, пропорциональный поперечной силе в сечении балки.

Два датчика, установленные по концам измерительного участка, вырабатывают суммарный сигнал, пропорциональный приложенному усилию.

Если при изменении положения нагрузки на измерительном участке изменяются результаты измерений, угловое положение датчиков подлежит корректировке путем их поворота относительно своих осей при ос- лабленном стяжном болте.

В измененном положении датчика стяжной болт снова затягивают. Направляющие устройства позволяют исключить при этом случайный взаимный проворот изме- рительных колец.

Положительный эффект предлагаемого датчика заключается в увеличении точности измерения усилия (взвешивания) вследствие обретения его механической системой статической определимости, а также в заметном упрощении изготовления измерительной балки благодаря упразднению криволинейных пазов на ее вертикальной стенке.

Формула изобретения Датчик измерительной балки, содержащий два закрепленных соосно по разные стороны ее стенки измерительных кольца с тензорезисторами,отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен стяжным болтом, связывающим оба измерительных кольца, а также двумя парами стоек и двумя нажимными кольцами, концентричными измерительным, причем стойки попарно скреплены своими концами с измерительными кольцами посредством упругих шарниров и расположены симметрично относительно оси измерительных колец и перпендикулярно их плоскостям, а вторые концы стоек жестко скреплены с нажимными кольцами, причем измерительные кольца развернуты плоскостями своих стоек друг относительно друга под прямым углом.

Использование: относится к весоизмерительной технике. Сущность изобретения: датчик измерительной балки содержит два закрепленных соосно и параллельно по разные стороны стенки силоизмерительной балки измерительных кольца с тензорези- сторами, стяжной болт, связывающий оба измерительных кольца, две пары стоек и два нажимных кольца, концентричных измерительным, причем стойки попарно скреплены своими концами с измерительными кольцами посредством упругих шарниров и расположены симметрично относительно оси измерительных колец и перпендикулярно их плоскостям, а вторые концы стоек жестко скреплены с нажимными кольцами. 4 ил.

10

/

Фиг.1

Np

Фиг.Ь