Датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/04 

; Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности, к устрой ствам для регистрации малых по величине импульсных давлений в твердых телгх конечных размеров, например, внутри метЬллических деталей машин и механизмов Особенно эффективно применение устройства при проведении научно-поисковых работ, когда неизвестно направление предполагаемого распространения импульса давления в пространстве.

Известен пьезоэлектрический датчик ИМПУЛЬСНЫХ давлений, содержащий упругий и силопередэющий элементы, а также пье- с демпфером,

Известен также пьезоэлектрический датчик импульсных давлений, являющийся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и взятый за прототип.

Известный датчик содержит преобразователь перемещения в электрический сигнал, стягивающую и упругий элемент, выполненный в виде полого цилиндра, на

первом торце которого выполнена прорезь с образованием лепестков, свободные концы которых с внешней стороны снабжены полусферическими буртами.

Недостатками указанных известных датчиков являются следующие.

Для работы с ними необходима строгая пространственная ориентация таким образом, чтобы плоскость пьезоэлемента была перпендикулярна направлению распространения удара. Для отыскания такого направления необходим многократный поворот датчика внутри отверстия, что удлиняет цикл измерения.

Конструкция известных датчиков такова, что лепестки упругого элемента достаточно жестки и для их деформации необходим значительный по величине импульс давления. Низкая точность измерений и низкая чувствительность ограничивают применение датчиков.

ел

с

XI Ю СЛ

Сл)

со

Цель изобретения - повышение точности измерений и чувствительности датчиков.

На фиг.1 изображен датчик давления, осевой разрез; на фиг,2 - вид по стрелке А. на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

Датчик давления содержит упругий элемент в виде полого цилиндра 1, на первом торце которого выполнены три прорези с образованием шести лепестков 2, равномерно расположенных по окружности. Свободные концы лепестков 2 с внешней стороны снабжены полусферическими бур- .тами 3 радиусом гсф, а в средней части внут- ренней поверхности лепестков 2 выполнены полусферические выступы 4.

В состав датчика входят также преобразователь 5 перемещения в электрический сигнал, стягивающая гайка б, опорная шайба 7, направляющая 8 и стержень 9 с осевым отверстием. Стержень 9 размещен в полости упругого элемента и установлен коакси- ально с ним с возможностью перемещения вдоль его оси. Один конец стержня выполнен резьбовым 10, а другой - в видеусечен- ного конуса 11, большее основание которого расположено на торце 12 стержня. Направляющая 8 закреплена с помощью гайки 13 в центральной части стержня, а его коническая поверхность 11 контактирует с полусферическими выступами 4. Опорная шайба 7 размещена между вторым торцом упругого элемента и стягивающей гайкой б, закрепленной на резьбовой поверхности 10 стержня.

.Выступы 4 размещены на расстоянии It, равном половине длины fi лепестков 2;

. & fe,

где f.i - расстояние от места расположения буртов 3 до места расположения выступов 4 на поверхности лепестков, Јг - длина лепестков.

Внешняя цилиндрическая поверхность упругого элемента выполнена ступенчатой, при этом ступень большего диаметра DI расположена у второго его конца, а меньшего D2 - со стороны лепестков, причем отношение:

Di/D2 1,05.

В качестве преобразователя 5 перемещения в электрический сигнал использован тензорезистор, наклеиваемый в зоне деформации на внутреннюю поверхность лепестков 2 и связанный с блоком индикации,

в состав которого входит многоканальный усилитель (не показаны).

Для установки датчика в испытуемое тело 14 в нем изготавливают отверстие 15. Для фиксации в отверстии 15 датчика вращением через шлиц 16 стержня 9 (при зафиксированной с помощью ключа с шестигранным зевом гайкой 6), перемещают стержень 9 в осевом направлении, в результате чего он своей конической поверхностью 11 давит на выступы 4, что приводит к раздвижению лепестков 2 до их контакта со стенками отверстия 15. После

фиксации и создания предварительного уп- ругодеформационного натяга лепестков 2, фиксируемого по показаниям блока индикации, прекращают вращение стержня 9. В этом положении обеспечивается беззазорность соединения лепестков 2 упругого элемента со стенками отверстия. При этом контакт осуществляется по шести точкам.

Упругий элемент изготовлен из аусте- нитного дисперсионно-твердеющего сплава марки 36НХТЮ или рессорно-пружйнной стали марки 65Г.. Протяженность поверхности для наклейки позволяет применять проволочные или фольговые тензорезисторы.

Датчик работает следующим образом.

Импульсы давления распространяются по всему твердому телу 14, в том числе и в месте расположения отверстия 15 и воздействуют на консольные упругие лепестки 2

датчика. За счет беззазорного сопряжения цилиндрической поверхности 1 и буртов 3 датчика со стенками отверстия 15, а в его центральной части - за счет контакта, выступов 4 с конической поверхностью 11, создается нагружение, лепестков 2, эквивалентное схеме нагружения балки на двух опорах с центрально приложенной нагрузкой. Такая схема нагружения обеспечивает высокую чувствительность датчика к

измеряемому параметру.

Широкая полоса пропускания частот использованных тензорезисторов обеспечивает восприятие быстропротекающих

упругих деформаций при импульсных (ударных) давлениях.

Наличие в составе датчика шести упругих лепестков 2 не требует дополнительных поворотов для поиска информативного направления - направления распространения импульсов. При этом, по уровню сигналов со всех тензорезисторов, находящихся на раз- .личных лепестках 2 можно с высокой точностью измерить величину и определить

направление распространения импульсов давления.

Датчик прост по конструкции, содержит унифицированные элементы.

Использование: в контрольно-измерительной технике и может быть использован для регистрации импульсов давления, распространяемых в твердых телах. Сущность изобретения: датчик содержит упругий элемент в виде полого цилиндра с лепестками, имеющими сферические наконечники. Лепестки равномерно расположены по длине окружности. Перемещением стержня с усеченным конусом на конце через полусферические выступы обеспечивается перемещение лепестков. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула изобретения 1. Датчик давления, содержащий преобразователь перемещения в электрический сигнал, стягивающую гайку, и упругий элемент, выполненный в виде полого цилиндра, на первом торце которого выполнена прорезь с образованием лепестков, свободные концы которых с внешней стороны снабжены полусферическими буртами, о т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, измерения за счет обеспечения возможности регулировки, он снабжен оНорной шайбой, направляющей и стержнем с осевым отверстием, размещенным в полости упругого элемента и установленным коаксиально с ним с возможностью перемещения вдоль его оси, при этом в средней части внутренней поверхности ле- пеСтков выполнены полусферические выступы, причем один конец стержня выполнен резьбовым, а другой - в виде усеченного конуса, большее основание которого расположено на торце стержне, при этом направляющая закреплена в центральной

его части, а его коническая поверхность контактирует с полусферическими выступами, причем опорная шайба размещена между вторым торцом упругого элемента и стягивающей гайкой,закрепленной на резьбовой поверхности стержня,

ЫА

Фи г-. 2

5-6

Vve.J