ВСЕСОЬОЗИАЯ IПДТЕНТНО-Т[АНГ!^а!АПБИБЛИО i ьКА Советский патент 1971 года по МПК G08C19/04 

В приборостроении известны тензометрические преобразователи угла поворота в напряжение, содержащие мост Уитстона, плечи которого выполнены в виде петель из тензочувствительиой проволоки, натянутых вдоль металлической рамы между неподвижной изоляционной колодкой и штырями цилиндрической подвижной опоры, связанной через секторы и гибкие ленты со входным валом.

Описываемое устройство отличается тем, что в нем установлены дополнительные гибкие ленты, направление действия которых противоположно направлнению действия основных гибких лент, соединенные с пружинами, закрепленными иа секторах. Проволоки, составляющие плечи моста, впаяны концами в капиллярные щели соответствующих металлических контактов, закрепленных на изоляционной колодке, помещены в отдельные пазы раме преобразователя, и прикрыты снаружи эластичными термоизоляционными уплотняющими прокладками и металлическим экраном. Последний расположен вместе со входным валом и его элементами крепления на стороне рамы, симметричной в тепловом отнощении двум другим ее сторонам, вдоль которых расположены пазы с тензочувствительными проволоками.

Для повышения линейности подвижная опора тензочувствительных плеч моста имеет сплощную жесткую ось, вращающуюся в подщипниках, и покрыта изоляционной эматальпленкой электролитическим путем.

На фиг. 1 изображен общий вид преобразователя; на фиг. 2 - подвижная и неподвижная опоры тензочувствительных проводников; на фиг. 3 - расположение контактных лепестков в изоляционной колодке; на фиг. 4 - контактный лепесток со впаянными в него тензочувствительным и выводным проводниками.

В описываемом преобразователе каждая пара ленточной передачи имеет три ленты, начала которых закреплены вдоль образующей цилиндрической поверхности барабанов / и 2 (фиг. 1); а концы - на секторах 3 и 4. При этом концы четных лент 5 закреплены иа секторе жестко при помощи скоб 6, регулировочными винтами 7, а концы нечетных лент 8 прикреплены к концам плоских (или иного вида) предварительно натянутых пружин 9, закрепленных на секторах при помощи держателей 10.

При такой конструкции ленточной передачи сектор 4, являющийся последним кинематическим звеном ленточной передачи, поворачивается в обе стороны за счет работы внещней силы, приложенной ко входному валу 11 преникающие из-за трений в передаче. Вследствие этого отпала необходимость в торсионной оси и стало возможным применить обычную ось в подшипниках, более жесткую и позволяющую поэтому добиться большей точности вращения подвижной опоры 12 вокруг ее геометрической оси. Натяжения пружин 9 выбраны такой величины, чтобы силы трения лент о цилиндрические поверхности секторов 3 и 4, плотно облегающих последние, были больше передаваемых этими же лентами усилий, необходимых для приведения в движение сектора 4, нагруженного моментом сил трения в подшипниках его оси и моментом упругих сил деформируемых при этом движении тензочувствительных проволок 13, составляющих плечи преобразователя.

Опора 12 вращается на жесткой оси, апцапфы которой обрабатываются одновременно с цилиндрической поверхностью опоры, вследствие чего возможное несовпадение действительной оси вращения опоры с ее геометрической осью из-за прогиба оси под действием суммарнего усилия тензочувствительных проволок, а также из-за начального смещения, уменьшается во много раз, что приводит к существенному повышению линейности преобразователя.

Так как опора 12, будучи преобразователем угла поворота в строго линейное удлинение проволок тензочувствительных плеч моста, также электрическим изолятором каждого плеча от соседнего и всех плеч от рамы, то она должна быть изготовлена либо из изоляционного материала, либо из металла, покрытого изоляционным слоем.

Изготовление опоры из керамики сильно затруднено, а применение для этой цели любых пластических масс исключено из-за того, что ее размеры в этом случае изменяются со временем (старение), а также под влиянием в.яажности. Кроме того, коэффициенты теплового расширения пластмасс значительно больше, чем у металлов, и имеют непостоянные величины.

В случае изготовления опоры 12 из металла и покрытия ее поверхности изоляционным слоем едва ли приемлемы лаковые пленки изза их эластичности, а также трудности получения строго равномерной толщины при обеспечении высоких изоляционных свойств. Горячее эмалирование исключено по этой же причине.

В описываемом преобразователе вместо торсионной оси для опоры 12 применена жесткая сплошная ось, па которой укреплена и вместе с ней обработана цилиндрическая подвижная опора из аллюминия или его сплавов, покрытая электролитическим путем эматаль-плеикой по известной технологии. Такая пленка при толщине в 5-10 мк имеет электрическую прочность изоляции 500-1000 в, глянцевую поверхность с малым коэффициентом трения, так как не имеет пористой структуры, высокую твердость и прочность. Гладкая глянцевая поверхность эматаль-пленки уменьшает трение (а следовательно, и вариации) между тензочувствительными проволоками 13 и поверхностью подвил ной опоры в тех местах, где проволоки облегают эту поверхность. Механическая прочность и твердость пленки достаточно высоки, чтобы предотвратить искажение цилиндрической поверхности опоры под воздействием высоких удельных давлений тонких проволок тензочувствительных плеч преобразователя.

Концы проволок припаяны каждый к своему контактному лепестку (фиг. 2-4) мягким припоем. Для высокой надежности пайки и

обеспечения строгого равенства длин всех тензочувствительных плеч преобразователя их копцы впаивают в узкие капиллярные щели в контактных лепестках 14 (фиг. 3 и 4). При такой пайке конец проволоки 13 со всех сторон окружен припоем, образующим мениск в строго определенном месте по отношению к краю лепестка 14, опирающемуся на жесткую изоляционную прокладку 15. Выводные проводники из тонкой медной проволоки 16

(фиг. 4), при помощи которых контактные лепестки соединяются электрически с клеммами 17 (фиг. 1), впаяны в цилиндрические отверстия в лепестках 14.

Растяжение тензочувствительпых плеч преобразователя в крайних положениях входного вала не должно быть ниже некоторой заданной величины во избежание провисания плеч и не должно превосходить некоторого верхнего уровня во избеж:ание остаточных деформаций тензочувствительных проволок. Эти величины должны быть взяты с некоторым запасом из-за неизбежных неточностей как в геометрических размерах, так и из-за разброса характеристик сплава проволок. В то же время при заданных длине плеч, их удельном сопротивлении, тензочувствительности, диаметра и допустимой температуре на выходе преобразователя сигнал (напряжение или ток) тем больше, чем больше рабочее удлинение

плеч (разность между начальным и конечным растяжением плеч в двух крайних положениях входного вала).

Так как тензочувствительные плечи преобразователя натянуты вдоль сторон металлической рамы 18, длина которой изменяется с изменением температуры, то в случае неравенства коэффициентов теплового расширения материала плеч и материала рамы рабочее удлинение плеч должно быть уменьшено. Пояснить

зто можно следующим образом: если коэффициент теплового расширения материала плеч больше чем материала рамы, то при повышении температуры плечи преобразователя могут провиснуть в крайних положениях входного вала //. Чтобы этого не произошло, необходимо увеличить начальное растяжение плеч па величину разности тепловых удлинений плеч и рамы 18. При этом максимальное растял ение плеч не увеличивается, так как

может быть превзойден предел упругих деформаций материала плеч.

В описываемом преобразователе тензочувствительная проволока плеч изготовлена из железо-хромо-алюминиево-ванадиевого сплава, а рама - из обычной малоуглеродистой стали (ст. 30 или ст. 3) с близкими коэффициентами теплового расширения. Небольшое снижение рабочего растяжения плеч из-за разности этих коэффициентов с избытком перекрывается большим удельным сопротивлением, большим пределом упругих деформаций и большей тензочувствительностью сплава Х26ЮФ по сравнению со сплавами типа константана.

Применение обычной малоуглеродистой стали для изготовления рамы снижает стоимость преобразователя, а использование более толстой тензочувствительной проволоки из более прочного материала значительно повышает его надежность.

Каждое тензочувствительное плечо моста размещено в отдельном пазу 19 в теле рамы, что полностью исключает их взаимное влияние и улучшает теплообмен с рамой 18. В то же время уменьшен теплообмен плеч моста с экраном 20 и прокладкой 15, закрываюших пазы, благодаря чему колебания их температуры меньше влияют на нагрев плеч моста. Это улучшает также электромагнитную экранировку плеч преобразователя, что делает его менее восприимчивым к внешним электромагнитным полям.

Пазы 19 в раме 18 с расположенными в них плечами моста закрыты теплоизолирующей уплотнительной прокладкой 21, а рама окружена стальным экраном 20, зашишаюшим от тепловых излучений две стороны рамы, вдоль которых расположены пазы, с плечами моста и прикрепленным к третьей ее стороне симметричной в тепловом отношении к первым двум.

Наличие теплоизоляционной прокладки 21, а также определенное расположение и крепление экрана 20 приводят к тому, что тепловой поток от внешних источников тепла к раме 18 (или от рамы в окружающую среду) проходит главным образом по экрану к нейтральной стороне рамы, нагрев (или охлаждение) которой вызывает одинаковое изменение

температуры всех плеч моста одновременно. Нагрев плеч непосредственно от экрана 20 исключен тем, что между ними и экраном проложена прокладка 21, отделенная от экрана

воздушным промежутком.

Отверстия 22 для крепления преобразователя к прибору и входной вал // расположены симметрично по отношению к плечам моста, что исключает смещение нуля прсобразователя при его нагреве (или охлаждении) за счет тепловых потоков через детали крепления или входной вал.

Предмет изобретения

1. Тензометрический преобразователь угла поворота в напряжение, содержащий мост Уитстона, плечи которого выполнены в виде

петель из тензочувствительной проволоки, натянутых вдоль металлической рамы между неподвижной изоляционной колодкой и штырями цилиндрической подвижной опоры, связанной через секторы и гибкие ленты со входным

валом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности, точности и надежности устройства, в нем установлены дополнительные гибкие ленты, направление действия которых противоположно направлению действия

основных гибких лент, соединенных с пружинами, закрепленными на секторах, причем проволоки, составляющие штечи моста, впаяны своими концами в капиллярные щели соответствующих металлических контактов, за

крепленных на изоляционной колодке, помещены в отдельные пазы в раме преобразователя и прикрыты снаружи эластичными термоизоляционными уплотняющими прокладками и металлическим экраном, который расположен вместе со входным валом и элементами его крепления на стороне рамы, симметричной в тепловом отношении двум другим ее сторонам, вдоль которых расположены пазы с тензочувствительными проволоками.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности, подвижная опора тензочувствительных плеч моста имеет сплошную жесткую ось, вращающуюся в подшипниках, и покрыта изоляционной

эматаль-пленкой электролитическим путем.

(

J

IV)