Устройство для измерения сил контактного нажатия в герконах Советский патент 1976 года по МПК G05B23/02 H01H11/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ КОНТАКТНОГО НАЖАТИЯ В ГЕРКОНАХ на и проведение математических расчетов по вычислению СКН; высокая погрешность при измерении СКН (не менее 25 %). С целью уменьшения количества стандартных приборов, входящих в состав уст ройства, снижения затрат времени на измерение СКН, уменьшения числа операций при измерении СКН и увеличения точности изме рения СКН, а также исключения разрушения контролируемого объекта, предлагаемое устройство состоит из источника магнитного поля, задатчика эталонной механической силы и блока регистрации равенства эталонной силы и силы контактного нажатия 4 Источником магнитного поля могут служить катушки Гельмгольца, в центре которых помещается геркон. Задатчик эталонной механической силы может быть выполнен в виде электромеханического узла, причем выход его соединен с блоком регистрации равенства эталонной силы и сипы контактного нажатия, состоящим из электронного тахометра, усилителя, дискриминатора, триггера, связанного со входом исполнительного устройства, а вход соединен с блоком автоматики и исполнительным устройством. Устройство позволяет измерять автомати чески силы контактного нажатия путем компенсации их центробежными силами инерции, действующими на замкнутые контактные пластинки геркона при соответствуюшем его вращении. На фиг. 1 приведена принципиальная схема электромеханического узла предложенного устройства; на фиг. 2 - геркон с обозначением основных размеров; на фиг. 3 - действие центробежных сил инерции на контакт детали геркона; на фиг. 4 - блок-схема предложенного устройства. Электромеханический узел устройства содержит электродвигатель 1, укрепленный в цилиндрическом бронзовом стакане 2 с от верстием О. в опорной части, который крепится торцом к катушкам Гельмгольца 3 так, что ось электродвигателя совпадает с осью катушек Гельмгольца. На валу электродвигателя 4 крепится бронзовый цилиндр 5, в котором выполнены поперечное отверстие (У ив верхней части продольное отверстие для геркона 6. Средняя часть цилиндра 5 укреплена в подшипнике 7. Через воронку 8, расположенную в каркасе верхней катушки Гельмгольца, rej кон 6 опускается в отверстие -б , Система устанавливается так, чтобы лилиндр 5 с гер коном располагались вертикально. При замьпсании или размыкании геркона во вторичной катушке 9 возникает индукционный сигнал. Рассмотрим те физические параметры типовых герконов, которые позволяют измерять достаточно точно СКН с помощью данного задатчика эталонной силы. Вместе с этим рассмотрим физические условия, создаваемые задатчиком эталонной силы, которые необходимы для измерения СКН. Обозначим основные размеры геркона (см. фиг. 2) 1 - длина каждого контакта внутри баллона, 1 - область перекрытия контактов - участки замыкания, 8 - ширина контактов, с - толщина контактов, X - зазор между контактами. Для известны герконов x/ds 01;an 55 0,04-. Для измерения СКН геркон помещают в отверстие « , замыкают его контакты полем катушек 3 и приводят его плавно во вращательное движение электродвигателем 1 вокруг собственной оси 00 или параллельной ей оси О О. Участки контактов ( I ) внутри баллона геркона обладают центрами инерции С j и С 2 (см. фиг. 3). При вращении геркона возникают центробежные силы инерции f . и f оторые приложены к точкам С. и С .j и направлены вдоль соответствующих радиусов враще- ния Т Т 2, Вместо замкнутых контактов рассмотрим движение их поперечных сечений S , в области которых лежат цент ры инерции С и С J, . Сечения совершают плоское движение вокруг оси О о тГ - нормаль к плоскости замыкания контактов. Для многих герконов сечения контактов - прямоугольники, как в рассматриваемом случае, или имеют другую правильную форму. Для данных контактов из однородного металла С и С j. располагаются посредине их толщины. Расстояние между Cj и С 2 равно d . 1 i Изфиг.З ТПШР, 1 i , где tu - угловая скорость движения геркона вокруг оси, тп - та часть массы контакта, которая эффективно участвует в движении только при размыкании или замыкании геркона.. тп /2. /) V,Сг) где V - объем контакта (участка t ) JJ - плотность металла. На фиг. 3 видим, что контакты могут разомкнуться под действием сил f. и f 2 60ли д 6oj 1 COSoC. j - «(Lj достаточHO большая величина. Определим it с учетом формул (1) Af 3Huj(rcosoC -IplcosoC,). (3) iX Z. Из фиг. 3 следует .ObOC2 Т Из формул 3) и (4) находим чпсо d . Из формулы (5)едует, что величина uf не зависит от Г и , а зависит « и -т , При этом необходимо выполнение условия параллельности осей 00 и с1 о . Неточность впайки контактов в баллоне, дефекты баллона могут создать непараллельность осей 00 и 00. Но при серийном изготовлении герконов эти неточности и дефекты доотаточно малы и практически не влияют на точность измерений Л f , Изгибы контактов при замыкании тоже очень малы в связи с малостью зазора, что практически можно не учитывать при определении л f . Найдем со отношение между И при вращении геркона и силами: магнитной Т , упругой Fy и СКН Т , которые действуют на любой из замкнутых контактов. Для данных контактов запишем уравнени . Вычитая из уравнения (6) уравнение (7 находим 1/2д ,Л. л -U Ч При увеличении можно получить уеловне1/2д F К-(9) В этом случае геркон разомкнется, ибо .. из равенств (8) и (9) получаем 0(10) м-ТЕ-ц Условие (1О) выполняется только для разомкнутых контактов. Из уравнещ1й (5) и (9) находим: r l/Zmaiyd,U1) U).j, - угловая скорость геркона в момент его размыкания (при плавном увели- 55 чении ).Таким образом, для определения F необходимо измерить ou-j, . Это можно осуществить с помощью представленного электромеханигческого узла (см. 60

Формула изобретения 50 иг. 1 ) и соответствующих электронных, злов, обшая блок-схема которых дана на иг. 4. По достижении « величины -j, геркон азмьпсается и тем самым создает вокруг ебя изменение магнитного потока, что выывает ЭДС индукции в катушке 4 (см.фиг.1). Е :-аФ/аг. Сигнал Е и сигналы помехи поступают в силитель Ю, а затем на дискриминатор 11, который выделяет только полезный сигнал и пропускает его на триггер 12 (см. фиг. 4). Триггер запускает исполнительное уст ройство 13, реле которого выключает в электромеханическом узле 14 питание электровигателя 1, и ш начинает уменьшаться. Таким образом, при очень плавном достижении « величины ш J практически мгновенно выключается вращение геркона. Плавность увеличения ои осуществляется с помощью блока автоматики 15, медленно увеличива- напряжение питания электродвигате измеряется с помощью электрон«° ° тахометра 16 по его стрелочному Максимальное отклонение стрелки соответствует «J j. . Импульсы на тахометр поступают с фотодиода 17 (см. фиг. 1), На фотодиод падают световые сигналы от лампочки 18 через отверстие в цилиндре 5. Один поворот цилиндра дает два световых Сигнала на фотодиод. Шкала измерительного прибора тахомет ра градуируется в единицах силы F на основе формулы (11), что дает возможность непосредственно измерять силу контактирующего нажатия контактных пластин. Устройство для измерения сил контактного нажатия в герконах, содержащее источник магнитного поля, задатчик эталонной механической силы и силы контактного нажатия, отличающееся тем, что, с целью обеспечения неразрушающего контроля и снижения времени измерения, задатчик эталонной силы содержит электродвигатель с переменной скоростью вращения, на валу которого расположен узел для крепления геркона, а указанный блок регистрации содержит индикатор размыкания геркона и тахометр для определения скорости вращения электродвигателя, при которой произошло размыкание геркона. Источники информации, принятые во вн№мание при экспертизе: 78

1. Клейн Э.А. и др, Тензометрическийi- Bya,ford K.P.,E&titRatin Sealed

измеритель малых давлений , Труды НИИТС, Reed Contact ГоРсеб,Ве11. Labfr-Bec-, r- -. -.r. We f,44,1966

№ 16, 1969.

521552

,00

fut.r