Прибор для определения изгибающих моментов Советский патент 1947 года по МПК G01L1/18 

Изобретение относится к широко известным в технике приборам для измерения различного рода деформаций и усилий, использующим угольные пластины, изменяющие свое электрическое сопротивление под влиянием действующих на них усилий.

Предлагаемый прибор для определения изгибающих моментов отличается тем, что угольные пластины зажаты между консольными плечами обоймы прибора в целях измерения наряду с силами зажатия также и изгибающих моментов в месте зажатия.

На фиг. I изображен предлагаемый прибор в продольном разрезе, на фиг. 2 - схема установки прибора для производства измерений, на фиг. 3-4 - схемы включения прибора в цепь электрического измерительного устройства.

Прибор состоит из стальной обоймы образованной центральной призматической стойкой 7, двумя парами боковых консольных плеч 2, изготовленных за одно целое со стойкой 7. Между каждой парой боковых плеч 2 имеется по одному столбику из угольных пластин 3, помещенных в эбонитовых или из другой пластмассы обоймах 4. С одной стороны эти угольные столбики опираются на нижние плечи 2, а сверху на них нажимают верхние плечи 2. Давление верхних плеч 2 на угольные столбики передается через круглые пластины 5 с цилиндрическими выступами, имеющими закругленные головки 6. К угольным пластинам J, из которых собраны столбики, сверху и снизу прижато по медной пластине. К пластинам припаяны провода 7, предназначенные для включения угольных столбиков в электрическую цепь измерительного устройства. Если обойму прибора подвергнуть давлению внешних сил, то призматическая стойка 7 будет сжиматься и каждая пара боковых плеч 2 будет в свою очередь сжимать угольные столбики, а под влиянием этого сжатия будет изменяться омическое сопротивление угольных столбиков. Измеряя изменение сопротивления угольных столбиков с требуемой точностью, можно определить величину сил, действующих на обойму.

Первоначальное нажатие угольных столбиков осуществляется посред309

ством шайбочек f, надетых на цилиндрические выступы а пластинок 5 и нажимающих на эти пластинки. Шайбочки могут быть повернуты посредством ключа.

Непосредственное воздействие внешней силы воспринимаемое центральной стальной призматической стойкой 7, позволяет замерять значительные силы от нескольких килограммов до нескольких тонн и даже десятков тонн.

При этом деформации угольного столбика имеют ничтожную величину исчисляемую в 0,01-0,02 мм при максимальной нагрузке.

Габаритные размеры прибора при максимальной нагрузке до 10-15 т остаются незначительными. Это позволяет размещать прибор, где силы сжатия довольно значительны, например, в местах закрепления лопаток паровых турбин и т. п. Возможно применение его также для замеров давлений на кулачки в клапанных регулирующих устройствах и опорных подшипниках, а также во всех случаях, где наряду с малыми размерами прибора требуется незначительная деформация его под действием силы (чтобы не нарушались взаимные расстояния между элементами механизмов).

Прибор может быть применен такл е для замеров изгибающих моментов в местах закреплений (заделок) элементов различных машин и механизмов. Если корпус прибора вставлен между лопатками турбины, на которые действуют изгибающие моменты, то момент реакции будет восприниматься корпусом, так как на один из двух угольных столбиков будет действовать большее усилие (на величину ), а на другой столбик соответственно меньшее (на величину -Ар). При этом величина Ар1, т. е. произведение избыточного усилия на плечо /, представляющее собой расстояние между центрами угольных столбиков, будет равна изгибающему моменту М.

Электрический принцип действия прибора позволяет производить измерения названных величин в значительном удалении от указывающих и регистрирующих приборов, 310

а также и на вращающихся частях различных машин. В последнем случае импульсы могут передаваться через контактные кольца на валу машины и неподвижные щетки, скользящие по контактным кольцам.

Электрический принцип действия прибора позволяет многократно и значительно усилять получаемые импульсы, будь они постоянные или переменные по величине. Усиление постоянных илшульсов может осуществляться с помощью усилителей постоянного тока, усиление переменных импульсов производится с помощью хорошо известных обычных усилителей переменного тока.

Особенно удобен прибор для измерений переменных давлений, сил и изгибающих моментов, так как воспроизведение получаемых импульсов в электрической форме позволяет записать их на щлейфном осциллографе или наблюдать и заснять с помощью катодного осциллографа. Благодаря этому становится возможным изучение изменения во времени переменных давлений, сил и моментов, до сего времени не поддававшихся измерениям, как например, переменных изгибающих моментов, создаваемых на турбинных лопатках переменными паровыми усилиями.

Прибор включается своими угольными столбиками в электрическую схему следующими способами.

Оба угольных столбика прибора / включаются последовательно друг с другом в одно из плеч схемы моста Уитстона (фиг. 3). В другое плечо включается регулирующее сопротивление К р. В третье и четвертое плечи включены постоянные, надлежаще подобранные, одинаковые сопротивления г. В короткую диагональ моста включены усилитель и измерительные приборы О.

Регулирующее сопротивление служит для первоначального приведения показаний измерительных приборов к нулю. Это позволяет исключить влияние на показания приборов таких факторов, как «старение угольных сопротивлений, влияния температуры, влажности и т. п. Благодаря этому с помощью описываемого прибора значительно расширяется область измерений. Измерения Л1,огут быть произведены, например, в работающей под паром турбине, воздуходувке, насосе и пр.

Применение для данной цели угольных столбиков значительно удешевляет прибор по сравнению, например, с кварцевыми пластинками.

Для измерения изгибающих моментов угольные столбики включаются в другую схему (фиг. 4), также основанную на принципе моста Уитстона. В этом случае сопротивления R и угольных столбиков меняются неодинаково и поэтому они включены в разные плечи дюста. От действия сжимающей силы оба угольных сопротивления меняются одинаково, баланс в мосте не нарушается и показаний никаких на приборах не будет. Когда же корпус прибора воспринимает изгибающий момент, то сопротивление одного из угольных столбиков увеличивается, а сопротивление другого угольного столбика уменьшается. Эти взаимные изменения пропорциональны изгибающему моменту М и ему же пропорциональна, следовательно будет и сила тока в короткой диагонали, в которую включены измерительные приборы.

Таким образом опять видно, что могут быть замерены весьма малые изгибающие моменты и притом как постоянные, так и переменные.

Переход от измерения силы к измерению момента можно производить совершенно не трогая самого корпуса прибора, а переключая только концы проводов электрически связанных с угольными столбиками, причем эта электрическая связь может происходить и через контактные вращающиеся кольца и щетки.

Калибровка прибора для измерений сил должна производиться с помощью прессов.

Калибровка для измерения изгибающих моментов может производиться при помощи рычага с плечом и грузом на конце.

Предмет изобретения

Прибор для определения изгибающих моментов, с использованием угольных пластин, изменяющих электрическое сопротивление под влиянием действующего усилия, о т л ич а ю щ и и с я тем, что угольные пластины зажаты между консольными плечами обоймы прибора, с целью измерения наряду с силами зажатия, также изгибающих моментов в месте зажатия.

2 6

I I/

7x5 2