Датчик нормальных напряжений

Датчик нормальных напряжений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения нормальных напряжений в сплошных средах за счет компенсационного метода измерения. Датчик нормального напряжения содержит корпус 1, силовоспринимающую площадку 2 и задатчик компенсирующего усилия, выполненный в виде двух концентрических со штоком 6 сильфонов 9 и 10, каждый из которых соединен одним концом с корпусом 1, а другим - со штоком 6, при этом полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 10 соединены с источниками компенсирующего давления через магистрали 16 и 17, соответственно. Полость между внутренним сильфоном 10 и штоком 6 заполнена диэлектрической жидкостью 19 и сообщена с расширителем 18, компенсирующим температурные расширения. Углубление в корпусе 1, в котором расположена силовоспринимающая площадка 2, заполнено эластичной упругой средой 3, равномерно распределяющей измеряемое напряжение и не вносящей искажения в передачу напряжения на площадку 2. Для фиксации момента компенсации шток 6 электрически изолирован от корпуса 1, его свободный конец снабжен арретиром 13, а на дне углубления в корпусе 1 расположены электрические контакты 4 и 5. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕтСНИХ сОциАлистичесних

РЕСПУБЛИН (504 (01 L 1 08 1 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

8 а и

Фиа. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4214037/24-10 (22) 24.03.87 (46) 15.07.89. Бюл. У 26 (71) Институт механики сплошных сред

Уральского научного центра АН СССР (72) Н.В.Писцов, В.В.Булавин„

Г.Б.Кузнецов и В.М.Зубков (53) 531.781(088.8) (56) Заявка ФРГ У 3135315, кл. G 01 L 1/26, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 440573, кл. G 01 L 1/22, 1983. (54) ДАТЧИК HOPMAJIbHb!X НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения нормальных напряжений в сплошных средак эа счет ком„„80„„1493886 А 1

2 пенсационного метода измерения. Дат; чик нормальных напряжений, содержащий корпус 1, силовоспринимающую площадку 2 и задатчик компенсирующего усилия, выполненный в виде двух концентрических со штоком 6 сильфонов 9 и 10, каждый иэ которых соединен с одним концом с корпусом 1, а другимсо штоком 6, при этом полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 10 соединены с источниками компенсирующего давления через магистрали 16 и 17 соответственно. Полость между внутренним сильфоном 1О и штоком 6 заполнена диэлектрической жидкостью 19 и сообщена с расширителем 18, компенсирующим тем1493886

30 пературные расширения. Углубление в корпусе 1, в котором расположена силовосприннмающая площадка 2, заполнено эластичной упругой средой 3, равномерно разпределяющей измеряемое напряжение и не вносящей искажение в передачу напряжения на площадку 2.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для 15 исследования постоянных или медленно меняющихся нормальных напряжений или давлений в сплошных средах— жидкостях, сыпучих или твердых телах, например, для исследования на- 20 пряженного состояния сред с упругими или вязкоупругими свойствами.

Пель изобретения — повышение точности измерения нормальных напряжений. 25

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 место опирания воспринимающей площадки на корпус, Датчик содержит корпус 1, в углублении которого с зазором по боковой поверхности помещена воспринимающая плошадка 2. Зазор выполнен эластичной упругой средой 3, покрывающей и внешнюю поверхность площад- 35 ки 2. По внутренней поверхности площадка 2 оперта на корпус 1 посредством двух расположенными последовательно контактных колец 4 н 5) одно из которых (5) скреплено с корпусом 1, 40 а друг е (4) — с площадкой 2. Площадка 2 соединена через шток 6 и изолирующую прокладку 7 с днищем 8 источника компенсирующего усилия, образованного сильфонами 9 и 10, а че- 45 рез изогирующую прокладку 11 и упор 12 — с арретиром 13, опирающимся на крышку 14 ° Воспринимающая площадка 2 через шток 6 соединена с электрическим выводом 15. Полость, образованная между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 10, сообщается с магистралью 16 компенсирующего давления Р, а полость, образов"1 Нап между корпусом 1 и внешн м 55 сильфоном 9, сообщается с магистралью 17 компенсирующего давления Р .

Между штоком 6 и внутренним сильфоном 10 расположена полость, которая

Для фиксации момента компенсации шток 6 электрически изолирован от корпуса 1, его свободный конец снабжен арретиром 13, а на дне углубления в корпусе 1 расположены электрические контакты 4 и 5. 2 з.п,ф-лы, 2 ил. сообщается с полостью,в которой установлены контактные кольца 4 и 5, расширительным устройством 18 и заполнена диэлектрической жидкостью 19.

Между площадкой 2 и корпусом 1 размещается герметизирующее антиадгезионное кольцо 20. На наружной поверхности корпус 1 имеет резьбу, которой он крепится в стенке 21 установки, заполненной рабочей. средой 22.

Датчик работает следующим образом.

В исходном нерабочем состоянии крышка 14 вывинчена так, что сцепленный с ней арретир 13 через упор 12, прокладку 11 и шток 6 плотно прижимает площадку 2 через кольца 4 и 5 к корпусу 1. Сила прижатия такова, что нормальные напряжения G возникающие в среде 22, не могут нарушить контакт площадки 2 с корпусом 1 через кольца 4,5. Наличие контакта контролируется замыканием электрической цепи вывода 15 на корпус.

Для перевода датчика в рабочее положение необходимо подать в магистраль 16 компенсирующее давление Р максимальной величины, необходимой для удержания площадки 2 в прижатом состоянии при любых значениях 5» и завинтить крышку 14, отводя арре. тир 13 от упора 12. При этом будет восстановлена герметичность полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, сообщающейся с Ьневмомагистралью 17. Электрическая цепь вывода 15 останется замкнутой на корпус, площадка 2 неподвижной.

При измерении производится постепенное снижение величины компенсирующего давления Р . Если происходит размыкание электрической цепи между выводом 15 и корпусом, то дальнейшее снижение давление прекращают и фиксируют величину компенсирующего давления, соответствуюшего моменту размыкания цепи. Далее, увеличивая

10

20

5 149 компенсирующее давление, регистрируют момент замыкания контактов и вновь фиксируют величину давления.

Полученные значения компенсирующего давления должны практически совпадать, а в случае небольшой разницы в качестве результата выбирается среднее арифметическое. Если же размыкания контактов 4 и 5 не происходит до полного сброса давления P, значит на площадку действует сжимающее напряжение(р .В этом случае магистр раль 16 сообщается с атмосферой, а компенсирующее давление подается в магистраль 17. Аналогично предыдущему случаю регистрируют величину компенсирующего давления Р в момент замыкания и размыкания контактов 4 и 5 и вычисляют результат, только измерения ведут при постепенному увеличению давления Р до момента срабатывания, а затем при его уменьгении. Измерение заканчивается сбросом давления Р и подачей максимального давления Р, .

Полученное значение компенсирующего давления Р„умножают на коэффициент К, если компенсация проводилась давлением Р и на К, если компенсация проводилась давлением Р . Коэффициенты К < и К представляют собой отношения эффективных площадей сильфонного преобразователя давления и воспринимающей площадки и равны

K<= ($, — $ )/S, а К $ /S, где S эффективная площадь воспринимающей площадки; S — эффективная площадь внешнего сильфона и $ - эффективная площадь внутреннего сильфона.

Значения К и К определяются конструктивными размерами элементов и уточняются при градуировке датчика.

Если компенсация осуществлялась давлением Р,, то напряжению Gn приписывается знак плюс — растяжение, а если компенсация осуществлялась давлением Р, то результату приписывается знак минус-сжатие.

Отделение площадки по боковой поверхности от корпуса зазором снимает неопределенность напряженного состояния, возникающего в зоне перемещающихся острых кромок плунжера, и как бы ни малы были эти перемещения, приводящие к разрушению контактирую. щей с ними среды. Заполнение зазора эластичной упругой средой позволяет реализовать подвеску площадки типа

3886

"упругий шарнир", когда..заполняющая зазор среда по боковой поверхности скреплена с корпусом и площадкой, а по нижней поверхности она лежит на антиадгезионном кольце и может свободно подниматься вверх вслед эа площадкой. Такая подвеска обладает жесткостью, соизмеримой с жесткостью контактирующей среды. Покрытие площадки сверху тонким слоем эластичной упругой среды эашищает дат-. чик от контактируют;ей с зим среды и снижает влияние переменных свойств контактирующей упругой или вяэкоупругой среды на подвижность площадки, что стабилизирует характеристики датчика.

Чтобы избежать окисления колец при длительной эксплуатации датчика или выпадения росы и смерзания контактов от влаги воздуха при работе в условиях температур, в полость,,где расположены контактные кольца, подводится диэлектрическая неэамерзающая в рабочем диапазоне температур жидкость. Эта жидкость проникает в пространство к контактным кольцам по зазору между штоком и корпусом и изолирована от остального пространства датчика внутренним сильфоном. Чтобы температурные расширения жидкости не вызывали нежелательных реакций в системе измерительная площадка — сильфон, эти площади выбраны близкими, а жидкость имеет возможность расширяться в расширительном устройстве.

Использование в датчике источника компенсирующей силы сильфонного типа позволяет решить вопрос об определении величины компенсирующей силы.

Величину компенсирующего давления, подаваемого в магистраль, можно измерять с высокой степенью точности с помощью манометров. Поскольку эффективные площади воспринимающей площадки и сильфонов различны, то возникает эффект гидротрансформатора, и в полости сильфона требуется подавать компенсирующее давление в 1015 раз меньше, чем измеряемое напряя:ение 5 . Сильфоны имеют малую жести кость для осевой силы и большую жесткость для боковой силы. Такое сочетание свойств гарантирует отсутствие перекосов штока и площадки при работе и исключает возникновение осевых реакций при температурных деформациях штока и сильфонов. Датчик

493886 обладает высокими метрологическими характеристиками, так как в нем отсутствуют подверженные дрейфу и нуждающиеся в регулярной корректировке элементы.

Формул а и з обр ет ения срия2

Составитель В.Годэиковский

Редактор М.Бандура Техред М.Дидык Корректор А.Козориз

Заказ 4094/39 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óèãîðoä, ул. Гагарина,101

1. Датчик нормальных напряжений, содержащий корпус, силовоспринимающую площадку и эадатчик компенсирующегоусилия, о тли ч ающий ся тем, что, с целью повышения точности в него введены источники компенсирую- 15 щего давления, силовоспринимающая площадка размещена с зазором в углублении, выполненном в корпусе, и снабжена штоком, соединяющим ее с задатчиком компенсирующего усилия, 20 выполненного в виде двух концентрических со штоком сильфонов,каждый иэ которых соединен одним концом с кор1 пусом, а другим — со штоком, при этом полости между корпусом и внешним сильфоном, между внешним и внутренним сильфонами сообщены с источниками компенсирующего давления, полость между внутренним сильфоном и штоком сообщена с полостью углубления в корпусе и заполнена диэлектрической жидкостью

2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что углубление в корпусе заполнено эластичной упругой средой.

3. Датчик по пп.1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что шток электрически изолирован от корпуса, его свободный конец снабжен арретирующим устройством, а на дне углубления в корпусе и смежной с ним поверхностью силовоспринимающей площадке размещены электрические контакты.