Преобразователь давления

Преобразователь давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленных роботах-манипуляторах. Цель изобретения - повышение коэф. преобразования и расширение диапазона измерений. Изолятор 1 в виде замкнутой непроницаемой эластичной оболочки через шланг 11 с краном 12 заполнен тензорезистивным элементом 5 из жидкого или пластичного материала. При повышении давления на преобразователь расстояние между электродами 6 сокращается, что приводит к уменьшению удельного сопротивления тензорезистивного элемента 5 и, соответственно, сопротивления преобразователя. Чувствительность и диапазон давлений регулируются изменением жесткости камер 3 с эластиными стенками 4 посредством нагнетания через подводящие трубопроводы 7 разного количества сжимаемой среды. Камеры 3 могут быть выполнены сферическими, контактирующая с электродами 6 часть поверхности которых покрыта резистивным слоем, подключенным к дополнительному электрическому выводу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ll0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3855804/31-10 (22) 29. 11.84 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С. О. Макарова (72) А. Н. Трунов (53) 531.787 (088.8) (56) Заявка ФРГ № 2727221, кл. G 01 1 9/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1074711, кл. G 01 1 7/02, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленных роботах-манипуляторах.

Цель изобретения — повышение коэф. преобразования и расширение диапазона измерений. Изолятор 1 в виде замкнутой не„.,80„„1589087 А 1 (5!)5 G 01 1 9 04 проницаемой эластичной оболочки через шланг 11 с краном 12 заполнен тензорезистивным элементом 5 из жидкого или пластичного материала. При повышении давления на преобразователь расстояние между электродами 6 сокращается, что приводит к уменьшению удельного сопротивления тензорезистивного элемента 5 и, соответственно, сопротивления преобразователя. Чувствительность и диапазон давлений регулируются изменением жесткости камер 3 с эластичными стенками 4 посредством нагнетания через подводящие трубопроводы 7 разного количества сжимаемой среды. Камеры

3 могут быть выполнены сферическими, контактирующая с электродами 6 часть поверхностии кот ор ых по кр ыта резист ивн ы м слоем, подключенным к дополнительному электрическому выводу. 1 з.п. ф-лы, 3 ил..

1589087

Подбор чувствительности для заданного диапазона изменений давлений производится путем выбора закона изменения толщины и ширины дополнительных токопроводящих включений. При этом оболочки 4 могут выполняться как из непроводящих, так и про55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в промышленных роботах-манипуляторах.

Целью изобретения является повышение коэффициента преобразования и расширение 5 диапазона измерений.

На фиг. 1 изображен датчик, поперечный разрез; на фиг. 2 — расположение токопроводящих включений на выступе; на фиг. 3 — развернутый в плоскости токопроводящий элемент.

Преобразователь (фиг. 1) состоит из изолятора 1 в виде замкнутой непроницае; мой эластичной оболочки, внутри которой н ах одятся два проводящих электрода 2, выполненные из эластичного материала. К электродам впчотную прилегают замкнутые, заполненные сжатой средой камеры 3, образованные эластичными непроницаемыми стенками 4. Полости помещены в тензорезистивный элемент 5. Электроды 2 соединены с электрическими выводами 6, герметично проходящими через оболочку 1, подводящий трубопровод 7 подвода сжатой среды, например воздуха, н камеры 3, соединительные шланги 8, кран 9. Стенка 4 выполнена в виде сферической оболочки и име- 25 ет ряд дополнительных проводящих включений 10, расположенных на выступах оболочки 4. Проводящая среда 5 подводится по шлангу 11 и герметизируется краном 12.

Преобразователь контактного давления работает следующим образом.

В исходном положении преобразователя в камерах 3 сжатая среда находится под заданным давлением P. При нажатии на оболочку 1 электроды 2 передают давление камерам и тензорезистивному элементу 5, в который помещены оболочки 4, Сопро35 тивление датчика уменьшается как за счет уменьшения удельного сопротивления тензорезистивного элемента, так и за счет уменьшения расстояния между электродами пропорционально упругой деформации матери- 40 ала 5. При этом ввиду эластичности материала 5 и упругости камер преобразователь обладает достаточно большой чувствительностью в диапазонах давлений, в которых существующие датчики, например, с углеродистым волокном, нечувствительны 45 (Π— 1=МПа).

Изменение чувствительности и диапазона давлений производится путем изменения давления сжимаемой среды в камерах 3 посредством нагнетания ее под давлением оболочки 4 через систему подводящих трубопроводов 7 и соединительных шлангов 8, после чего она герметизируется краном 9. водящих материалов. Если они выполнены из непроводящих материалов, тогда изготовление преобразователя контактного давления упрощается, но характеристики ухудшаются. Чувствительность его определяется выбором закона профилирования выступов оболочек и их размеров и периодичности расположения. Если чувствительность и сила тока недостаточна, тогда оболочки выполняются из проводящих материалов, при этом чувствительность датчика определяет удельное сопротивление материала и его общая величина.

Однако легче выполнять оболочки 4 непроводящими, а на них наносить дополнительные проводящие включения 10. При этом последние могут выполняться как переменной ширины, так и толщины. Но npowe их выполнять постоянной толщины, а закон изменения ширины подбирать исходя из необходимой чувствительности. Как показали оптимизационные исследования, ширина включений изменяется по высоте по экспоненциальному закону ! — 1 . где S, и S» — начальная и конечная ширина включения;

Х» — конечная координата;

5» выбирается как S»=l/N — М по периметру выступа 1 и числу включений N с учетом допустимой величины пробоя изоляции

Al.

Закон изменения формы оболочки выступа удовлетворяет соотношению к,,4 Х +У },„26

2,р » где h — расстояние между электродами 2;

6 — толщина оболочки;

d — расстояние между центрами выступов оболочки 4.

Технологически выгоднее получать периодические выступы с соединительными каналами горячей штамповкой термопластичных материалов. При этом между выступами выполнены отверстия (на фиг. 1 — 3 не указаны). Наличие отверстий позволяет соединить полость проводящей среды над выступами с полостью под выступами.

Предлагаемое устройство позволяет производить измерение малых прикладываемых усилий при работе в средах с повышенным давлением, например, под водой на больших глубинах, когда гидростатическое давление в несколько мПа, а измеряемые усилия в несколько ньютон.

Так, подача давления в камеру 3 упругой среды и в полость тензорезистивного элемента 5, который в этом случае должен быть жидким электролитом, позволяет разгрузить оболочку от давления окружающей среды и измерять малые прикладываемые

1589087

Формула изобретения

25

30 усилия при контакте с манипулируемыми телами, что особенно важно при работе с повышенным или пониженным давлением.

При работе устройства изменение условий окружающей среды приводит к изменениям температуры материала 5, в результате чего изменяется сигнал датчика. Предлагаемое устройство позволяет исключить влияние окружающей среды, например, в случае выполнения оболочек непроводящими и применения дополнительных включений тепло, выделяемое на элементах 10, отводится к сжимаемой среде 3. Если среда 3 при этом проводящая, то, подавая на нее периодически однополярное напряжение, можно получить информацию о давлении по максимальной силе меняющегося тока, текущего в цепи поочередно между средой 3 (играющей роль третьего электрода) и электродами 2, благодаря чему компенсируется изменение условий окружающей среды. Если же среда 3 не проводящая, то в качестве третьего электрода можно использовать токопроводящие вставки 10, соответственно замкнутые между собой на верхней части выступов и на нижней.

В качестве материалов могут быть использованы известные материалы. Например, в качестве упругой среды 3 может быть использован воздух, ионизированный газ, который является проводником, или жидкость, которая. позволяет в силу упругой деформации оболочек 4 обеспечить регулирование жесткости оболочек 4 изменением давления, так же, как это происходит при заполнении их газом.

В качестве электропроводящего материала 5 могут быть использованы сыпучий проводящий материал, например, графит, алюминиевая пудра или жидкость проводящая, а также полупроводниковая, т. е. жидкий проводник или полупроводник органического или неорганического происхождения.

1. Преобразователь давления, содержащий два снабженных электрическими выводами гибких плоских электрода и размещенные между ними тензорезистивный элемент и камеры с эластичными стенками, заполненные жидкостью или газом, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования и расширения диапазона измерений, в нем тензорезистивный элемент выполнен из жидкого или пластичного материала и размещен в полости, снабженной подводящим трубопроводом, а камеры размещены внутри тензорезистивного элемента, соединены между собой и снабжены подводящим трубопроводом.

2. Преобразователь Но п. 1, отличающиися тем. что он снабжен третьим электрическим выводом, а каждая камера выполнена со сферической оболочкой, контактирующей с электродами, причем контактирующая часть оболочки полностью или частично покрыта резистивным слоем, подключенным к третьему электрическому выводу.

1589087

Составитель А. Соколовский

Редактор Е. Конча Техред А. Кравчук Корректор М. Пожо

Заказ 2532 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4)5

Производственно-издательский комбинат «патент», r. Ужгород, ул. Гагарина, !О!