Устройство для измерения нагрузок

Устройство для измерения нагрузок

Реферат

Устройство относится к испытательной технике, к определению нагрузок при строительстве и эксплуатации наземных и подземных сооружений.

Известно устройство для измерения нагрузки (А.с. СССР №397846, кл. G01N 33/24, 1973). Устройство содержит корпус, установленные в корпусе электромагнит, изгибаемый упругий элемент, одним концом закрепленный на корпусе, щуп, закрепленный на другом конце упругого элемента и предназначенный для взаимодействия с основным электромагнитом, и датчик деформации упругого элемента.

Недостаток устройства состоит в том, что при измерениях возникают динамические эффекты из-за больших скоростей деформирования упругого элемента при включении магнита. Высокие скорости деформирования приводят к нарастающим искажениям показаний датчика деформации упругого элемента и быстрому его износу. При этом устройство не позволяет контролировать погрешности измерений.

Известно устройство для измерения нагрузок (RU №2425326 C1, кл. E21B 7/124, 2011), принимаемое за прототип. Устройство содержит корпус с мембраной, заполненный рабочей средой, закрепленную на корпусе жесткую опору, два электромагнита, первый из которых закреплен на мембране, а второй закреплен оппозитно первому на опоре, изгибаемый упругий элемент, одним концом закрепленный на опоре, датчик деформации упругого элемента и щуп, закрепленный на упругом элементе и предназначенный для взаимодействия с электромагнитами. Данное устройство позволяет контролировать погрешности измерений, что сближает его с предлагаемым устройством по достигаемому эффекту.

Недостаток устройства также состоит в том, что при измерениях возникают динамические эффекты из-за больших скоростей деформирования упругого элемента при включении магнитов на стадии измерений и контроля погрешностей. Высокие скорости деформирования приводят к нарастающим искажениям показаний датчика деформации упругого элемента и быстрому его износу. Это снижает долговечность и надежность работы устройства.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности и долговечности работы устройства путем снижению динамических эффектов при измерениях и контроле погрешностей.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения нагрузок, содержащее корпус с мембраной, заполненный рабочей средой, закрепленную на корпусе жесткую опору, два электромагнита, первый из которых закреплен на мембране, а второй закреплен оппозитно первому на опоре, изгибаемый упругий элемент, одним концом закрепленный на опоре, датчик деформации упругого элемента и щуп, закрепленный на упругом элементе и предназначенный для взаимодействия с электромагнитами, согласно изобретению снабжено сильфоном с закрытыми торцами, заполненным рабочей средой, одним торцом закрепленным на опоре, а вторым торцом шарнирно связанным со вторым концом упругого элемента с возможностью поворота и осевого перемещения упругого элемента относительно оси сильфона, при этом в корпусе сильфона выполнено отверстие.

Технический результат достигается также тем, что оно снабжено вентилем для регулировки скорости перетекания рабочей среды через отверстие в сильфоне.

На фиг.1 представлена схема устройства.

Устройство для измерения нагрузок содержит корпус 1 с мембраной 2, закрепленную на корпусе жесткую опору 3, два электромагнита 4, 5, первый 4 из которых закреплен на мембране 2, а второй 5 закреплен оппозитно первому на опоре 3, изгибаемый упругий элемент 6, одним концом закрепленный на опоре, датчик 7 деформации упругого элемента 6 и щуп 8, закрепленный на упругом элементе 6 и предназначенный для взаимодействия с электромагнитами 4, 5.

Устройство снабжено сильфоном 9 с закрытыми торцами, одним торцом закрепленным на опоре 3, а вторым торцом шарнирно связанным со вторым концом упругого элемента 6 с возможностью поворота и осевого перемещения упругого элемента относительно оси сильфона 9. В корпусе сильфона выполнено отверстие 10.

Устройство снабжено вентилем 11 для регулировки скорости перетекания рабочей среды через отверстие в сильфоне. В качестве рабочей среды может использоваться воздух, вода, технические масла и т.д.

Возможность поворота и осевого перемещения упругого элемента 6 относительно оси сильфона 9 обеспечивается типовым шарниром 12.

Датчик 7 включен в мостовую схему измерительного прибора, основные элементы которого (гальванометр, источники питания, переключатели, контактные колодки и т.п.) широко известны и не показаны. Измерительный прибор находится за пределами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемая нагрузка деформирует мембрану 2 и перемещает магнит 4 относительно щупа 8. Упругий элемент 6 находится в нейтральном положении, при котором электромагниты выключены. В этом положении производится балансировка мостовой схемы и, при необходимости, корректировка ее. Включают электромагнит 5, отчего щуп 8 перемещается до контакта с электромагнитом 5 и деформирует упругий элемент 6. В процессе перемещения щупа 8 происходит деформирование сильфона 9, а именно его сжатие при изображенном на фиг.1 взаимном расположении деталей. Рабочая среда перетекает из сильфона 9 в корпус 1. Скорость течения и, соответственно, скорость деформирования сильфона 9 и упругого элемента 6 определяется пропускной способностью отверстия 10. После контакта щупа 8 с электромагнитом 5 определяют чувствительность мостовой схемы и, при необходимости, производят ее корректировку. Для определения нагрузки на устройство выключают электромагнит 5 и включают электромагнит 4, отчего щуп 8 перемещается до контакта с магнитом 4 и деформирует упругий элемент 7 и сильфон 9 в обратном направлении. Скорость деформирования сильфона и упругого элемента задается скоростью перетекания рабочей среды через отверстие 10, как описано выше. По величине деформации упругого элемента 6 с помощью тарировочных зависимостей определяют величину действующей нагрузки. Все процедуры (балансировка мостовой схемы при нейтральном положении упругого элемента, контроль и регулировка чувствительности схемы, измерение нагрузок) производятся без извлечения устройства из места измерения.

Предлагаемое устройство повышает долговечность и надежность работы устройства благодаря снижению динамических эффектов при измерениях.

1. Устройство для измерения нагрузок, содержащее корпус с мембраной, заполненный рабочей средой, закрепленную на корпусе жесткую опору, два электромагнита, первый из которых закреплен на мембране, а второй закреплен оппозитно первому на опоре, изгибаемый упругий элемент, одним концом закрепленный на опоре, датчик деформации упругого элемента и щуп, закрепленный на упругом элементе и предназначенный для взаимодействия с электромагнитами, отличающееся тем, что оно снабжено сильфоном с закрытыми торцами, заполненный рабочей средой, одним торцом закрепленный на опоре, а вторым торцом шарнирно связанный со вторым концом упругого элемента с возможностью поворота и осевого перемещения упругого элемента относительно оси сильфона, при этом в корпусе сильфона выполнено отверстие.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено вентилем для регулировки скорости перетекания рабочей среды через отверстие в сильфоне.