CS201450B1 - Tensometric dynamometer member - Google Patents

Description

Vynález se týká tenzometrického siloměrného členu pro různé druhy mechanickoelektrických převodníků, u nichž lze působení mechanické veličiny převést na silový účinek.

V současné době se v měřící a regulační technice využívají pro konstrukci mechanickoelektrických převodníků různé typy siloměrných členů, které pracují na principu zatěžování pružných těles, jejichž deformace je snímána pomocí elektrických tenzometrů metalických nebo polovodičových, které jsou lepením spojeny s povrchem pružných těles. Typy siloměrných členů se navzájem liší zejména tvarem a způsobem zatěžování pružných těles, dále potom umístěním a zapojením tenzometrů.

Ve snaze dosáhnout dobrých vlastností siloměrných členů po stránce přesnosti, linearity a kompenzace rušivých vlivů při měření, například vlivů teploty, vychází konstrukce siloměrných členů složitá a výrobně náročná.

Uvedené nevýhody dosavadních typů tenzometrických siloměrných členů odstraňuje vynález se systémem pružných těles opatřených tenzometry, jehož podstata spočívá v tom, že systém pružných těles je tvořen alespoň jednou tlakovou a alespoň jednou tahovou částíj které jsou uspořádány symetrie-, ky vzhledem ke své společné podélné ose a svými jedněmi konci navzájem pevně spojeny, zatímco jejich druhé konce jsou volné a jsou nasměrovány na jednu stranu od konců navzájem pevně spojených, a kde volný konec tlakové části je upraven pro zavedení měřené síly ve směru společné podélné osy a volný konec tahové částí je upraven pro zachycení reakce na měřenou sílu. Na tlakové části a na tahové části jsou umístěny jim příslušné tlakové tenzometry a tahové tenzometry. ¹

Podle alternativy provedení je v oblasti umístění tlakových tenzometrů ,a tahových tenzometrů velikosti plochy příčného průřezu tlakové části a tahové části stejná, a po délce příslušných tenzometrů, orientovaných svou podélnou osou rovnoběžně se společnou podélnou osou obou částí, je tvar příčného průřezu příslušné částí neměnný.

Výhodou tenzometrického siloměrného členu podle vynálezu je, že působením měřené síly dochází v obou částech systému pružných těles ke stejně velké jednoosé napjatosti, avšak opačného smyslu.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na výkresech, kde představuje obr. 1 v axonometrickém pohledu tenzometrický siloměrný člen s tlakovou a tahovou částí systému pružných těles uspořádaného do kříže, obr. 2 tenzometrický siloměrný člen se systémem pružných těles uspořádaných do po201450 doby písmene „E“, obr. 3 příčný řez vedený oblastí nalepených tenzometrů v obr. 1, obr. 4 příčný řez vedený oblastí nalepených tenzometrů v obr. 2, a obr. 5 zapojení tenzometrů do Wheatstoneova odporového můstku.

Podle obr. 1 a obr. 3 sestává tenzometrický siloměrný člen 1 z pružných těles rotačně uspořádaných kolem společné podélné osy o. Pružná tělesa se skládají z dvou dílů tlakové části 2 a z dvou dílu tahové části 3. Oba díly příslušné části 2, 3 jsou symetrické vzhledem k společné podélné ose o a jsou jedněmi konci navzájem pevně spojeny dnovou spojnicí

6. Druhé konce dílů tlakové části 2 jsou volné. Na nich jsou rozšířené převodní patice 10, které jsou navzájem pevně spojeny převodním nosníkem 9 pro zavádění měřené síly P, působící ve směru společné podélné osy o. Rovněž druhé konce dílů tahové části 3 jsou volné a jsou na nich rozšířené upevňovací patice 7 pro zachytávání ‘reakce R na měřenou sílu P, kde každá upevňovací patice 7 zachyR tává poloviční hodnotu — reakce R, působící Z v opačném smyslu vzhledem k působení měřené síly P.

Na vnějších stěnách dílů tlakové části 2 jsou umístěny metalické nebo polovodičové tlakové tenzometry 4 a obdobně na tahové části 3 jsou umístěny tahové tenzometry 5. Z výrobních důvodů se části 2 a 3 s paticemi 10 a 7 a spojnicí 6 přednostně vyrábějí z hrncovitého polotovaru po odfrézování křížových drážek 8.

Podle obr. 2 a obr. 4 sestává tenzometrický siloměrný člen 11 tvaru písmene „E“ ze systému tří pružných těles uspořádaných v řadě a symetricky vzhledem k jejich společné podélné ose s. Středním pružným tělesem je tlaková část 12 tvořená jedním dílem čtvercového nebo obdélníkového příčného průřezu, jejíž podélná osa souhlasí se společnou podélnou osou s. Po obou stranách tlakové části 12 se nacházejí dva díly tahové části 13 obdélníkového příčného průřezu o poloviční ploše, než je plocha příčného průřezu dílu tlakové části 12. Oba díly tahové části 13 jsou dole jedněmi konci spojeny s jedním koncem tlakové části 12 prostřednictvím dostatečně tuhé spojnice 16. Na volných druhých koncích dílů tahové části 13 jsou rozšířené upevňovací patice 17 pro zachytávání reakce R na měřenou sílu P, kde každá upevňovací patice 17 zachytává poR loviční hodnotu — reakce R. Měřená síla P se zavádí na tlakovou část 12 ve směru společné podélné osy s. Na vnějších plochách obou dílu tahové části 13 jsou kolmo na rovinu symetrie umístěny tahové tenzometry 15. Tlakové tenzometry 14 jsou umístěny rovnoběžně s rovinou symetrie na bočních stěnách tlakové části 12. Z výrobních důvodů se pružná tělesa přednostně vyrábějí z plochého polotovaru proříznutím drážek 18.

Všechny volné konce tlakových částí 2, 12 i tahových částí 3, 13 jsou nasměrovány na jednu stranu od konců navzájem spojených.

Tenzometry 4 a 5, respektive 14 a 15, se připevňují na části 2 a 3, respektive 12 a 13 a umísťují se jejich podélnou osou rovnoběžně se společnou podélnou osou o, s tenzometrického siloměrného členu 1, 11 v oblasti, v níž se u všech dílů tlakové části 2, 12 i u tahové části 3, 13 tvar plochy příčného průřezu po délce nemění.

Tenzometrický siloměrný člen 1, 11 je svými upevňovacími paticemi 7, 17 připevněn k plášti mechanickoelektrického převodníku. Měřená mechanická veličina, převedená na silový účinek, se jako měřená síla P zavádí ve směru společné podélné osy o, s do tlakové části 2, 12. Působením měřené síly P vzniká v obou částech 2, 12 a 3, 13 jednoosé mechanické napětí vyvolávající v pružných tělesech deformaci úměrnou velikosti měřené síly P, která se přenese do příslušných tenzometrů 4, 14 a 5, 15, kde vyvolá úměrnou změnu elektrického odporu. Vlivem vzájemného uspořádání pružných těles vzniká v tlakové části 2, 12 a v tahové části 3, 13 mechanické napětí stejné velikosti, avšak opačného smyslu. Tak dochází u tlakových tenzometrů 4, 14 a u tahových tenzometrů 5, 15 ke stejně veliké, ale vzájemně opačné změně elektrického odporu. Tím se vytváří jednoduchým způsobem podmínky pro umístění tenzometrů 4, 14 a 5, 15 na pružných tělesech tenzometrického siloměrného členu 1, 11 tak, že lze tenzometry 4, 14 a 5, 15 zapojit do polovičného nebo celého Wheatstoneova odporového můsku. Tlakové tenzometry 4, 14, umístěné na tlakové části 2, 12, jsou zapojeny vždy v sousední větvi Wheatstoneova odporového můstku s tahovými tenzometry 5, 15 tahové části 3, 13. Takto se účinky všech tenzometrů 4, 14 a 5, 15, působené měřenou silou P, sčítají a všechny větve můstku jsou tak zvaně plně aktivní. Získaná citlivost je vzhledem k můstkovému zapojení maximální při současné samočinné kompenzaci jak vlivu teplotní dilatace obou částí 2, 12 a 3, 13 systémem pružných těles, tak i vlivu vlastní teplotní změny odporů tenzometrů 4, 14 a 5, 15. Lze to názorně vidět na příkladě nej jednoduššího provedení celého Wheatstoneova odporového můstku na obr. 5, kde tenzometry 4, 14 ia 5, 15 tvořící jednotlivé větve tohoto můstku, jsou napájeny z elektrického zdroje E a změny elektrického proudu nebo napětí, způsobené změnami elektrického odporu tenzometrech 5, 15 přírůstek elektrického odr dikačním přístroji I. V případě, že působením měřené síly P vznikne v tahových tenzometrech 5, 15 přírůstek elektrického odporu a v tlakových tenzometrech 4, 14 úbytek elektrického odporu, dojde z hlediska svorek, na kterých je připojen indikační přístroj I, ke změně vyvážení Wheatstoneova odporového můstku, mající za následek odpovídající výchylku indikačního přístroje I, která je čtyřnásobně větší, než v případě stejné změny elektrického odporu v jedné větvi.

Působením změny teploty při zahřátí tenzometrického siloměrného členu 1, 11 dochází k přírůstku elektrického odporu, stejnému jak u tahových tenzometrů 5, 15, tak i u tlakových tenzometrů 4, 14, který se projevuje tím, že stav vyvážení Wheatstoneova odporového můstku se nemění. Proto nedojde ani k výchylce na indikačním přístroji I, která by představovala chybu způsobenou zvýšenou teplotou.

Měřenou sílu P možno zavádět do tenzometrického siloměrného členu 1, 11 způsobem umožňujícím jeho funkci při působení měřené síly P v obou smyslech, to je v tlaku i v tahu. V tomto případě dojde pouze k záměně funkce tlakové části 2, 12 a tahové části 3, 13 ve smyslu jejich mechanického napětí.

Tenzometrický siloměrný člen podle vynálezu lze s výhodou využít pro jeho příznivé zástavbové rozměry při konstrukci přesných provozních i laboratorních elektromechanických převodníků, například u dynamometrů, vah a manometrů.

Claims (2)

1. Tenzometrický siloměrný člen sestávající ze systému pružných těles opatřených tenzometry snímajícími deformaci těchto těles způsobenou měřenou silou, vyznačený tím, že systém pružných těles je tvořen alespoň jednou tlakovou částí (2, 12) a alespoň jednou tahovou částí (3, 13), které jsou uspořádány symetricky vzhledem ke své společné podélné ose (o, s) a svými jedněmi konci navzájem pevně spojeny, zatímco jejich druhé konce jsou volné a jsou nasměrovány na jednu stranu od konců navzájem pevně spojených, a kde volný konec tlakové části (2, 12) je upraven pro zavedení měřené síly (P) ve směru společné podélné osy (o, s) a volný konec tahové části

VYNÁLEZU (3, 13) je upraven pro zachycení reakce (R) na měřenou sílu (P), přičemž na tlakové části (2, 12) a na tahové části (3, 13) jsou umístěny jim příslušné tlakové tenzometry (4, 14) a tahové tenzometry (5,15).

2. Tenzometrický siloměrný člen podle bodu 1, vyznačený tím, že v oblasti umístění tlakových tenzometrů (4, 14) a tahových tenzometrů (5, 15) je velikost plochy příčného průřezu tlakové části (2, 12) a tahové části (3, 13) stejná, a po délce příslušných tenzometrů (4, 14 a 5, 15), orientovaných svou podélnou osou rovnoběžně se společnou podélnou osou (o, sj, je tvar příčného průřezu příslušné části (2,12 a 3,13) neměnný.