CS213844B1

CS213844B1 - Apparatus for measuring standard pressure and state of shear stress of loose materials

Info

Publication number: CS213844B1
Application number: CS12380A
Authority: CS
Inventors: Jiri Smid
Original assignee: Jiri Smid
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1982-04-09

Description

Vynález ae týká měřiče normálového tlaku a smykové nep jatosti vrstvy spykého materiálu na stěny a dna nádob nebo opěrné stěny.The invention relates to a gauge of normal pressure and shear resistance of a layer of creeping material on the walls and bottoms of containers or retaining walls.

Návrh nádoby nebo zařízení pro manipulaci, skladování nebo zpracování sypkých materiálů je čaato experimentálně ověřován z hlediska rozložení tlaků a smykových napjatostí vrstvy sypkého materiálu na stěnu nebo dno konstrukce. Jindy je třeba během provozu tyto tlaky a napjatosti vrstvy sypkého materiálu u stěny konstrukce kontrolovat, jako je tomu např. při zvýšení stěnových tlaků vrstvy během rychlého plnění do nádoby, při vzniku dynamických tlakových pulzací v průběhu vyprazdňování zásobníků a eil nebo při zvýšení napjatosti vrstvy u stěny v místě vzniku klenby v sypkém materiálu nebo v místě přechodu vertikální stěny do kuželové výsypky zásobníku. Aby byl určen típlný stav napjatosti sypkého materiálu u atěny, musí být měřič tlaku schopen měřit obě složky stěnové napjatosti, tj. normálový tlak na atěnu a smykovou napjatost od sil tření sypkého materiálu na stěně nádoby nebo na opěrné stěně. Tuto podmínku splňují měřiče a tuhou snímací deskou v otvoru atěny a a vhodným slloměmým elementem, opatřeným tenzometrickými snímači pro měření obou napjatostí, přenášených snímací deskou do ailoměrného elementu· Nevýhodou těchto měřičů je velká tvarová složitost siloměrných elementů, nutnost užití velkého počtu tenzometrických snímačů a z toho plynoucí velká poruchovost, v některých případech nutnost dalšího matematického zpracování údajů tenzometrických snímačů k vyhodnocení výsledků měření obou napjatostí a tim i ztráta možnosti registrace průběhu měření. Dru213 844The design of a container or device for handling, storing or processing bulk materials is experimentally verified in terms of pressure distribution and shear stresses of the bulk material layer on the wall or bottom of the structure. At other times, during operation, these pressures and stresses of the bulk material layer at the wall of the structure need to be checked, such as increasing the wall pressure of the layer during rapid filling into the vessel, dynamic pressure pulsations during the emptying of containers and eils. walls at the point of vault formation in bulk material or at the point of transition of the vertical wall to the conical hopper of the container. In order to determine the cushioning state of bulk material at the attenuator, the pressure gauge shall be able to measure both the wall stress components, ie the normal pressure on the attic and the shear stress from the friction forces of the bulk material on the vessel wall or retaining wall. Meters and a rigid sensor plate in the aperture of the wall meet this condition and with a suitable sloping element, equipped with strain gauges for measuring both stresses transmitted by the sensor plate to the load cell. high failure rate, in some cases the need for further mathematical processing of tensometric sensor data to evaluate the measurement results of both stresses and thus the loss of the possibility of registering the course of measurement. Dru213 844

213 844 hým požadavkem na konstrukci měřiče je jeho vysoká tuhost resp. schopnost měřit tlak při malé deformaci měřícího elementu. Tento požadavek vyplývá z poznatků o měření tlaků vrstvy sypkých materiálů, protože vrstva při velkém stlačení animaci desky měřiče reap. velké deformaci siloměrného elementu změní svůj napjatostní stav v mleté měření, kde vzniká místní klenba nad stlačenou snímací deskou měřiče. Klenba brání dokonalému přenosu tlaku na snímací desku a do siloměrného elementu ee tak přenáší jen jistá část tlaku vratvy. Se zmenšující se tuhosti měřiče resp. podle velikosti deformace siloměrného elementu roste chyba měření tlaku.213 844 h requirement for the construction of the meter is its high rigidity respectively. ability to measure pressure with little deformation of the measuring element. This requirement stems from the knowledge of measuring the pressures of the bulk material layer, because the layer at high compression animation plate reap meter. a large deformation of the load cell turns its stress state into a ground measurement, where a local vault is formed above the compressed sensing plate of the meter. The vault prevents perfect pressure transmission to the sensor plate and thus only transmits a certain part of the return pressure to the load cell ee. With decreasing stiffness of the meter resp. Depending on the deformation of the load cell, the pressure measurement error increases.

Ukazuje se, že deformační charakteristika měřiče tlaku je významně ovlivněna tvarem siloměrného elementu a způsobem jeho upevnění v měřiči tlaku. Siloměrné elementy výše popsaných měřičů normálového tlaku a smykové napjatosti vratvy sypkého materiálu vykazují v oborech měřených tlaků vzhledem k tvarové složitosti vysoké hodnoty deformaci. Nevýhodou tvarové složitosti siloměrných prvků těchto měřičů odstranila konstrukce měřiče autorů Šmíd J., Novosad J.: Měřič normálných a šnekových napětí ve stěnách zásobníků na sypké hmoty - čs. autorské osvědčení č. 150 815, normálových tlaků a smykových napjatostí vrstvy sypkého materiálu, která využívá jako siloměrného elementu části prstence, opatřené tenzometrickými snímači a. vetknuté v krajních bodech neb® kloubově uložené v krajních bodech do základny měřiče. Nevýhodou této konstrukce je ale rovněž malá tuhost siloměrného elementu v jeho upevnění ve dvou krajitích bodech k základně měřiče. Snížení tuhosti siloměrného elementu tvaru části prstence se v místech upevnění projevuje zejména u tuhých elementů větší tloušťky, které jsou vzhledem k požadavkům malých deformací! měřičů často v konstrukci měřiče užívány. Potom nelze splnit požadavek, aby tuhost upevnění siloměrného elementu resp. tuhost vetknutí do základny měřiče podstatně převyšovala tuhost siloměrného elementu, který v místě upevnění ve dvou krajních bodech k základně měřiče částečně přechází v kloubové uložení, snižující, celkovou tuhost měřiče napjatosti vratvy sypkého materiálu.It appears that the deformation characteristic of the pressure gauge is significantly influenced by the shape of the load cell and the way it is fixed in the pressure gauge. The load cells of the above described normal pressure and shear stress gauges of the bulk material return exhibit high deformation values in the measured pressure ranges due to the shape complexity. The disadvantage of the shape complexity of the load cells of these meters was eliminated by the construction of the meter Šmíd J., Novosad J .: Meter of normal and worm stresses in the walls of containers for loose materials - MS. No. 150,815, the normal pressures and shear stresses of a bulk material layer which utilizes, as a load cell, parts of the ring provided with strain-gauge transducers and. The disadvantage of this construction is also the low stiffness of the load cell in its attachment at two edge points to the meter base. Reduction of the stiffness of the load-bearing element of the shape of the ring part is manifested in the places of attachment especially in the case of rigid elements of greater thickness, which are due to the requirements of small deformations! meters are often used in the construction of meters. Thereafter, the requirement that the load-bearing element of the load cell or the load cell is fixed cannot be met. the rigidity of the clamping into the meter base substantially exceeded the rigidity of the load cell element, which at the point of attachment at the two extreme points to the meter base partially translates into a hinge, reducing the overall rigidity of the bulkhead return meter.

Výše uvedený nedostatek je odstraněn konstrukcí měřiče normálového tlaku a snykové napjatostí vrstvy sypkých materiálů na stěny a dna nádob nebo na opěrné stěny podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, Že siloměrným prvkem, do kterého tuhá snímací deska přenáěí silový účinek normálového tlaku a smykové napjatosti je úplný prstenec po části svého obvodu spojený se základnou měřiče, přičemž na siloměmý prvek umístěné tenzometrické snímače jaou upevněny v místech maximálních hodnot průběhu ohybových momentů od výslednic normálového tlaku a smykové napjatosti nebo u těchto míst a tenzometrické snímače určené k měření normálového tlaku jsou zapojeny do úplného Wheatstoneova mostu pro měření pouze normálového tlaku nezávisle na současně působící smykové napjatosti a tenzometrické snímače určené k měření smykové napjatosti jsou zapojeny do jiného úplného Wheatstoneova mostu pro měření pouze smykové napjatosti nezávisle na současně působícím normálovém tlaku.The above drawback is remedied by the construction of the normal pressure gauge and the shear stress of the bulk material layer on the walls and bottoms of containers or retaining walls according to the invention, which consists in that the load cell into which the rigid sensing plate transmits the force effect of normal pressure and shear is a complete ring over a portion of its perimeter connected to the meter base, the strain gauge sensors located on the load cell are fixed at or near the maximum bending moments of the normal pressure and shear stress results and the strain gauges for normal pressure measurement are connected to Wheatstone bridge for the measurement of normal pressure only independently of the simultaneous shear stress and strain gauges designed to measure the shear stress are connected to another complete Wheatstone bridge. o Measurement of shear stress only independent of the simultaneous normal pressure.

Výhodou měřiče podle vynálezu je vysoká tuhost spojení úplného siloměrného prstence k základně měřiče, takže měření normálového tlaku a smykové napjatosti vrstvy sypkého materiálu probíhá při malé deformaci měřiče a je tak dosaženo větěí přesnosti i spolehlivosti výsledků měřených napjatostí. Měřič splňuje při vysoké tuhosti siloměrného elementu požadavek za3An advantage of the meter according to the invention is the high rigidity of the connection of the complete load cell ring to the meter base, so that the measurement of normal pressure and shear stress of the bulk material layer takes place with little deformation of the meter. The meter meets the requirement za3 at high stiffness of the load cell

213 844 chování schopnosti měřit současně a nezávisle na sobě obě složky stěnové napjatosti vrstvy, to je normálový tlak a smykovou napjatost vrstvy sypkého materiálu u stěny a dna nádob nebo ne opěrných stěnách. Měřič normálového tlaku a smykové napjatosti ae siloměrným elementem ve tvaru úplného prstence se vyznačuje jednoduchou a kompaktní konstrukcí s možností záměny siloměrných prstenců o různé tuhosti při změně rozsahu měřených napjatostí vrstvy. V tvarově i výrobně Jednoduchém úplném siloměrném prstenci vznikají při měření normálového tlaku a smykové napjatosti pouze mechanická ohybové napětí, která lze s výhodou tenzometricky měřit v úplných Wheatstoneových mostech, ve .kterých zapojení tenzometrických snímačů umožňuje teplotní kompenzaci a maicimální citlivost měření.213,844 the behavior of the ability to measure simultaneously and independently of each other the components of the wall stress of the layer, i.e. the normal pressure and shear stress of the bulk material layer at the vessel wall and bottom or not the retaining walls. The normal pressure and shear stress meter and the complete ring-shaped load cell element is characterized by a simple and compact design with the possibility of replacing load cells with different stiffnesses while changing the range of measured layer stresses. In the form of a simple complete load cell, only mechanical bending stresses are generated when measuring normal pressure and shear stress, which can advantageously be measured by strain gauge in complete Wheatstone bridges, in which the connection of strain gauge sensors allows temperature compensation and minimum measurement sensitivity.

Navrhované řeěení je znázorněno na připojených výkresech, v nichž představuje: obr. 1 schéma měřiče normálového tlaku a smykové napjatosti vrstvy sypkého materiálu na stěně nádoby, kde siloměrný element je po části obvodu obou válcových ploch spojen se základnou měřiče obr. 2 schéma měřiče normálového tlaku a smykové napjatosti vrstvy sypkého materiálu na stěně nádoby, kde siloměrný element je po části obvodu obou bočních ploch spojen 3e základ nou měřiče obr. 3 návrh měřiče normálového tlaku a smykové napjatosti vrstvy sypkého materiálu pro ocelové sila.The proposed solution is shown in the accompanying drawings, in which: Fig. 1 shows a diagram of the normal pressure meter and shear stress of the bulk material layer on the vessel wall, where the load cell is connected to the meter base along part of the circumference of both cylindrical surfaces. and a shear stress of the bulk material layer on the vessel wall, wherein the load cell element is connected along the circumference of both side surfaces by the meter base. FIG. 3 design of the normal pressure meter and shear stress of the bulk material layer for steel silos.

Na obr. 1 je znázorněn měřič normálového tisku a smykové napjatosti se siloměrným elementem,který· je úplný prsténec 1, opatřený tenzometrickými snímači T^, Tg, ^T4 ^{a R}2’ Rj, R^. Siloměrný prstenec 1 je po části obvodu vnější a vnitřní válcové plochy spojen se základnou 2 měřiče.V klidovém stavu bez tlaku po instalaci měřiče např. do stěny 4 prázdné nádoby zaujímá povrch tuhé snímací desky 5 rovinu vnitřního povrchu stěny 4 nádoby v místě měření. V průběhu plnění nádoby od okamžiku dotyku hladiny vrstvy sypkého materiálu 3 s tuhou snímací deskou 2 měřiče je přenášen normálový tlak p_r a smyková napjatost p^ vrstvy sypkého materiálu 2 a stěny nádoby 4 tuhou snímací deskou 5 do úplného siloměrného prstence 1. V úplném eiloměrném prstenci 1 vznikají mechanické ohybové napětí, která jsou měřena tenzometrickými snímači Tj, Tg, Tj, T^ a Rp Rg, Rj, R^. Obr. 2 znázorňuje měřič normálového tlaku a smy ková napjatosti se siloměrným prstencem 1,který je po části obvodu jeho obou bočních ploch spojen se základnou 2 měřiče. Obr. 3 představuje návrh měřiče normálového tlaku a smykové napjatosti vrstvy obilí u stěny velkokapacitního ocelového sila.FIG. 1 shows the meter printing the normal and shear stress of the force-measuring element which is a complete ring · 1 provided with a strain gauge sensors T ^, T g, ^T ^{4, and R} 2 'R, R₁. The load cell 1 is connected to the meter base 2 along the circumference of the outer and inner cylindrical surfaces. In the idle state without pressure after installing the meter eg into the empty container wall 4, the surface of the rigid sensor plate 5 During the filling of the container from the moment of contact of the bulk material layer 3 with the meter's solid sensing plate 2, the normal pressure p _r and shear stress p1 of the bulk material layer 2 and the container wall 4 by the solid sensing plate 5 are transferred to the complete load cell ring 1. In the ring 1, mechanical bending stresses are generated, which are measured by strain gauges Tj, Tg, Tj, T ^ and Rp Rg, Rj, R ^. Giant. 2 shows a normal pressure and shear stress meter with a load cell 1, which is connected to the base 2 of the meter along part of the circumference of its two lateral surfaces. Giant. 3 shows a design of a gauge of normal pressure and shear stress of a grain layer at the wall of a large-capacity steel silo.

Měřič podle vynálezu, znázorněný na obr. 1, obsahuje úplný siloměrný prstenec 1, který je po části obvodu vnější a vnitřní válcové plochy nebo po části obvodu jeho obou bočních ploch (obr. 2) spojen se základnou měřiče 2· Normálový tlak p_r a smykovou napjatost p_t vrstvy materiálu 2 u stěny 4 přenáší snímací deska J5 do siloměrného prstence 1, který je opatřen tenzometrickými snímači R a T ve dvojicích, symetrických podle osy 6 měřiče. K měření normálového tlaku p>_r je užito tenzometrických snímačů R na siloměrném prstenci 1 v místech maximál ního průběhu ohybového momentu od výslednice normálového tlaku p_r a zapojených do úplného Wheatstoneova mostu tak, aby byl vyloučen vliv současně působící smykové napjatosti p^. K měření smykové napjatosti je užito tenzometrických snímačů T na siloměrném prstenci 1, v mísThe meter according to the invention shown in FIG. 1, includes the full force measuring ring 1, which is partially circumferential outer and inner cylindrical surfaces, or along part of the periphery of its two lateral surfaces (Fig. 2) connected to the base meter 2 · The normal pressure p _r and the shear stress p _t of the material layer 2 at the wall 4 is transmitted by the sensor plate 5 to the load cell 1, which is provided with strain gauges R and T in pairs symmetrical about the meter axis 6. To measure the normal pressure p> _r , strain gauges R are used on the load cell 1 at the maximum bending moment from the resultant of the normal pressure p _r and connected to the complete Wheatstone bridge to eliminate the effect of the simultaneously acting shear stress p ^. To measure the shear stress, strain gauges T are used on the load cell 1, in the bowl

213 844 těch maximálního průběhu ohybového momentu od výslednice smykové napjatosti p^. a zapojených do úplného Wheatstoneova mostu tak, aby byl vyloučen vliv současně působícího normálového tlaku pj,.213 844 of the maximum bending moment curve from the shear stress resultant p ^. and connected to a complete Wheatstone bridge so as to eliminate the effect of the simultaneously acting normal pressure pj.

Je zřejmé, že budou-li tenzometrické snímače R nebo T na prstenci v místech blízkých maximálním hodnotám průběhu ohybového momentu od zatížení výslednicemi normálového tlaku a smykové napjatosti, dosáhne se rovněž účinku vynálezu i když v menší míře» Měřeným normálovým tlakem se rozumí podíl velikosti výslednice normálového tlaku na tuhé snímací desce a aktivní, s vrstvou materiálu do styku přicházející plochy snímací desky a měřenou napjatostí smykovou se rozumí podíl velikosti výslednice smykové napjatosti na tuhé snímací desce a její aktivní plochy·Obviously, if the strain gauges R or T on the ring are close to the maximum values of the bending moment of the load due to the resultants of the normal pressure and shear stress, the effect of the invention is also achieved, although to a lesser extent. normal pressure on the rigid sensing plate and the active layer of material in contact with the surface of the sensing plate and the measured shear stress is the ratio of the magnitude of the resultant of the shear stress on the solid sensing plate and its active area ·

Byl zhotoven měřič normálového tlaku a smykové napjatosti podle obr. 3, obsahující úplný siloměrný prstenec 1, spojený po čáati obvodu obou válcových ploch v rozsahu středového úhlu prstence - 30° k základně měřiče 2. Pro měření smykové napjatosti p_t byl siloměrný prstenec 1 v místech vyznačených na obr. 3 opatřen dvěma páry tenzometrických snímačů Tj, Tg a Tj, T^, symetricky umístěných podle osy 6 měřiče. Tenzometrické snímače Tj až T^ byly zapojeny do úplného Wheatstoneova mostu tak, že výstupní elektrický signál od působící smykové napjatosti nebyl závislý na současně působícím normálovém tlaku p_p. V jiných místech, označených na obr. 3,. byl pro měření normálového tlaku siloměrný prstenec 1 měřiče napjatosti opatřen dvěma páry tenzometrických snímačů Rj, Rg a R^, R^, symetricky umístěných podle oey 6 měřiče. Tenzometrické snímače Rj až R^ byly zapojeny do úplného Wheatstoneova mostu tak, aby výstupní elektrický signál od působícího normálového tlaku nebyl ovlivněn současně působící smykovou napjatostí p^. Oba Wheatstoneovy mosty byly kalibrovány zatěžováním snímací desky § měři-če, které představovalo účinek působících napjatostí p_ a p₊. Pro normálový tlak i smykovou * v napjatost ukázal elektrický signál měřiče lineární závislost na velikosti kalibračního zatížení snímací desky §. Při kombinacích obou působících napjatostí nebyly zjištěny odchylky v linearitě elektrického signálu měřiče.The normal pressure and shear stress meter of FIG. 3 was constructed, comprising a complete load cell ring 1, connected along the circumference of the two cylindrical surfaces within a 30 ° angle of the ring to the base of the meter 2. For measuring the shear stress p _t 3, provided with two pairs of strain gauges Tj, Tg and Tj, T1, symmetrically disposed along the axis 6 of the meter. The strain gauges Tj to T ^ were connected to the complete Wheatstone bridge so that the output electrical signal from the applied shear stress was not dependent on the simultaneously acting normal pressure p _p . In other places indicated in FIG. For measuring the normal pressure, the load cell of the strain gauge 1 was provided with two pairs of strain gauges R1, R1 and R1, symmetrically disposed according to the meter 6. Strain gauge sensors Rj to R ^ were connected to the complete Wheatstone bridge so that the output electrical signal from the applied normal pressure is not affected by the simultaneously acting shear stress p ^. Both Wheatstone bridges were calibrated by loading the meter reading plate, which represented the effect of the stresses p_ and p ₊ . For both normal pressure and shear * stress, the electrical signal of the meter showed a linear dependence on the magnitude of the calibration load of the sensing plate. No variations in the linearity of the electrical signal of the meter were found with the combination of both stresses.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. A normal pressure and shear stress meter for bulk material on walls and bottoms of vessels or retaining walls comprising a sensing plate loosely embedded in the wall and a load cell of an annular shape provided with strain gauge sensors positioned on the outer and inner surface of the load cell bridges, characterized in that a load cell (1) into which the rigid sensor plate (5) transmits the force effect of normal pressure; (ρ _ρ ) and shear stress (p ^.) is a complete ring over a part of its perimeter connected by the ee meter base (2), with strain gauges (Rp Rg, Rj, R ^ ia) (Tj, Tg) mounted on the load cell (1). , T ^, T ^) are mounted at or near the maximum bending moments of normal pressure (p _r > and shear stress (p ^)) and strain gauges (Rj, Rg, Rj, R ^) are connected } 'to a complete Wheatstone bridge for measuring only normal pressure (p _r ) independently of the simultaneously acting shear stress (p _t ) and strain gauges (Tj, Tg, Tj, T ^) are connected to another complete Wheatstone bridge for measuring only the shear stress (p ^) independently acting simultaneously • f

213 844 normal pressure (ρ _ρ ) ·

A meter according to claim 1, characterized in that the silicon ring (1) is connected to the meter base (2) along a portion of the circumference of one or both cylindrical surfaces.

A meter according to claim 1, characterized in that the silicon ring (1) is connected to the meter base (2) along a portion of the circumference of one or both of the side faces.