CZ24196U1

CZ24196U1 - Tenzometrický snímač

Info

Publication number: CZ24196U1
Application number: CZ201225654U
Authority: CZ
Inventors: Miklánek@Lubomír
Original assignee: Ceské vysoké ucení technické v Praze, Fakulta strojní,
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2012-08-20

Description

Tenzometrický snímač

Oblast techniky

Technické řešení se týká ochrany taho-tlakových a torzně namáhaných tenzometrických snímačů, s jedním nebo více tenzometry, před působením měřených sil, resp. dvojice sil, převyšujících maximální stanovenou hodnotu. Technické řešení je využitelné obecně v oboru měření sil, jak tahových, tlakových a ohybových, tak i v oboru měření dvojic sil, tzn. točivého momentu a smyku.

Dosavadní stav techniky

Ochrana tenzometrického snímače, s jedním, nebo i s více tenzometry, před překonáním tzv. meze kluzu a/nebo destrukce, se obvykle zajišťuje tím, že tenzometrický snímač je dimenzován pro působení několikanásobně většího zatížení, než je předepsána maximální hodnota zatížení na snímači. Takto dimenzovaný snímač obvykle vykazuje značnou tuhost a to na úkor citlivosti, což se projeví zejména při nízkých zatíženích.

Pri působení větší síly, resp. dvojice sil, na snímač než dovolené, zejména rázem, může dojít k překonání tzv. meze kluzu materiálu snímače, na kterém jsou osazeny, většinou přilepeny, tenzometry. Překonání meze kluzu může způsobit určitý ofset v signálu ze snímače, neboť Wheatstonův můstek, ve kterém jsou zapojeny tenzometry, je trvale rozvážen. Na místě je i nejistota ohledně linearity takto přetíženého tenzometrického snímače.

Nevýhody současného stavu ochrany tenzometrických snímačů, kdy se jako ochrana před překonáním meze kluzu materiálu snímače, resp. jeho destrukce, používá předimenzování snímače pro určité uvedené maximální zatížení, jsou zejména vyšší tuhost snímače a tím snížená citlivost. Další nevýhodou je trvalé poškození snímače pri překonání maximálního zatížení buď statickým účinkem měřené síly, resp. dvojice sil a/nebo rázem, zejména impulsem síly, resp. dvojice sil, působící velice krátkou dobu, v důsledku selhání lidského faktoru.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody standardního řešení ochrany tenzometrických snímačů odstraňuje tenzometrický snímač pro měření sil resp. dvojice sil, podle tohoto technické řešení. Jeho podstatou je to, že ve směru působení měřené síly resp. dvojice sil je opatřen alespoň jedním silovým dorazem resp. momentovým dorazem.pro zachycení části měřené síly resp. dvojice sil, která převyšuje maximální stanovenou hodnotu měřené síly resp. dvojice sil a/nebo pro ukončení působení měřené síly resp. dvojice sil.

Silový doraz a/nebo momentový doraz je s výhodou opatřen vypínačem pro ukončení působení měřené síly resp. dvojice sil, pri překročení její maximální stanovené hodnoty. Silový doraz a/nebo momentový doraz může být opatřen čidlem pro signalizaci překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly resp. dvojice sil.

Ve výhodném provedení je signalizace čidla o překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly resp. dvojice sil, připojena k vypínači působící měřené síly, resp. dvojice sil. Navrhované řešení se sílovým, resp. momentovým dorazem, které eliminuje nevýhody dosavadního stavu techniky, pracuje v principu tak, že při působení síly, resp. dvojice sil v dovoleném rozsahu, se deformuje jenom tenzometrický snímač a doraz není v činnosti. Jakmile hodnota zatížení snímače dosáhne stanovené maximální dovolené hodnoty a/nebo vyšší, deformace snímače bude taková, že se vymezí nastavitelná vůle mezi dorazem a dorazovou plochou a doraz dosedne - doraz se uvede v činnost. Pri dalším působení zatížení se toto rozdělí mezi snímač a doraz. Konstrukce dorazu a jeho tuhost musí být taková, aby ani pri přetížení nebylo překročeno dovolené zatížení na tenzometrický snímač.

Silový doraz, resp. momentový doraz lze opatřit čidlem vysílajícího signál o překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly, resp. dvojice sil, který lze využít jednak pro signalizaci

- 1 CZ 24196 Ul překročení maximální stanovené hodnoty zatížení na snímač, tak i pro ukončení působení měřené síly, resp. dvojice sil.

Výhody navrhovaného řešení s použitím dorazu jsou zejména v tom, že pro měření síly, resp. dvojice sil, lze použít snímač s vyšší citlivostí, tj, s nižší únosností při přetížení. Při překonání maximální stanovené hodnoty měřené síly, resp. dvojíce sil, nedojde k destrukci snímače, ani k překonání meze kluzu materiálu snímače. Navrhované řešení ochrany tenzometrických snímačů lze použít nejen pro snímače taho-tlakové a torzně namáhané, ale také i pro tenzometrické snímače namáhané ohybem a smykem.

Objasnění obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže znázorněno na připojených výkresech, kde na obr. 1 je schematicky znázorněno uspořádání silového dorazu pro případ řazení tenzometrického snímače mezi nepohyblivý rám měřicího zařízení a součást s působištěm síly. Na obr. 2 je schematicky znázorněno uspořádání silového dorazu pro případ řazení tenzometrického snímače mezi dvě součásti s působištěm síly měřicího zařízení. Na obr. 3 je schematicky znázorněno uspořádání momentového dorazu pro případ tenzometrického snímače namáhaného torzně.

Příklady uskutečnění technického řešení

Na obr. 1 je schematicky znázorněno uspořádání nastavitelného silového dorazu 6 pro případ řazení tenzometrického snímače 5 pomocí kloubových vazeb 3, 4 mezi nepohyblivý rám měřicího zařízení 9 a součást 2 s působištěm síly. Sílový doraz 6 je upevněn pevně na nepohyblivý rám 9 a prochází skrz součást 2 s působištěm síly. Jelikož se součást 2 s působištěm síly může pohybovat v obou vyznačených směrech, jsou na silovém dorazu 6 umístěny vymezovací matice 2 na obou stranách součásti 2 s působištěm síly. Pomocí vymezovacích matic 2 sc nastaví vůle mezi součástí 2 s působištěm síly a maticemi 7, na obr. je tato vůle zakótována jako rozměr x. Vůle x může být na obou stranách součástí 2 s působištěm síly stejná nebo různá, podle charakteru a velikosti dovolené působící síly v obou směrech.

Na obr. 2 je schematicky znázorněno uspořádání nastavitelného silového dorazu 6 pro případ svislého provedení měřicího zařízení, kde tenzometrický snímač 5 je řazen pomocí kloubových vazeb 3, 4 mezi spodní součást 1 s působištěm síly a homí součást 2 s působištěm síly měřícího zařízení. Silový doraz 6 je upevněn pevně na nepohyblivý rám 9 a prochází skrz spodní i homí součást 1, 2 s působištěm síly. Při tomto provedení je nutno chránit tenzometrický snímač 5, uchycený na kloubových vazbách 3, 4, pomocí vymezovacích matic 8, 2 na silovém dorazu 6 u obou součástí 1, 2 s působištěm síly. Vůle x, může být ve směru přibližování a nebo oddalování součástí I, 2 s působištěm síly stejná nebo různá, podle charakteru a velikosti dovolené působící síly v obou směrech.

Navrhované řešení na obr. 1 a 2 pracuje tak, že při působení síly, v dovoleném rozsahu se deformuje jenom tenzometrický snímač 5. Silový doraz 6 není v činnosti, nepřesáhne-li deformace snímače vůli x. Jakmile hodnota zatížení na tenzometrický snímač 5 dosáhne takových hodnot, že vlivem deformace snímače 5 se vymezí nastavitelná vůle x mezi součástí 1, resp. 2 s působištěm síly a vymezovacími maticemi 8, resp. 2 - silový doraz 6 se uvede v činnost. Ph dalším působení zatížení se toto rozdělí mezi snímač 5 a silový doraz 6. Konstrukce silového dorazu 6 a jeho tuhost musí být taková, aby ani ph přetížení nebylo překročeno dovolené zatížení na tenzometrický snímač 5.

Silový doraz 6 lze opatřit čidlem vysílajícího signál o překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly, který lze využít jednak pro signalizaci překročení maximální stanovené hodnoty zatížení na snímač 5, tak i pro ukončení působení měřené síly. Uvedené uspořádání podle obr. 1 bylo prakticky využito pro ochranu tenzometrického snímače 5 ph měření točivého momentu metodou měření reakce statoru dynamometru na známé délce ramene.

Na obr. 3 je schematicky znázorněno uspořádání nastavitelného momentového dorazu tenzometrického snímače 5 namáhaného torzně pro měření dvojice sil, tj. pro měření točivého momentu.

-2CZ 24196 Ul

Snímač tvoří měřicí hřídel j_5 s tenzometry 21, ukončen přírubou 11, kterou se snímač upevní na přírubu hnacího hřídele W pomocí Šroubů 12. Momentový doraz 1_8 je tvořen dorazovým válcem, pevně spojeným s měřicím hřídelem Í5 s tenzometry 21 a vymezovacími šrouby 16, 17, které jsou upevněny na unášeěích 13,14. Unášeče 13,14 jsou pevně spojeny s měřicím hřídelem 15, přičemž unášeče 13, 14 musí být řazeny před částí měřicího hřídele 15 s umístěnými, obvykle nalepenými, tenzometry 21, ve směru toku přenášeného výkonu. Dorazový válec momentového dorazu 18 je opatřen dosedacími plochami pro vymezovací šrouby 16, Γ7. Příruba hnaného hřídele 20 se připevní na dorazový válec momentového dorazu 18 pomocí šroubů 19. Pomocí vymezovacích Šroubů 16 a Γ7 se nastaví vůle mezi dosedací plochou šroubů 16, Γ7 a dorazovým i o válcem momentového dorazu 18, zakótována jako rozměr x.

Při přenášení točivého momentu, vyvolaného účinkem od dvojíce sil v dovoleném intervalu hodnoty točivého momentu je deformace měřicího hřídele 15 s tenzometry 21 taková, že vymezovací šrouby 16, 17 nedosednou na dorazovou plochu dorazového válce momentového dorazu 18. Momentový doraz 18 není v činnosti, nepřesáhne-li deformace měřicího hřídele 15 vůli x. t5 Jakmile hodnota zatížení na měřicí hřídel 15 dosáhne hodnot, při kterých vlivem deformace měřicího hřídele 15 se vymezí nastavitelná vůle x mezi dorazovými šrouby 16. 17 a dorazovým válcem momentového dorazu 18 - momentový doraz 18 se uvede v činnost. Tím se zatížení od hnacího hřídele rozdělí na měřicí hřídel 15 a na dorazový válec momentového dorazu 18. Tuhost dorazového válce momentového dorazu 18, vymezovacích šroubů 16, T7, unášečů 13,14 a části měřicího hřídele 15 mezi přírubou 11 a unášeči 13, 14, musí být taková, aby ani při přetížení nebylo překročeno dovolené zatížení na část měřicího hřídele 15 s tenzometry 21.

Navrhovaná ochrana snímače točivého momentu dovoluje snížit tuhost měřicího hřídele 15 v úseku s nalepenými tenzometry 21 zmenšením průřezu, a tím zvýšit citlivost snímače, jak je také naznačeno ve schématu na obr. 3.

Momentový doraz 18, reprezentovaný dorazovým válcem lze opatřit čidlem vysílajícího signál o překročení maximální stanovené hodnoty měřené dvojice sil, který lze využít jednak pro signalizaci překročení maximální stanovené hodnoty zatížení na měřicí hřídel 15, tak i pro ukončení působení měřené dvojice sil.

Průmyslová využitelnost so Technické řešení je využitelné obecně v oboru měření sil, jak tahových, tlakových a ohybových, tak i v oboru měření dvojic sil, tzn. točivého momentu a smyku.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Tenzometrický snímač pro měření sil resp. dvojice sil, vyznačující se tím, že ve směru působení měřené síly resp. dvojice sil je opatřen alespoň jedním silovým dorazem (6)

35 resp. momentovým dorazem (18) pro zachycení části měřené síly resp. dvojice sil, která převyšuje maximální stanovenou hodnotu měřené síly resp. dvojice sil a/nebo pro ukončení působení měřené síly resp. dvojice sil.
2. Tenzometrický snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že silový doraz (6) a/nebo momentový doraz (18) je opatřen vypínačem pro ukončení působení měřené síly resp.

40 dvojice sil, při překročení její maximální stanovené hodnoty.
3. Tenzometrický snímač podle nároku 1, vyznačující se tím, že silový doraz (6) a/nebo momentový doraz (18) je opatřen čidlem pro signalizaci překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly resp. dvojice sil.

-3CZ 24196 Ul
4. Tenzometrický snímač podle nároku 3, vyznačující se tím, že signalizace čidla o překročení maximální stanovené hodnoty měřené síly resp. dvojice sil, je připojena k vypínači působící měřené síly, resp. dvojice sil.