HU189359B - Complex meassuring device for high-accuracy strain gauge force meters - Google Patents

Description

A találmány tárgya komplex mérőelem nyúlásmérőbélyeges erőmérőcellához, ahol a mérőelem alaptestben elhelyezett legalább négy nyúlásmérőbéiyeget tartalmaz, amelyeknek jelét azutan a Wheatstone hidba kapcsolt bélyegekkel lehet tovább teldolgozni.

A nyúlásmérőbélyeggel ellátott mérőelemeket, Illetőleg az ezeket a mérőelemeket tartalmazó erömérőcellákat általában SN és 10 MN méréshatárra szokás gyártani úgy, hogy a velük elérhető mérési pontosság 0,03-0,5. Dyen jellegű erőmérőcellakat széles körben szerte a világon gyártanak. Az utóbbi években azonban a takarékos gyártás, az automatizálás, illetőleg a szabályozástechnika lejiődése következtében a pontosabb mérlegelés iránt megnövekedtek az igények, ami értelemszerűen magával vonta azt is, hogy az eddigieknél pontosabb mérőátalakítókra is egyre nagyobb igény nyilvánul meg. Ezeknek a tokozott pontossági követelményeknek azonban csak igen kevés erőmérő. cella képes eleget tenni, és azok is csak a méréshatár középtartományában. Ennek oka az, hogy az ismert erőmérőcellák úgy vannak kiképezve, hogy az erő hatására ébredő mérendő legnagyobb feszültség helye egyben a legnagyobb terhelési igénybevételnek kitett hely is.

Ismeretes, hogy az erömérőcellak a megadott specifikációnál jobb relatív paramétereket mutatnak (például linearitás, ismétlési hiba), ha a méréshatáruknak csak egy részét használjuk ki. Ez két dologra vezethető vissza. Egyrészt arra, hogy az anyag lényegesen kisebb részben van igény bevéve, nunt a rugalmassági határ, másrészt pedig ha nagy mechanikai terhelésnek tesszük ki az erőmérőcellát, akkor ez gyakran olyan deformációval jár, amely visszahat az igénybevételre, illetve a cellának valamilyen sajátos, a kialakításából adódó tendenciózus hibája van. Ilyenkor a lúbagörbe lényegében szabályosnak nevezhető, azaz nincs inflexiós pontja. Ennek egy részét használva, viszonylag pontosabban lehet mérni. Ez utóbbi esetben azonban, mivel alacsony jelszintű kimenő jeleket mérhetünk, nagypontosságú jelteldolgozó elektronikai áramkörökre van szükség.

Az erőmérőcelláknak vannak állandó hibái is, ilyen például a nullhelyzeti hiba, vagy a hőmérsékletfüggés. Ezek a hibák kis jelszint mellett nagyobb relatív hibaként jelentkeznek, ami szintén hátrányos. Az erömérőcella hiszterézise által okozott hiba lehet relatív illetőleg abszolút hiba, attól függően, hogy az anyag belső súrlódásából vagy pedig egymással érintkező (például erőbevezetö) elemek közötti súrlódásból adódik. A jelenleg ismert erőmérőcellák tehát úgy vannak kialakítva, hogy lehetőleg törekednek a kis mechanikai igénybevételre, de ugyanakkor a lehető legnagyobb elérhető kimenő jelre is. Egy adott erőmérőcella kialakítása mindig ezen két paraméter közötti kompromisszum eredményeként van kidolgozva.

A találmányunkkal az volt a célunk, hogy egy olyan komplex mérőelemet hozzunk létre erömérőcellákhoz, amely a fent említett hiányosságokat úgy küszöböli ki, hogy a két, lényegében egymásnak ellentmondó fent említett követelményt egyesítjük azáltal, hogy a mérőelem tő teherviselő elemében a mechanikai feszültség alacsony, és a nagy kimenő jelszintet egy a főteherviselő elemhez kapcsolódó, nála lényegében kisebb kényszerdelörmációs tartóelemben keletkezett nagy mechanikai feszültség Biztosítja. A tő teherviselő elem deformációja így lineáris és nagymértékben stabil, amit azután rakényszerit egy nála lényegesen kisebb kényszerdeformációs tartóra, amire a nyúlasmérőbélyegek is el vannak helyezve. Ez a megoldás, amely teljesen ellentétes a szokásos minimális méretre való tervezési törekvésekkel, a pontosság növelése érdekében lett Így kialakítva.

A találmány tehát komplex méröelem nyúlásmérőbélyeges erőméröceilához, amely egy alaptestet és legalább négy nyúlásmérőbélyeget tartalmaz.

A találmány szerinti mérőelemet az jellemzi, hogy 10 üregesre kiképezett alaptest párhuzamos falú üregébe tengely szimmetrikusan négy láb van elhelyezve, amelyek egy az alaptest síkjával párhuzamos erőátviteli felülethez vannak csatlakoztatva, és az erőátviteli felülethez a komplex mérőelem tengelyében elhelyezett, az alaptest üregébe nyúlóan kiképezett tuskó van rendelve, amely tuskó és az alaptest belső alsó síkja között rés van kiképezve, és a tuskó és az alaptest üregének két párhuzamos belső oldala között egy azokat összekötő, a legnagyobb feszültséget átvevő, de a teherviseiést>en lényegében részt nem· vevő kényszerdeformaciós összekötő tartó van elhelyezve, amelynek mindkét oldalán legalább egy-egy, összesen tehát legalább négy nyúlásméröbélyeg van a feszültség irányában elhelyezve.

A találmány szerinti komplex mérőelem egy előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a lábak és az erőbevezetö felület között egy a lábak és az erőbeviteli telület párhuzamosságát továbbra is biztosítható, célszerűen vastag síklap van elhelyezve.

A találmány szerinti mérőelem még egy további előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy az alaptest befogásra alkalmas nyúlvánnyal, ezáltal húzás és nyo30 más mérésére egyaránt alkalmasan van ellátva.

A találmány szerinti megoldásnál tehát, eltérően az eddig ismert megoldásoktól, a nyúlásmérőbélyegek nem a fő teherviselő elemre vannak ragasztva,hanem egy tőlük különálló, de azokkal kényszerdeformációs ok kapcsolatban lévő tartókra, ahol a mechanikai feszültség a fő teherviselő elemben keletkezett teszültség többszöröse.

A találmány szerinti mérőelemet a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével, a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az

1· ábra a találmány legegyszerűbb példakénti kiviteli alakját mutatja, ahol lényegében a találmány szerinti komplex mérőelem elve figyelhető meg, a

2. ábrán latható a találmány egy olyan példakénti kiviteli alakjának nézeti rajza, amely célszerűen 1 t alatti terhelés'mérésére alkalmazható, a

3. ábra a találmány egy további példakénti kiviteli alakjának nézeti rajzát mutatja, míg a

4. ábrán a találmány egy további, húzásra és nyomásra is igénybevehető példakénti kiviteli alakjának elölnézete látható, az

-_n 5. ábra a 4. ábra A-A vonal mentén vett metszetét ®O mutatja, a

6. ábra pedig a 4. ábra tengelyirányú metszetét mutatja.

Az 1. ábrán látható tehát a találmány szerinti komplex méröelem lényege vázlatosan. Látható, hogy re egy belül üreges, két párhuzamos és az alapra merőleges oldallal kiképezett 4 alaptesthez négy a mérőelem tengelyére szimmetrikusan elhelyezett 1 láb van kiképezve, amely 1 lábak 6 erőbeviteli felülettel vannak összekapcsolva. A 6 erőbeviteh felületnek 1 lábakkal való összekapcsolása tetszőleges lehet, a lényeg az, hogy maga a 6 eröbevitell felület a 4 alaptesttel pár-21

189.359 huzamos legyen, azaz merőlegesen legyen a mérőelem tengelyére. A mérőelem tengelyében a 6 erőbeviteli felülethez az üregbe befelé nyúlóan egy, a 6 erőbeviteli felülettel szoros kapcsolatban lévő 2 tuskó van kiképezve, amely 2 tuskó úgy helyezkedik el az üreg belsejében, hogy alsó síkja és a 4 alaptest belső síkja között egy célszerűen megválasztott 7 rés van hagyva, legalább akkorának kell lennie mint amennyit maga a 6 erőbeviteli felület elmozdulhat, illetve védelmi célokra is alkalmazható. A 2 tuskónak az oldallapjai és a 4 alaptest belső -üregének az 5 lábakhoz csatlakozó 8 oldalai között vannak a 3 kényszerdetörmációs tartók kiképezve, amelyek tehát arra hivatottak,hogy a 6 erőbeviteli telületre kifejtett feszültség hatására a 2 tuskó elmozdulását átvigyék a 4 alaptesthez csatlakoztatott 3 kényszerdeformációs tartókra, amelyeken az 5 nyulásmérőbélyegek vannak a feszültség irányában elhelyezve. Az 5 nyúlásmérö bélyegek úgy vannak elhelyezve, hogy mindkét 3 kényszerdeformációs tartó minőkét oldalán van legalább egy-egy, tehat öszszesen minimum négy 5 nyúlásméröbélyeg, amelyek azután az önmagában ismert módon Wheatstone hídba vannak kapcsolva, es a híd kimenő jele van azután megfelelően eloolgozva úgy, hogy a híd kimenő jele az erővel lesz arányos. Az 1. ábrán bemutatott példakénti kiviteli alak előnye, mivel az 1 la bak viszonylag távol vannak egymástól, így igen nagyfokú stabilitással bír és meglehetősen irányérzéketlen is.

2. ábrán bemutatott kiviteli alak lényegében hasonló felépítésű, csupán célszerűen kis méréshatároknál alkalmazható, tekintettel arra, hogy az 1 lábakié. nyegében kisebb terhelésre vannak méretezve, így sokkal vékonyabbak.

A 3. ábrán egy további példaként! kiviteli alak látható. Ennél a kialakítás egy hengeres testben van megoldva, de elve alapvetően megegyezik a korábban ismertetett megoldásokkal.

A 4., 5. és ö. ábrákon egy olyan példaként! kiviteli alakot mutatunk be, amely mind húzásra, mind pedig nyomásra igénybevehető, mivel a 4 alaptesten alul egy belógásra alkalmas 9 nyúlvány van kiképezve. Ilyen jellegű mérőelem alkalmazható például szakítógépekben, ahol mind húzásra, mind nyomásra lehet az elemeket vizsgálni.

Ha alaposan megfigyeljük a találmány szerinti elrendezéseket, akkor láthatjuk, hogy kialakításul olyan, hogy amennyiben akár vaiamüyen meghibásodás miatt is, a 3 kényszerdeformációs elem megszakad vagy eltörik, a föteherviselő elem terhelése ettől lényegesen nem változik meg. Ez a találmány szerinti megoldás egyik alapvető jellemzője, amely az ismert erőméröcelláknál nincs így, mitöbb, ott egy ilyen meghibásodás a teherviselő funkció elvesztését is eredményezheti. Az egymástól távol elhelyezett 1 labak pedig igen nagyfokú stabilitást biztosítanak az egész rendszernek.

A találmány szerinti komplex mérőelem előnye tehát, hogy dinamikus igénybevétel esetében is nagy pontossággal mér irányérzéketlen, stabil és ahol e5 gyébként nincs lehetőség túlterhelés elleni védelemre, ott ezt megvalósítia azáltal, hogy bár a .3 kényszerek formáclós tartó eltőrthet, a terhelés a fő teherviselő elemen nem változik meg lényegesen.

A találmány szerinti mérőelem alkalmazása eseté, ben a tő teherviselő elerpek tetszés szennt túlméretez θ hetők a műszaki lehetőségek határain belül, mivel ennek csak a deformációja lényeges, ezért nagy méréshatár esetén is megvalósítható a törés elleni védelem, mivel az értékelőként alkalmazott nyúlásmerőbélyegek a legnagyobb feszültségű, de nem a legnagyobb tehervijg selési helyre vannak elhelyezve. Ezt biztosítja a 4 alaptest az 1 lábak és 0 erőbeviteli elem kialakítása és egymással való kapcsolata, valamint az, hogy a o erő. beviteli felület illetőleg 1 lábak és a 4 alaptest egymással szoros deformációs kapcsolatban vannak s közöttük elhelyezett 3 kényszerdeformációs tartóval; mi20 több, ha a méröelem magas mechanikai feszültségű részét például kivágjuk, a deformáció nem nö kétszeresére, es a teherbírás nem csökken jelentősen.

Claims (3)

1. Szabadalmi igénypontok

   1 Komplex méröelem nyúlásmérőbélyeges erőmerőcellához, amely egy alaptestet és legalább négy nyúlásmérőbélyeget tartalmaz, azzal jellemezve hogy üregesre kiképezett alaptest (4) párhuzamos falu üregébe tengelyszimmetrikusan négy láb (1) van elhe30 íyezve, amelyek egy, az alaptest (4) síkjával párhuzamos erőátviteli felülethez (ö) vannak csatlakoztatva, és az erőátviteli felülethez (6) a komplex merőelem tengelyében elhelyezett, az alaptest (4) üregében nyú lóan Iáképezett tuskó (2) van rendelve, amely tuskó „c (2) es az alaptest (4) belső alsó síkja között rés (7) ⁰⁰ van kiképezve, es a tuskó (2) és az alaptest (4) üregének két párhuzamos belső oldala között egy azokat összekötő, a legnagyobb feszültséget átvevő, de a teherviselésben lényegében részt nem vevő kényszerdetörmációs összekötő tartó (3) van elhelyezve, ame40 lyeknek mindkét oldalán legalább egy-egy összesen tehát legalább négy nyúlásméröbélyeg van a feszültség irányban elhelyezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti komplex merőelem kiviteli alakja, azzaljellemezve, hogy a lábak (1) és az erőbevezetö felület (6) között egy a lábak

   45 (l) és az erőbevitelj felület (6) párhuzamosságát továbbra is biztosító célszerűen vastag siklap van elhelyezve.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti komplex méröelem kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy az alaptest (4) befogásra alkalmas nyúlvánnyal (9),

   50 ezáltal húzás és nyomás mérésére egyaránt alkalmasan van ellátva.