KR920005504B1 - Pendulum potentiometer by load - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 시험기의 진자 부위에 대한 자유 체선도1 is a free body diagram of the pendulum portion of the tester
제2도는 하중 인출 장치의 형태 사시도2 is a perspective view of the shape of a load taking device
제3도는 레버의 회전각과 포텐쇼미터(POTENTIOMETER)의 위치 관계도3 is a relation between the rotation angle of the lever and the position of the potentiometer
제4도는 포텐쇼미터의 물리적 원리도4 is a physical principle diagram of the potentiometer
제5도는 포텐쇼미터의 전기적 원리도5 is an electrical principle diagram of a potentiometer
제6도는 포텐쇼미터의 실시예의 설명도6 is an explanatory diagram of an embodiment of a potentiometer
본 발명은 진자식 만능 재료시험기에서 역학적으로 균형잡힌 기구 장치를 진자운동의 중심축에 부착하고 와이어와 추를 이용하여 포텐쇼미터를 상하로 운동시킴으로써 인가 하중에 비례한 전기신호를 인출하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for extracting an electrical signal proportional to an applied load by attaching a mechanically balanced mechanism device to the central axis of the pendulum motion in a pendulum universal testing machine and moving the pot up and down using wires and weights. .
유압 실린더에 의한 하중 인가장치와, 일정축을 중심으로 원호상을 운동하는 진자가 서로 평형을 이루도록 기계장치를 설계 제작한 진자식 만능 재료시험기가 각 분야에서 가장 폭넓게 사용되고 있는데 이 시험기는 비교적 구조가 간단하고, 동일한 외형으로 큰 하중을 인가할 수 있다는 유리한 점을 갖고 있지만, 그 원리상의 특성 때문에 KS B 0802와 KS B 5521등에 규정된 재료시험 결과의 기록 장치가 매우 부정확하고, 상하 항복점을 비롯하여 비례한계, 탄성한계, 그리고 전 연신율 등 재료의 특성 규명에 필요한 정보를 정확하게 제공받을 수 없다는 결정적인 단점을 안고 있다.The load application device by hydraulic cylinder and the pendulum universal material tester designed and manufactured so that the pendulum moving arcs around a certain axis are balanced with each other are widely used in each field. Although it has the advantage of being able to apply a large load with the same appearance, the material recording results of the material test specified in KS B 0802 and KS B 5521, etc. are very inaccurate due to the principle characteristics, and the yield limit including the up and down yield point The critical disadvantage is that the information required to characterize the material, such as elasticity, elastic limit and total elongation, cannot be provided accurately.
앞으로 기계부품이나 철강재료의 사양이 점점 고급화되고, 이에 따른 특성시험을 보다 엄격하게 수행해야 될 것임을 감안할때, 현재까지의 전자식 만능 재료시험기를 이용하여 이러한 고급시험 수요를 만족시켜야 할 것이다.Considering that the specification of mechanical parts and steel materials will become more advanced in the future and the characteristic tests will be performed more strictly, the demand for these advanced tests should be satisfied by using the electronic universal testing machine.
따라서, 본 발명은 기존의 진자식 시험기의 전자측에 보조기구를 부착하여 인가하중에 대한 전기 신호를 인출함으로써, 전자식 기록계에 하중-연신율 곡선을 작도할 수 있도록 하는 장치를 창출한 것이다. 먼저 본 발명의 실시를 위해 시료에 인가된 하중을 측정하는 원리를 설명하면 제1도는 이 시험기의 진자부위에 대한 자유체선도를 나타낸 것인데 평형 상태에서 C점에 대한 모멘트의 총합은 0이 되어야 하므로Therefore, the present invention creates an apparatus that can attach a subsidiary mechanism to the electronic side of a conventional pendulum type tester to draw an electrical signal for an applied load, thereby constructing a load-elongation curve in an electronic recorder. First, the principle of measuring the load applied to the sample for the practice of the present invention is shown in Figure 1 shows the free body diagram of the pendulum portion of the tester, so the total of moments for point C at equilibrium should be zero.
L1Fncosθ+(L1+L2)F9sinθ+L3Fwsinθ=L4Fhcosθ……………………(1)L 1 F n cos θ + (L 1 + L 2 ) F 9 sin θ + L 3 F w sin θ = L 4 F h cos θ. … … … … … … … (One)
여기에서 Fn : 하중 지시침 구동을 위한 레버의 반력Where Fn is the reaction force of the lever for driving the load indicator
Fp: 전자의 하중에 의한 힘F p : Force by the load of the electron
Fw: 전자 고정용 레버의 자중F w : Self weight of electronic fixing lever
Fh: 하중 인가장치에 연동된 유압실린더의 힘F h : Force of hydraulic cylinder linked to load applicator
이 성립한다.This holds true.
이때 지시 레버의 반력과 고정레버의 자중은 매우 작은 양이므로 이를 무시하고 L1+L2를 놓으면, 식(1)은At this time, the reaction force of the indicating lever and the weight of the fixed lever are very small, so if you ignore this and release L 1 + L 2 , equation (1)
LFpsinθ=L4Fhcosθ……………………………………………………………(2)LF p sin θ = L 4 F h cos θ. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2)
와 같이 표시될수 있다.Can be displayed as:
여기에서 진자축에 가해지는 유압력은 시료에 인가되는 실제적인 하중 Fs와 정비례 관계에 있으므로 Fh는 KFs로 대치될 수 있으며, 이를 Fs에 대하여 정리하면When this oil pressure applied to the molecular axis in binary, so the relation is directly proportional to actual force F s applied to the sample F h may be replaced with a KF s, this summary of the F s
로 나타낼 수 있다.It can be represented as.
여기에서 식(3)에서 레버의 같이와 비례상수를 K로 놓고 다시 정리하면 시료에 가해진 하중 Fs는 식(4)로 표시된다.Here, in equation (3), if the lever and the proportional constant are set to K and rearranged, the load F s applied to the sample is expressed by equation (4).
Fs=KFptanθ……………………………………………………………………(4)F s = KF p tanθ... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (4)
결국 시료에 가해중 하중 Fs는 진자의 하중과 회전각도에 대한 함수로 나타낼 수 있으며, 진자의 하중을 고정시킨 상태에서는 회전 각도만을 측정하면 실제 시료에 인가된 하중을 알 수 있게 된다. 이하 발명의 요지를 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.As a result, the load F s applied to the sample can be expressed as a function of the load and rotation angle of the pendulum. When the load of the pendulum is fixed, only the rotation angle can be measured to know the actual load applied to the sample. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
진자운동의 회전축에 제2도와 같은 커플링 기구(A)를 체결하고 이에 레버(b)(b')를 연결하여 레버(b')에 추(a)를 조절하여 부하오차 최소화를 위한 정역학적 평형을 유지시키면 이 장치의 부착에 의한 시험기의 측정 오차는 완전하게 상쇄되며, 이때 레버(b)는 수평선에 대하여 진자의 회전각 θ와 동일한 각도를 유지하게 된다. 여기서 레버(b)의 끝에 와이어(W)를 연결하고, 미끄럼형 포텐쇼미터(P)의 슬라이딩 레버(S)에 와이어(W)의 다른 한끝을 연결하면 진자의 회전각 θ대한 함수로 미끄럼형 포텐쇼미터(P)의 저항치를 증감시키게된다.The coupling mechanism (A) as shown in FIG. 2 is fastened to the rotating shaft of the pendulum motion, and the lever (b) and (b ') are connected to each other to adjust the weight (a) to the lever (b') so as to minimize the load error. The equilibrium completely offsets the measurement error of the tester due to the attachment of the device, whereby the lever (b) maintains the same angle as the rotation angle θ of the pendulum with respect to the horizontal line. Here, the wire (W) is connected to the end of the lever (b), and the other end of the wire (W) is connected to the sliding lever (S) of the sliding potentiometer (P), the sliding potentiometer as a function of the rotation angle θ of the pendulum ( The resistance of P) is increased or decreased.
제3도에서 나타낸 것과 같이 레버(b)의 위치가 x1에서 X2로 이동할때 포텐쇼미터의 이동거리 Δm은 m1을 충분히 길게할 경우 α가 무시할 정도로 매우 작게되므로 Δm= m2tanθ로 주어질 수 있으며, 이것은 식(4)에서 나타낸 것과 같이 시료에 인가된 하중을 최소의미한다.As shown in FIG. 3, when the position of the lever b moves from x 1 to X 2 , the movement distance Δm of the potentiometer can be given as Δm = m 2 tan θ because the distance Δm of the potentiometer is made so small that α is negligible if m 1 is sufficiently long This is the smallest load applied to the specimen as shown in equation (4).
결과적으로 진자축에 연결되어 작동하는 포텐쇼미터(P)의 저항치의 변화는 시료에 인가된 하중에 정비례하여 나타나게 되며, 이 포텐쇼미터(P)에 정전압, 또는 정전류를 공급한 상태에서 중간단자의 전압을 측정하면 전자식 기록계에 의한 직접기록이 가능하게 되는 것이다.As a result, the change of the resistance value of the potentiometer (P) connected to the pendulum shaft appears in direct proportion to the load applied to the sample, and the voltage of the intermediate terminal is measured while the potentiometer (P) is supplied with constant voltage or constant current. This enables direct recording by an electronic recorder.
또한 본 발명에서 사용하고 있는 포텐쇼미터는 상하 유동축(제2도 및 제3도의 S부분)에 연동된 미끄럼 접점이 일정한 전기저항을 보유한 저항체 위에서 미끄럼 운동을 할때, 제4도의 P1(또는 P3) 접점과 P2접점간의 전기저항이 직선적으로 증가, 또는 감소하도록 제작한 일반화된 상품이다.In addition, the potentiometer used in the present invention is the P1 (or P3) of FIG. 4 when the sliding contact interlocked with the up and down flow shafts (the S part of FIGS. 2 and 3) slides on a resistor having a constant electrical resistance. It is a generalized product manufactured to increase or decrease the electric resistance between the contact point and the P2 contact point linearly.
만일 제5도와 같이 포텐쇼미터 고정 저항체의 양단 P1과 P3 정전압 Ei를 인가하면, 이때의 출력 Eo는 다음식과 같이 전극의 변위에 따라 가변되는 저항치 R1과 R2의 값에 분압형태로 나타난다.If the constant voltage Ei at both ends P1 and P3 of the potentiometer fixed resistor is applied as shown in FIG. 5, the output Eo at this time appears in the form of partial pressure on the values of the resistance values R1 and R2 which vary according to the displacement of the electrode as shown in the following equation.
위 식에서(R1+R2)는 포텐쇼미터 제작시 이미 결정된 상수이고, Ei도 일정하게 주어지는 전압이며, R1은 상하 유동축의 변위 Δm에 정비례하므로 식(5)는 비례상수 k와 초기점으로부터의 거리 Δm을 이용하여 다음과 같이 표시될 수 있다.In the above formula (R1 + R2) is a constant that is already determined when making the potentiometer, Ei is also a constant voltage, and R1 is directly proportional to the displacement Δm of the up and down flow shaft, so Equation (5) shows the proportional constant k and the distance Δm from the initial point. Can be displayed as follows.
Eo=K·Δm…………………………………………………………………(6)Eo = K · Δm... … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (6)
따라서 포텐쇼미터에서 인출되는 3개의 접점 중 고정 저항체의 양단에 일정한 전압(예컨대 직류 5V)을 입력하고, 미끄럼 운동부에 연결된 접점 P2와 저항체 한쪽 끝 P3 사이의 전압을 측정하면 포텐쇼미터의 변위를 알 수 있으며, 이것은 곧 시료에 인가된 하중과 정비례 관계에 있으므로, 인가하중에 대한 전기신호를 인출할 수 있게 되는 것이다.Therefore, if the constant voltage (for example, DC 5V) is input at both ends of the fixed resistor among the three contacts drawn from the potentiometer, and the voltage between the contact point P2 connected to the sliding part and the one end P3 of the resistor is measured, the potentiometer displacement can be known. This is directly proportional to the load applied to the sample, so that an electrical signal for the applied load can be extracted.
따라서 본 발명의 실제적인 응용에 있어서는 상품화된 정전압 공급기, 그리고 전자식 기록계(X-Y RECORDER등), 또는 전압계 등을 부가 연결하여 사용하게 되며, 이와 같은 포텐쇼미터의 이용방법은 보편적으로 통용되고 있다.Accordingly, in practical applications of the present invention, commercialized constant voltage supplies, electronic recorders (X-Y RECORDER, etc.), or voltmeters are additionally connected and used, and the use of such potentiometers is commonly used.
이하 본 발명의 작용효과를 설명키 위해 그 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the embodiments will be described to explain the effects of the present invention.
현재 국내 재료시험기의 메이커에서 생산되고 있는 모든 종류의 진자식 만능재료시험기는 진자부 회전각θ(제3도의 초기원점 X1에서 운동상한점 X2까지의 각도)가 25°에서 30°의 범위에 있다. 또한 이들 제품에서 기존의 주변 기계장치와의 상호간섭을 피한 취부 가능위치를 고려할때, 본 발명에서 레버(제2도의 b)의 길이 m2(제3도)는 50mm로 제작할 수 있고, 와이어(제2도의 W)의 길이, m1(제3도)이 500mm가 되도록 포텐쇼미터의 부착위치 선정이 가능하다. 한편, 상기 치수 m1, m2를 적용할때 편차각α(제3도)에 의해 발행하는 전구간오차는 ±0.1% 이내로, 일반적인 만능재료시험기의 허용측정오차인 ±0.5%에 비해 매우 작은 양이 된다. 따라서 본 발명을 이용하여 Δm(제3도)을 측정하는 것이 충분히 타당한 것이다.The pendulum universal testing machine of all kinds currently produced by manufacturers of domestic material testing machines has a pendulum rotation angle θ (the angle from the initial origin X 1 to the upper limit of motion X 2 in Fig. 3) in the range of 25 ° to 30 °. Is in. In addition, in consideration of the mountable position in these products avoiding mutual interference with existing peripheral machinery, in the present invention, the length m 2 (figure 3) of the lever (b in FIG. 2 ) can be made 50mm, and the wire ( The position of the potentiometer can be selected so that the length of W) in FIG. 2, m 1 (figure 3) is 500 mm. On the other hand, when the dimensions m 1 and m 2 are applied, the global error issued by the deviation angle α (figure 3) is within ± 0.1%, which is very small compared to ± 0.5%, which is an allowable measurement error of a general universal testing machine. Becomes Therefore, it is quite reasonable to measure Δm (figure 3) using the present invention.
이 같은 치수로 제작된 하중에 대한 전기신호 인출장치를 부착하였을 때, 포텐쇼미터의 슬라이딩 레버(제4도의 S)의 이동거리 Δm(제3도)은 30mm 정도로 나타나는데, 상하 방향으로의 여유길이 10mm씩을 감안하여 유효이동거리 50mm인 포텐쇼미터를 사용한다. 여기에 사용하기에 적합한 포텐쇼미터의 기성품으로는 LP-50F(Midori사), RECTI H-12(MCB사), JCL-50(Copal사)등을 들 수 있으며, 동일한 유효이동거리를 가진 어떠한 제품도 사용상의 제약을 받지 않는다.When the electric signal extracting device for the load manufactured with the same size is attached, the moving distance Δm (Fig. 3) of the sliding lever of the potentiometer (S in Fig. 4) is about 30 mm, and the length of the clearance in the vertical direction is 10 mm. For this reason, potentiometer with effective travel distance of 50mm is used. Potentiometers suitable for use include LP-50F (Midori), RECTI H-12 (MCB), JCL-50 (Copal), and any product with the same effective travel distance. It is not restricted in use.
본 발명의 포텐쇼미터에 대한 정전압 전원의 투입과, 하중에 비례한 전압신호 취출(신호처리)방식의 실시예는 제6도와 같다.The embodiment of the constant voltage power supply to the potentiometer of the present invention and the voltage signal extraction (signal processing) scheme proportional to the load are shown in FIG.
먼저 기준전압 발생용 다이오드(Reference Diode) LM-336-5.0을 이용하여 정확한 5Volt의 전압을 포텐쇼미터에 공급한다. 이때 포텐쇼미터의 미끄럼접점 P2(제4도 및 제5도)와 접지 사이에 나타나는 전압 Eo는 식(5)와 같이 주어지는데, 만일 본 실시예와 같이 유동이동거리 50mm인 포텐쇼미터를 사용한 경우에는 제3도의 초기 원점 x1에서 약 1Volt, 운동상한점 x2에서 약 4Volt의 직류 전압이 얻어진다.First, the reference voltage generator (LM) LM-336-5.0 is used to supply an accurate 5 Volt voltage to the potentiometer. At this time, the voltage Eo appearing between the sliding contact point P2 (FIGS. 4 and 5) of the pot and the ground is given as shown in Equation (5). A DC voltage of about 1 Volt at the initial origin x 1 of the figure and about 4 Volt at the upper limit of motion x 2 is obtained.
포텐쇼미터의 출력전압은 연산증폭기 A1에 의해 영점이 조정되고, A2에 의해 증폭도가 조정되어 최종적인 출력전압 Eo'로 나타난다. 이때 영점조정은 하중이 인가되지 않은 초기상태에서 Eo'가 0Volt를 출력하도록 가변저항 VR1을 설정하고, 푸루빙링(Prooving Ring)이나 로드셀(Load Cell)등 교정(Calibration)된 역량계와의 비교측정에 의해 증폭도조절용가변저항 VR2를 설정한다.The potentiometer's output voltage is zeroed by the operational amplifier A 1 , and the amplification degree is adjusted by A 2 , resulting in the final output voltage Eo '. At this time, zero adjustment is performed by setting the variable resistance VR 1 so that Eo 'outputs 0 Volt in the initial state without load applied, and compares it with calibrated competence system such as a proving ring or a load cell. and sets the variable resistor VR 2 amplification degree adjustment by the measurement.
이와 같이 조정된 회로의 최종적인 출력전압 Eo'를 기존의 상품화된 아날로그 또는 디지탈식 직류전압계에 연결하면 재료에 인가된 하중의 크기를 사용자가 직독할 수 있도록 지시하게 되며, 기존의 상품화된 기록장치에 연결할 경우, 이 신호의 변화추이를 용지에 기록할 수 있게 된다.Connecting the final output voltage Eo 'of the adjusted circuit to an existing commercialized analog or digital DC voltmeter directs the user to directly read the magnitude of the load applied to the material. When connected to, the change of this signal can be recorded on paper.
이상과 같이된 본 발명은 진자식 만능재료 시험기의 효율을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.The present invention as described above can further increase the efficiency of the pendulum universal testing machine.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019890006191A KR920005504B1 (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Pendulum potentiometer by load |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019890006191A KR920005504B1 (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Pendulum potentiometer by load |
Publications (2)
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| KR900018651A KR900018651A (en) | 1990-12-22 |
| KR920005504B1 true KR920005504B1 (en) | 1992-07-06 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019890006191A KR920005504B1 (en) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | Pendulum potentiometer by load |
Country Status (1)
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- 1989-05-09 KR KR1019890006191A patent/KR920005504B1/en not_active IP Right Cessation
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| KR900018651A (en) | 1990-12-22 |
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