PL105673B1 - Strunowy czujnik odksztalcen i temperatury,zwlaszcza gruntow - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest strunowy czuj¬ nik odksztalcen i temperatury, zwlaszcza grun¬ tów, pozwalajacy wyznaczac plaski stan odksztal¬ cenia.

Znany jest teletenspmetr elektrooporawy produ¬ kowany przez firme Huggenberger, sluzacy do mierzenia odksztalcen gruntu. .Jest on zaopatrzo¬ ny w baze czujnika o dlugosci 6 m, ma zakres 100 mon i dokladnosc 0,1 mm. Przyrzad charakte¬ ryzuje sie duzym ciezarem. Ma on stosunkowo duzy zakres pomiaru, jednak jego czulosc jest w wielu wypadkach niewystarczajaca.

Znany jest dalej tensometr z drgajaca struna, produkowany przez firme Maihak. Jego czujni¬ kiem o dlugosci bazy 40 m jest dynamometr po¬ laczony szeregowo ze stalowym ciegnem. Czujnik ma zbyt dluga baze, a jego wysoka sztywnosc w porównaniu ze sztywnoscia gruntu wymaga bu¬ dowania masywnych studzienek spelniajacych role kotwi, miedzy którymi w kanale jest napiety wspomniany czujnik. Masywne studfcienki wraz z laczacym je kanalem tworza uklad powoduja¬ cy zaburzenia stanu odksztalcenia gruntu. Opisa¬ ne cechy wprowadzaja ograniczenia w wyborze kierunku pomiaru na terenach uzbrojonych w sensie budowlanym. Wsppmniane ograniczenia i sama dlugosc bazy sa powodem, dla którego po¬ miar odksztalcen w rozetach sluzacych do wyzna¬ czania stanu odksztalcenia jest badz niemozliwy badz bezcelowy.

Znany jest wreszcie czujnik produkcji krajowej opisany w pracach Komisji Nauk Technicznych PAN „Górnictwo" — Zeszyt 3 — 1966 r. Jest on zaopatrzony w drgajaca strune i ma baze pomia¬ rowa o dlugosci 5 m; z gruntem jest laczony za pomoca kotwi w ksztalcie igiel. JegO' zasada dzia¬ lania polega na tym, ze odksztalcenie gruntu po¬ woduje ruch sztywny stalowego drutu. Koniec drutu polaczony z dwuramienna dzwignia powo¬ duje jej obrót, zas obrót ten zmienia napiecie struny pomiarowej. W porównaniu ze sztywno¬ scia gruntu czujnik charakteryzuje sie mala sztywnoscia i ma wystarczajaca czulosc, jednak jego zakres pomiarowy jest w wielu wypadkach niewystarczajacy i nie moze byc rozszerzany po zakopaniu czujnika w gruncie. Brak Jest gwaran¬ cji nalezytego kontaktu czujnika z gruntem.

Skomplikowana budowa przetwornika elektro¬ mechanicznego-, zmieniajacego' odksztalcenie na odpowiednia czestotliwosc drgan struny, utrudnia jego hermetyczne zamkniecie. Przyrzad jest na¬ razony na duze wahania temperatury lecz nie posiada mozliwosci jej pomiaru. Wprowadzenie pomiaru temperatury wymaga instalowania do¬ datkowych czujników temperatury, co z kolei zwieksza ilosc przewodów laczacych przyrzad z ukladem odczytowym.

Wynalazek ma na celu opracowanie konstruk¬ cji czujnika z drgajaca struna, o stosunkowo ma¬ lej sztywnosci w porównaniu ze sztywnoscia 105 673105 673 3 4 gruntu, o bazie tensometrycznej dlugosci rzedu 1 m, o wysokiej czulosci i regulowanym zakresie pomiarów. Dalszym celem wynalazku jest wypo¬ sazenie1 czujnika w przyrzad do pomiaru tempe¬ ratury o tej samej zasadzie dzialania co tenso- metr oraz zapewnienie mu jak najprostszej kon¬ strukcji, trwalosci rzedu dziesiatek lat i zapew¬ nienie takiego kontaktu z gruntem, który wy¬ kluczalby jakiekolwiek poslizgi wzgledem podlo¬ za.

Wedlug wynalazku cele te osiagnieto przez za¬ opatrzenie czujnika w hermetycznie zamknieta cylindryczna obudowe, w której sa umieszczone dwa przetworniki zamieniajace jeden odksztalce¬ nia badanego podloza, a drugi zmiany tempera¬ tury — na .sygnaly napieciowe o odpowiedniej czestotliwosci. Przetwornik termometryczny ma belke o stosunkowo duzym wspólczynniku roz¬ szerzalnosci termicznej polaczona sztywno ze struna stalowa, której drgania za pomoca elek¬ tromagnesu przekazywane sa do ukladu odczyto¬ wego.

Ruch wzgledny ciegna wzgledem cylindrycznej obudowy jest mozliwy dzieki hermetycznemu mieszkowi podatnemu w kierunku ruchu ciegna.

Czujnik ma ustalony podstawowy zakres po¬ miaru. Po osiagnieciu granicy tego zakresu, re¬ gulatorem zaikresu mozna czujnik wprowadzic ponownie na srodek lub dowolny punkt zakresu.

Dokonuje sie tego przez obrót ulozyskowanej na- kretki^ wzgledem której przesuwa sie gwintowa¬ ny trzpien. Calkowity skok trzpienia daje mo¬ zliwosc co najmniej kilkakrotnego rozszerzenia zakresu podstawowego. Mechanizm przedluzacza zamkniety jest hermetycznie mieszkiem.

Obrotu sruby dokonuje sie przy pomocy^mani¬ pulatora, zawierajacego zebata przekladnie stoz¬ kowa. W tym celu pokretlo manipulatora udo^ stepnione jest za pomoca rury siegajacej powierz¬ chni gruntu. W tej rurze wyprowadzony jest ma¬ nipulator w ksztalcie smuklego drazka i osadzo¬ ny na pokretle regulatora. Na wiekszych glebo¬ kosciach posadowienia przyrzadu regulator za¬ kresu korzystnie jest napedzany silnikiem elek¬ trycznym.

W konstrukcji zarówno regulatora zakresu jak i przetwornika tensometrycznego uwzgledniono mozliwosc obrotu ciegna wzgledem obydwu ko¬ twi poprzecznie do kierunku pomiaru.

W konstrukcji wedlug wynalazku uzyskano wy¬ soka dokladnosc pomiaru, hermetyczne zamknie¬ cie obudowy czujnika, niewielkie wymiary i cie¬ zar. Zastosowanie czujnika termometrycznego, dzialajacego na tej samej zasadzie co czujnik ten- sometryczny, z jednej strony daje mozliwosc kon¬ troli temperatury za pomoca wspólnego ukladu odczytowego, z drugiej zmniejsza ilosc przewo¬ dów, wobec zastosowania wspólnego przewodu zerowego. Pomiar zmian temperatury poizwala korygowac ich wplyw na prace przyrzadu.

Regulator zakresu zapewnia praktycznie do¬ wolny zakres pomiaru odksztalcenia przy zacho¬ waniu czulosci odpowiadajacej zakresowi podsta¬ wowemu. Zastosowanie regulatora pozwala, w zaleznosci od potrzeb, na instalowanie przyrzadu o bazach od 2 do 4 metrów. Plytowe kotwie oraz ich czynna powierzchnia dostosowana do wytrzy¬ malosci gruntu zapewniaja bezposlizgowe zespo¬ lenie czujnika z gruntem i eliminuja zjawiska Teologiczne wynikajace z sily napinajacej ciegno.

Wynalazek jest dokladniej opisany na przykla¬ dzie wykonania w zwiazku z rysunkiem, na któ¬ rym fig. 1 przedstawia czujnik w widoku z bo¬ ku, fig. 2 — ten sam czujnik w widoku z góry, fig. 3 — korpus czujnika w przekroju pionowym, a fig. 4 — regulator zakresu wraz z manipulato¬ rem w przekroju pionowym.

Jak pokazano na rysunku, korpus 1 czujnika z mieszkiem 2 jest przymocowany, do kotwi 3* Z korpusu jest wyprowadzony kabel 4, sluzacy do polaczenia przetworników odksztalcen i tem¬ peratury z niepokazanym na rysunku ukladem odczytowym. Ciegno- 5 jest umocowane miedzy dluzszym koncem dzwigni przetwornika odksztal¬ cen umieszczonej w korpusie 1, a regulatorem S zakresu zamknietym w mieszku 7. Regulator 6 jest zaopatrzony w pokretlo 8 i jest przymocowa¬ ny do kotwi 9.

W korpusie 1 jest umieszczona dzwignia 10 przetwornika odksztalcen. Do utrzymania nacia¬ gu ciegna 5 sluzy spiralna sprezyna 11. Krótsze ramie 12 dzwigni przetwornika odksztalcen jest polaczone ze struna 13, której czestotliwosc drgan jest miara odksztalcen. Dzwignia 10, 12 jest ulo- zyskowana na plaskiej sprezynie 14. Wzbudzenie struriy 13 do drgan oraz przekazanie czestotliwo¬ sci tych drgan do ukladu odczytowego jest reali¬ zowane za pomoca elektromagnesu 15. 40 45 50 55 60 W przetworniku tensometrycznym odksztalce¬ nie podloza zamieniane jest na ruch ofbrotowy dzwigni dwuramiennej. Krótsze ramie dzwigni 25 polaczone jest ze struna pomiarowa. Qibrót dzwig¬ ni powoduje zmiane napiecia struny, a tym sa¬ mym jej czestotliwosci drgan, które z kolei za¬ mieniane sa na sygnal napieciowy o tej samej czestotliwosci za posrednictwem odpowiedniego 30 elektromagnesu. Obydwa sygnaly przekazywane sa do ukladu pomiarowego za pomoca kabla.

Dluzszy koniec dzwigni polaczony jest ze sztyw¬ nym ciagnem równoleglym do bazy pomiarowej.

Baza zawarta jest miedzy dwiema kotwiami. 35 Kotwie wykonane sa w formie sztywnych plyt prostopadlych do bazy pomiarowej. Ich powierz¬ chnia zalezy od sily naciagu ciegna i wytrzyma¬ losci gruntu. Obydwie kotwie posiadaja poprzecz¬ nie do ich plaszczyzny przyspawane plyty zapo- 40 biegajace osiadaniu przyrzadu w gruncie pod wplywem wlasnego ciezaru.

Jedna z kotwi polaczona jest szywno z cylin¬ dryczna obudowa obydwu przetworników. W srodku drugiej kotwi przymocowany jest regu- 45 latór zakresu pomiarowego. Wspomniane ciegno , fcótwi jednym koncem przymocowane jest do clzwifjni, koncem drugim przymocowane jest do regulatora.

Deformacja podloza powoduje zmiane, odleglo- 5<> sci miedzy kotwiami i ruch wzgledny ciegna wzgledem1 punktu obrotu dzwigni, a tym samym oferót dfwi&rii.5 105 673 6 Przetwornik temperatury, umieszczony w tym samym korpusie 1, jest zaopatrzony w belke 16 o stosunkowo duzym wspólczynniku rozszerzal¬ nosci termicznej. Na belce jest napieta struna 17 i elektromagnes 18 o budowie analogicznej do budowy elektromagnesu 15.

Regulator 6 zakresu ma gwintowana tuleje 19 polaczona z gwintowanym trzpieniem 20 osadzo¬ nym wahliwie w korpusie 21. Pokretlo 8 jest po¬ laczone za posrednictwem przegubu Cardana 22 z trzpieniem 20. Jego obracanie powoduje prze¬ suwanie sie tulei 19, która na przeciwleglym kon¬ cu jest polaczona z uszczelniajacym mieszkiem 7 zapobiegajacym obracaniu sie fulei.

Do obracania pokretla 8 sluzy manipulator zao¬ patrzony w zebate stozkowe kola 23, 24, pret 25 osadzony w rurze 26 i korbe 27. Zebate kolo- 23 jest sztywno polaczone z pretem 25. W nasadce 28, na której jest osadzone zebate kolo 24, jest wykonany kwadratowy otwór 29 o wymiarach odpowiadajacych wymiarom koncówki pokretla 8.

W celu ulatwienia nalozenia manipulatora na po¬ kretlo 8 przy operowaniu z powierzchni ziemi, wylot otworu 29 jest lejkowato rozszerzony.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Strunowy czujnik odksztalcen i temperatury, zwlaszcza gruntów, zaopatrzony w drgajaca stru¬ ne, w którym ciegno w postaci stalowego drutu jest polaczone z koncem dwuramiennej dzwigni majacej drugie ramie polaczone ze wspomniana drgajaca struna, a do wzbudzenia drgan struny oraz przekazania czestotliwosci tych drgan do ukladu odczytowego sluzy elektromagnes, zna¬ mienny tym, ze w korpusie (1) oprócz znanego strunowego przetwornika odksztalcen jest umiesz¬ czony dzialajacy na tej samej zasadzie przetwor¬ nik temperatury, zaopatrzony w belke (16) o du¬ zym wspólczynniku rozszerzalnosci termicznej wspóldzialajaca z napieta struna (17) i elektro¬ magnesem (18), a do polaczenia czujnika z grun¬ tem sluza plytowe kotwie (3), (9), z których jed¬ na jest sztywno polaczona z korpusem (1) czuj¬ nika, a druga z regulatorem (6) zakresu, zas re¬ gulator (6) ma pokretlo (8) polaczone wahliwie z ciegnem <5) i przystosowane do obracania z po¬ wierzchni gruntu za pomoca manipulatora. FIG.1 FIG.2105 673 >¦ 10 11 FIG.3 FIG.4 PZGraf. Koszalin D-1444 100 egz. A-4 Cena 45 zl