Pierwszenstwo: Opublikowano: 14.X.1972 66349 KI. 42o,H MKP GOlp 15/00 CZYTELNIA UKD Urzedu P*7+e*to*o*©go M ej |?f••-•¦- • m [• : Twórca wynalazku: Wlodzimierz Amanowicz Wlasciciel patentu: Dowództwo Wojsk Lotniczych (Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych), Warszawa (Polska) Sposób pomiaru przyspieszenia katowego wirujacych elementów maszyn oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru przyspieszenia katowego wirujacych elementów ma¬ szyn z zastosowaniem metody tensometrii elektrycz¬ nej oporowej oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu.W znanym dotychczas sposobie stosuje sie czuj¬ niki oporowe, skladajace sie z oporników w postaci prostych równoleglych odcinków, naklejanych na elementy sprezyste w postaci beleczek wsporniko¬ wych, wirujacych wokól osi lezacej w plaszczyznie osi najmniejszego momentu bezwladnosci poprzecz¬ nego przekroju beleczki. W takim rozwiazaniu, szkodliwe o znacznych wartosciach, sily masowe powstale od wzbudzajacych sie drgan i sily oporu aerodynamicznego lub hydraulicznego sumuja sie bezposrednio, algebraicznie, z silami masowymi od mierzonego przyspieszenia katowego nie pozwala¬ jac na selekcje pozadanych wydluzen powierzchni beleczki.Celem wynalazku jest opracowanie takiego spo¬ sobu pomiaru przyspieszenia katowego oraz urza¬ dzenia do stosowania tego sposobu które nie po¬ siadaloby wad i niedogodnosci w dotychczas zna¬ nych sposobach i urzadzeniach do pomiaru przy¬ spieszenia katowego wirujacych elementów maszyn.Cel ten zostal osiagniety przez opracowanie spo¬ sobu pomiaru polegajacego na pomiarze odksztal¬ cen elementu sprezystego metoda tensometrii elekt¬ rycznej oporowej przy polaczeniu czujników opo¬ rowych w pelny obwód mostka Wheatstone'a.Z nalozonych na element sprezysty czujników opo¬ rowych uzyskuje sie sygnal elektryczny proporcjo- 15 25 30 nalny do wydluzenia powierzchni elementu spre¬ zystego, spowodowanego przez scinanie od sil ma¬ sowych od mierzonego przyspieszenia katowego, przy czym wydluzenie powierzchni elementu spre¬ zystego jest proporcjonalne do mierzonego przy¬ spieszenia katowego, a poszczególne segmenty czuj¬ ników oporowych sa polaczone w mostek oporowy Wheatstone'a w wyniku czego usuwa sie wplyw przyspieszenia promieniowego.Urzadzenie do stosowania powyzszego sposobu rozwiazano przez zastosowanie elementu sprezyste¬ go w postaci tarczy wirujacej wokól osi prostopa¬ dlej do niej, przechodzacej przez srodek tarczy na której umieszczono segmentowe czujniki oporowe zawierajace segment obwodowy, segment promie¬ niowy i segment spiralny utworzony z polaczonych szeregowo oporników w postaci jednakowego od¬ cinka spirali logarytmicznej o wspólnym biegunie umieszczonym w osi obrotu tarczy przecinajacej kazdy promien tarczy pod stalym katem 0,25jt, lub jest utworzony z oporników w ksztalcie jed¬ nakowych odcinków okregów zblizajacych odcinki spirali logarytmicznej lub tez utworzony jest z oporników w ksztalcie jednakowych odcinków pro¬ stych nachylonych do tego samego okregu sred¬ niego pod katem 0,25jt, zblizajacych odcinki spirali logarytmicznej.Sily masowe od przyspieszen stycznych, propor¬ cjonalne do mierzonego przyspieszenia katowego, wywoluja w cylindrycznych przekrojach tarczy, wspólsrodkowych z osia obrotu, najwieksze napreze¬ nie tnace stanu naprezenia równowaznego czystemu 6634966349 scinaniu. Najwieksze, co do wartosci bezwzglednej, wydluzenie est elementu tarczy, poddanego tak wy¬ wolanemu scinaniu, zachodzi w kierunku odchy¬ lonym o 0,25;t od kierunku promieniowego. Zalez¬ nosc miedzy przyspieszeniem katowym w a wyd- 5 luzeniem esT ma postac, w danym punkcie tarczy, 4E r3 (1 + v)p a4 — r 7" ' £sT gdzie: E — modul Younga tarczy; v — liczba Pois- 10 sona; q — masa jednostkowa; a — promien ob¬ wodu zewnetrznego tarczy; r — promien biezacy tarczy.Jednoczesnie sily masowe od przyspieszen pro¬ mieniowych powoduja stan odksztalcenia o wydlu- 15 zeniach glównych: etc — obwodowym i erc — pro¬ mieniowym. Stany odksztalcenia od przyspieszen stycznych i promieniowych, daja wypadkowe od¬ ksztalcenie estc w kierunku odchylonym o 0,25jt od kierunku promieniowego, którego wartosc wy- 20 nosi, w danym punkcie powierzchni tarczy: £STC = ± EsT + 0,5 (£tC + £rc).Opracowany czujnik oporowy sklada sie z trzech 25 segmentów: spiralnego — mierzacego wydluzenie Estc, obwodowego — mierzacego wydluzenie Etc, promieniowego — mierzacego wydluzenie £rc- Spi¬ ralny segment sklada sie z oporników polaczonych szeregowo, posiadajacych postac jednakowego od- 30 cinka spirali logarytmicznej o równaniu r = rse® gdzie: r oraz 6 — wspólrzedne biegunowe (pro¬ mien i kat); rs — promien charakterystyczny spi- 35 rali; e — podstawa logarytmów naturalnych, ma¬ jacej te wlasnosc, ze przecina ona kazdy promien wychodzacy z bieguna pod stalym katem 0325;t.Segmenty obwodowy i promieniowy' skladaja sie z polaczonych szeregowo oporników posiadajacych 40 odpowiednio, postac wspólsrodkowych odcinków okregów kól i jednakowch odcinków promieni.Wszystkie trzy segmenty czujnika oporowego sa tak skonstruowane, ze ich siatki pomiarowe miesz¬ cza sie w wycinkach tego samego pierscienia ko- 45 lowego, przy czym stosunek pól wycinków jest Ftc == Frc — 0,5 Fstc gdzie: Ftc — pole segmentu obowodowego, FrC — 50 pole segmentu promieniowego, FsTC — pole seg¬ mentu spiralnego, a stosunek calkowity oporów segmentów jest Rtc = Rrc = 0,5Rstc 55 gdzie: Rtc — opór segmentu obwodowego, Rrc — promieniowego, RsTc — spiralnego. Segment spi¬ ralny skonstruowany jest w dwóch wersjach be¬ dacych wzajemnym lustrzanym odbiciem.Po tej samej stronie tarczy umieszcza sie po jednym segmencie: spiralnym obwodowym i pro¬ mieniowym. Po drugiej stronie tarczy dokladnie na przeciw segmentu spiralnego umieszcza sie seg¬ ment spiralny stanowiacy jego odbicie lustrzane, 65 na przeciw obwodowego — obwodowy, promienio- 60 wego — promieniowy i laczy w obwód pelnego mostka Wheatstone'a tak, ze segmenty spiralne znajduja sie w przeciwleglych galeziach mostka, po jednym w kazdej, a w dwóch pozostalych ga¬ leziach znajduje sie jeden segment obwodowy i je¬ den promieniowy w kazdej. Sygnal elektryczny z mostka odpowiada zmianie opornosci 2 A Rst: ±2ARST = 2ARSTC — 2 (ARtc + ARrc).Sposób i urzadzenie do pomiaru przyspieszenia katowego wedlug wynalazku w istotny sposób roz¬ wiazuja zastosowanie tensometrii elektrycznej opo¬ rowej do pomiaru przyspieszenia katowego, a ten- sometria elektryczna oporowa jest jedna z najczul¬ szych i najszerzej stosowanych metod w pomiarach wielkosci mechanicznych i rozporzadza wielka iloscia gotowych rozwiazan aparatury: wzmacnia¬ czy, wskazników, rejestratorów i innych.Jest ona czulsza od stosowanych do tego celu metod, magnetycznej i indukcyjnej, przy czym jest malo wrazliwa na wplyw obcych pól elektromag¬ netycznych. W rozwiazaniu wedlug wynalazku uzy¬ skuje sie bezposrednio, na wskazniku lub odpo¬ wiednio, wychylenie proporcjonalne do mierzonego przyspieszenia katowego, przy czym od polozenia zerowego, dla ustalonego biegu badanego obiektu, wychylenie odpowiadajace przyspieszeniu powodu¬ jacemu wzrost predkosci obrotowej zachodzi w przeciwna strone niz przy malejacej predkosci ob¬ rotowej, pozwalajac rozróznic zarówno wartosc bez¬ wzgledna jak i znak mierzonego przyspieszenia ka¬ towego.Obok wymienionych korzysci ogólnych zastoso¬ wany sposób rozmieszczenia czujników oporowych na tarczy i laczenia ich w obwód mostka Wheats- tone'a usuwa wplyw temperatury, zarówno powo¬ dowany dylatacjami jak i zmiana opornosci wlasci¬ wej, usuwa wplyw zginania poprzecznego tarczy powodowanego drganiami lub wstrzasami, pozwala na umieszczenie szczotek i pierscieni komutatora poza galeziami pomiarowymi mostka.Wynalazek jest objasniony blizej na podstawie przykladów wykonania na rysunku, na którym fig 1 — przedstawia przekrój podluzny urzadzenia wedlug wynalazku, fig. 2 — przekrój poprzeczny A—A urzadzenia, fig. 3 — przekrój poprzeczny B—B urzadzenia, fig. 4 i fig. 5 — segmentowe czuj¬ niki oporowe, fig. 6 oznacza elektryczny obwód wewnetrzny urzadzenia, fig. 7a— i fig 7b — przed¬ stawiaja fragment czujnika segmentowego w up¬ roszczonym wykonaniu.Jak pokazano na rysunku, na tarczy 1, po obu jej stronach, sa rozmieszczone segmentowe czujni¬ ki oporowe 2 oraz 3, polaczone elektrycznymi prze¬ wodami 4 z komutatorem 5, od którego elektrycz¬ ne przewody 6 prowadza do zasilacza i wzmacnia¬ cza aparatury pomiarowej, rejestrujacej lub regu¬ lujacej. Tarcza 1 osadzona jest na wirujacym wal¬ ku 7, lub stanowi z nim jedna calosc, laczonym do badanego obiektu za posrednictwem sprzegla 8.Na tarczy 1 znajduje sie segmentowy czujnik opo¬ rowy 2 skladajacy sie z segmentu spiralnego 9, segmentu obwodowego 10 i segmentu promieniowe¬ go 11. Segmentowy czujnik oporowy 3, skladajacy sie z segmentu spiralnego 12, majacego postac lu-5 strzanego odbicia segmentu spiralnego 9 umiesz¬ czony jest dokladnie naprzeciw segmentu spiral¬ nego 9. Segment obowodowy 10 umieszczony jest naprzeciw segmentu obwodowego 10 oraz segmen¬ tu promieniowego 11.Siatki pomiarowe poszczególnych segmentów wy¬ konane sa z oporowej folii metalowej. Siatka po¬ miarowa segmentu spiralnego 9, o calkowitym opo¬ rze Rstc, sklada sie z polaczonych szeregowo opor¬ ników w postaci jednakowych odcinków spirali logarytmicznej 13, o wspólnym biegunie i przecina¬ jacych kazdy promien pod stalym katem 0,25it.Siatka pomiarowa segmentu obwodowego 10, o cal¬ kowitym oporze Rtc sklada sie z wycinków okre¬ gów wspólsrodkowych 14. Siatka pomiarowa seg¬ mentu promieniowego 11, o calkowitym oporze RrC, sklada sie z jednakowych odcinków promieni 15, wychodzacych z tego samego srodka. Strzalki 16 .sluza do rozmieszczenia czujnika na tarczy 1, do której jest on przyklejony. Poszczególne segmenty mozna oddzielic przez przeciecie podkladki, wtedy pozostale strzalki sluza do rozmieszczania kazdego segmentu z osobna na tarczy.Siatka pomiarowa segmentu spiralnego 12, o cal¬ kowitym oporze Rstc, w czujniku oporowym 3 sklada sie z polaczonych szeregowo oporników w postaci jednakowych odcinków spirali logarytmicz¬ nej 17, bedacych zwierciadlanym odbiciem odcin¬ ków 13.Oprócz tego segmenty czujnika 3 sa uporzadko¬ wane w odwrotnej kolejnosci niz w czujniku 2.Obwód wewnetrzny urzadzenia, stanowiacy pelny mostek oporowy Wheatstone'a jest utworzony z oporów Rstc, Rtc oraz RrC poszczególnych segmen¬ tów czujników oporowych 2 oraz 3. Przewody 4 prowadza do komutatora.Na rysunku fig. 7a i 7b pokazano wykonanie seg¬ mentu spiralnego w dwóch odmianach. W odmia¬ nie pierwszej siatka oporowa sklada sie z oporni¬ ków w ksztalcie jednakowych odcinków okregów 18, zblizajacych odcinki spirali logarytmicznej.W odmianie drugiej siatka oporowa sklada sie z oporników w ksztalcie jednakowych odcinków pro¬ stych 19, zblizajacych odcinki spirali logarytmicz¬ nej. PL