Pierwszenstwo: 28.VI.1968 Wegry Opublikowano: 25.IV.1974 68975 KI. 42k,34/01 MKP GOlb 7/16 CZYTELNIA TJTHBdu Patentowego *l-'*l Iztcflpr - n Lotnej Twórca wynalazku: Sandor Kovacs Wlasciciel patentu: Merestechnikai Kózponti Kutató Laboratorium, Bu¬ dapeszt (Wegry) Elektromechaniczny przetwornik pomiarowy Przedmiotem wynalazku jest elektromechaniczny przetwornik pomiarowy ze skretnymi elementami pomiarowymi przeznaczony do okreslania wielkosci sil i naprezen.Znane elektromechaniczne przetworniki naprezen mierzace odksztalcenia elementów pomiarowych za pomoca tensometrów zawieraja elementy pomiarowe w postaci cylindrycznych walców sciskowych i roz¬ ciagowych, które skladane byly w stosy zaleznie od zadanej sztywnosci. Wada tego rodzaju przetwor¬ ników byla niewielka ich czulosc polaczona z wy¬ stepowaniem histerezy, co czynilo przydatnym wspomniane przetworniki tylko jednokierunko¬ wych stalych i duzych obciazen.Celem wynalazku jest opracowanie nowego prze¬ twornika stosowanego do pomiaru zmiennych ob¬ ciazen dwukierunkowych, przy czym przetwornik ten powinien byc przystosowany do pomiaru du¬ zych i malych obciazen.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku w elektro¬ mechanicznym przetworniku pomiarowym, w któ¬ rym miedzy blokiem laczacym a górnym i dolnym czlonem sprzegajacym umieszczone sa skretne ele¬ menty pomiarowe tworzac pojedyncza symetrycz¬ na rame przestrzenna, w której osie podluzne tych elementów pomiarowych znajduja sie w tej samej plaszczyznie.W odmianie przetwornika wedlug wynalazku elementy pomiarowe wraz z blokiem laczacym i ramionami sprzegajacymi tworza plaska rame. 15 20 30 W nastepnej odmianie wedlug wynalazku ele¬ menty pomiarowe maja zmienny przekrój poprzecz¬ ny.Ponadto w dalszej odmianie wedlug wynalazku dlugosc elementu pomiarowego jest bliska zeru i wynosi kilka lub kilkanascie warstw atomów.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia elektromechaniczny przetwornik po¬ miarowy w widoku perspektywicznym, fig. la — przetwornik w widoku z boku z kierunku zazna¬ czonego na fig. 1 strzalka A, fig. Ib — cienka linia rozmieszczenie elementów pomiarowych w przet¬ worniku, a gruba linia ksztalt, który przybieraja elementy pomiarowe pod wplywem naprezen, fig. 2 — schemat ukladu zapewniajacego niezaleznosc ramion mostkowego polaczenia oporników pomia¬ rowych umieszczonych na poszczególnych elemen¬ tach pomiarowych, fig. 3 — przetwornik cylindrycz¬ ny do pomiaru w widoku perspektywicznym, fig. 3a — przetwornik cylindryczny w widoku z boku, fig. 4 — przetwornik do pomiaru sil rozciagajacych, fig. 4a — przetwornik do pomiaru sil rozciagaja¬ cych w widoku z boku, fig. 5 — przetwornik do pomiaru sil sciskajacych, w którym przekrój ele¬ mentów pomiarowych jest zmienny, fig. 5a — cien¬ ka linia pomiarowe nieobciazone elementy, a linia gruba obciazone, fig. 6— przetwornik, w którym plaszczyzna okreslona przez osie skrecania elemen¬ tów pomiarowych nie jest prostopadla do linii dzia- 68 975fig 075 & lania mierzonej sily w widoku z przodu oraz fig. 6a — przetwornik uwidoczniony na fig. 5 w widoku z boku.Przetwornik przedstawiony na fig. 1 i la sklada sie ze skretnych elementów pomiarowych 1, 2, 3, i 4, polaczonych ze soba za pomoca bloku laczace¬ go 5 i elementów sprzegajacych górnego 6 i dolnego 8. Strzalka 7 pokazano sile mierzona, a strzalka 9 sile reakcji równowazaca sile mierzona. Sila mie¬ rzona dziala na górne ramie sprzegajace 6, które skreca na ramieniu li elementy pomiarowe 3 i 4 przymocowane sztywno do jednego konca bloku laczacego 5. Sila skrecajaca równa sile mierzonej dziala poprzez sily wewnetrzne w bloku laczacym 5 na elementy 1 i 2 przymocowane do drugiego konca bloku 5, przy czym ramie dzialania tej sily w stosunku eto dolnego czlonu sprzegajacego 8 wynosi 12..Na fig. Ib pokazano ksztalt odksztalconych ele¬ mentów pomiarowych przedstawionych linia prze¬ rywana dla porównania z ksztaltem elementów nieobciazonych pokazanych linia ciagla.Poszczególne elementy pomiarowe sa obciazone momentami o takiej samej wielkosci i o odpowied¬ nich znakach. Plaszczyzny boczne a i b elementu 3, ekreslene punktami 41w.36 przybieraja ksztalt wskazany punktami 31, 32, 33* i odpowiednio punk¬ tami 31, 34*, 36*, 35. Na obydwu plaszczyznach wystepuje sila sciskajaca dzialajaca wzdluz prze¬ katnych 31—33 i 34—35 oraz sila rozciagajaca dzia¬ lajaca wzdluz przekatnych 32—£4 i S1-—SS. W taki sam sposób powstaja naprezenia w elementach po¬ miarowych 1, 2 i 4. Naprezenia w elementach 1 i 2 sa proporcjonalne do ramienia 12, a w elementach 3 i 4 do ramienia li. Jesli na przyklad sila, wi¬ dziana z kierunku strzalki B przesunie sie w pra¬ wo o x wówczas nalezy jako ramiona przyjac od¬ powiednio wielkosci (l!—x) i (l*+x). Dla zapew¬ nienia niezaleznosci wskazan mostka pomiarowego od wielkosci przemieszczenia x, w obydwu gale¬ ziach mostka nalezy zapewnic zmiane opornosci proporcjonalna do wielkosci sily mierzonej i do wielkosci lt i 12. Dla spelnienia tego warunku, poszczególne galezie mostka musza zawierac ele¬ menty których opornosc bylaby proporcjonalna do lj i 1* Uzyskuje sie to w ten sposób, ze oporowy czujnik pomiarowy 18 umieszczony jest na ele¬ mencie 1 wzdluz przekatnej sciskanej a czujnik 19 wzdluz przekatnej rozciaganej. Analogicznie roz¬ mieszcza sie czujniki 20 i 21 na elemencie 2, czuj¬ niki 22 i 23 na elemencie 3, a czujniki 24 i 25 na elemencie 4. Nalezy zwrócic uwage, ze zaleznie od wymiarów geometrycznych, w elementach pomia¬ rowych wystejpuja równiez momenty gnace, któ¬ rych wielkosc, przy okreslonym przekroju, zalezy od wielkosci mierzonej sily i od wilkosci odpo¬ wiednich ramion lhj i W Jezeli mierzona sila prze¬ sunie sie o wielkosc y to i ramiona te ulegna odpo¬ wiedniej zmianie i beda wynosic tthi+y) i (lh4—y)» Dla zapewnienia niezaleznosci ramion, poszczególne galezie mostka musza zawierac elementy proporcjo¬ nalne do lh« i do lh4- Spelnienie obydwu warunków niezaleznosci przemieszczen ixiy moze byc dokona¬ ne, jak to przedstawia fig. 2, przez to, ze galaz Rj mostka jest utworzona z dzialajacego na rozciaga¬ nie czujnika 19 elementu 1 i z dzialajacego na rozciaganie czujnika 25 elementu 4, galaz Rg z dzialajacych na sciskanie czujników 1S 1 24 tych samych elementów, galaz R, z czujników 23 i 21, 5 a galez R4 z czujników 22 i 30. W idealnych wa¬ runkach, linia dzialania sily 7 jest normalna do plaszczyzny okreslonej elementami 1, 2, 3, i 4 (fig. 1) a spelnienie nadal obowiazujacych zaleznosci li=l2 oraz lh«=lh4 nie jest konieczne. Jesli mierzona 10 sila dzialania wzdluz lini I—I tworzacej kat a z linia normalna do poprzedniej plaszczyzny, wów¬ czas jedynie skladowa normalna wywola odksztal¬ cenie i uklad mostkowy automatycznie skompensu¬ je przesuniecie x i y; w przeciwnym razie nale- 15 zaloby uwzglednic momenty zwiazane z li* i lt\ Fig. 3 i 3a przedstawiaja odmiany przekladnika wedlug wynalazku. Elementy pomiarowe 1, 2, 3 i 4 sa utworzone przez scianki cylindra 26, przez to, ze na obydwu koncach cylindra wykonane sa 20 wneki 27 i 28, a pozostaly po wybraniu wnek ma¬ terial tworzy czesc odpowiadajaca blokowi lacza¬ cemu 5. Blok ten na przeciwleglym koncu, w kie¬ runku okreslonym osia cylindra, jest otwarty w postaci litery „V" przez zdjecie powierzchni 40 25 i pozostawienie zeber 38 i 39. Dzieki takiemu u- ksztaltowaniu uzyskuje sie uklad cylindryczny od¬ powiadajacy wskaznikowi pokazanemu na fig. 1.Fig. 4 i 4a przedstawiaja przetwornik do pomiaru sil rozciagajacych. Konstrukcja jest analogiczna 30 do opisanej przy omawianiu fig. 3. Sila mierzona i sila reakcji oznaczone sa strzalkami 10 i 11 i dzialaja na trzonki: górny 12 i dolny 13.Fig. 5 przedstawia nastepna odmiane przetwor¬ nika, w którym sily dzialajace na elementy po- 35 miarowe 1, 2, 3 i 4 sa symetryczne i skierowane przeciwnie w stosunku do bloku 5, fig. 5a przed¬ stawia elementy pomiarowe odksztalcone przez dzialajace na nie sily. Elementy wskaznika na¬ prezen sa umieszczone na górnej i dolnej po- 40 wierzchni w taki sposób, ze na przyklad oporniki reagujace na rozciaganie znajduja sie tylko na górnej powierzchni elementów pomiarowych a opor¬ niki reagujace na sciskanie wylacznie na dolnej powierzchni elementów. Mostek pomiarowy musi 45 byc zestawiony zgodnie z opisem fig. 2. W tym przypadku blok laczacy 5 poddany jest równiez ciaglemu naprezaniu skretnemu. W niektórych przypadkach korzystne jest umieszczenie elemen¬ tów mostka na bloku laczacym. W przypadku prze- 50 tworników przeznaczonych do mierzenia bardzo duzych sil, blok laczacy moze byc uzywany jako element utrzymujacy cale obciazenie.Fig. 6 i 6a przedstawiaja odmiane przetwornika, w którym mierzona sila tworzy kat a z normalna 55 plaszczyzny okreslonej przez osie skretne elemen¬ tów pomiarowych 1, 2, 3 i 4. PL PL