RU2051329C1

RU2051329C1 - Displacement strain gauge

Info

Publication number: RU2051329C1
Authority: RU
Inventors: К.И. Васильев; А.В. Антипов
Original assignee: Васильев Камиль Исхакович
Priority date: 1991-06-03
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: one end of a flexible plate with a strain gauge is rigidly connected to a measuring rod while its other end is provided with a rolling-contact bearing and pressed against an inclined plane of a support in the direction of displacements, said support being fastened in the casing. EFFECT: displacement strain gauge expands the range of measured displacements and reduces friction of the movable system. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению механических перемещений с помощью тензометрических датчиков, и может быть использовано для определения колебательных характеристик механических конструкций, в том числе летательных аппаратов, при стендовых испытаниях. The invention relates to measuring technique, namely to measuring mechanical displacements using strain gauges, and can be used to determine the vibrational characteristics of mechanical structures, including aircraft, during bench tests.

Проблема создания датчиков перемещений с расширенным диапазоном измерений до нескольких десятков и сотен миллиметров является актуальной. Такие датчики требуются, в частности, для измерения характеристик собственных колебаний крупногабаритных летательных аппаратов, подвижных систем широкоходовых возбудителей колебаний и других. The problem of creating displacement sensors with an extended measurement range up to several tens and hundreds of millimeters is relevant. Such sensors are required, in particular, for measuring the characteristics of the natural oscillations of large-sized aircraft, mobile systems of wide-path exciters, and others.

К датчикам перемещений с большим ходом предъявляются такие жесткие требования, как линейность во всем диапазоне измерений, пренебрежимо малое влияние на испытываемый объект со стороны датчика, простота и долговечность конструкции. Long-range displacement sensors are subject to such stringent requirements as linearity over the entire measurement range, negligible effect on the test object from the sensor, simplicity and durability of the structure.

Известен электрический датчик перемещений, содержащий упругую консольно закрепленную тензобалку, измерительный шток и пружину постоянной жесткости, один конец которой связан с измерительным штоком, а другой конец установлен на балке с возможностью перемещения в направлении ее продольной оси [1]
Однако конструкция этого датчика не позволяет расширить диапазон измерения перемещений, а в динамическом режиме работы собственные резонансы пружины на определенных частотах существенно снижают точность измерений.Known electric displacement sensor containing an elastic cantilever fixed load beam, a measuring rod and a spring of constant stiffness, one end of which is connected to the measuring rod, and the other end is mounted on the beam with the possibility of movement in the direction of its longitudinal axis [1]
However, the design of this sensor does not allow to expand the range of measurement of displacements, and in the dynamic mode of operation, the natural resonances of the spring at certain frequencies significantly reduce the accuracy of measurements.

Наиболее близким к предлагаемому является тензометрический датчик перемещений, содержащий два взаимосвязанных упругих элемента разной жесткости с тензоэлементами, измерительный шток с пружиной сжатия, установленный в отверстии корпусного элемента [2]
Недостатком этого датчика является ограниченный диапазон измерения перемещений, не превышающий суммарной деформации двух упругих элементов. Кроме того, неоднозначна чувствительность датчика в общем диапазоне перемещений, что снижает точность измерений, а наличие пружины сжатия увеличивает коэффициент трения подвижной системы.Closest to the proposed is a strain gauge displacement sensor containing two interconnected elastic elements of different stiffness with strain elements, a measuring rod with a compression spring installed in the hole of the housing element [2]
The disadvantage of this sensor is the limited range of measurement of displacements, not exceeding the total deformation of two elastic elements. In addition, the sensitivity of the sensor is ambiguous in the general range of displacements, which reduces the accuracy of measurements, and the presence of a compression spring increases the friction coefficient of the mobile system.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений линейных перемещений и уменьшение трения подвижной системы датчика. The aim of the invention is to expand the range of measurements of linear displacements and reduce friction of the moving sensor system.

Цель достигается тем, что в тензометрическом датчике перемещений, содержащем упругую пластину с тензоэлементами, измерительный шток и корпус, упругая пластина одним концом жестко связана с измерительным штоком, а другой ее конец снабжен подшипником качения и прижат к наклонной плоскости опоры в направлении перемещений, закрепленной в корпусе. The goal is achieved by the fact that in a strain gauge displacement sensor containing an elastic plate with strain elements, the measuring rod and housing, the elastic plate is rigidly connected to the measuring rod at one end and the other end is provided with a rolling bearing and is pressed against the inclined support plane in the direction of movement fixed in case.

Существенными отличиями предлагаемого датчика от известных являются жесткое соединение одного конца упругой пластины с измерительным штоком, прижатие ее свободного конца, снабженного подшипником качения, к наклонной плоскости (относительно направления осевых перемещений штока) опоры, закрепленной в корпусе. Significant differences of the proposed sensor from the known ones are the rigid connection of one end of the elastic plate with the measuring rod, pressing its free end, equipped with a rolling bearing, to an inclined plane (relative to the direction of axial displacements of the rod) of the support fixed in the housing.

Такое решение обеспечивает условие, при котором малым величинам прогиба упругой пластины соответствуют большие линейные перемещения измерительного штока. При этом чем меньше угол между наклонной плоскостью опоры и осью измерительного штока, тем больше диапазон измерений датчика для одного и того же значения прогиба (деформации) упругой пластины. Установка подшипника качения на свободном конце упругой пластины существенно уменьшает коэффициент трения подвижной системы, что особенно важно при больших перемещениях штока. Such a solution provides a condition under which large linear deflections of the elastic plate correspond to large linear displacements of the measuring rod. Moreover, the smaller the angle between the inclined plane of the support and the axis of the measuring rod, the larger the measuring range of the sensor for the same value of the deflection (deformation) of the elastic plate. The installation of a rolling bearing on the free end of the elastic plate significantly reduces the coefficient of friction of the mobile system, which is especially important for large rod movements.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 опора с наклонной плоскостью, где Y диапазон перемещений измерительного штока; X диапазон перемещений (прогиб) свободного конца упругой пластины; α- угол наклона. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed sensor; in FIG. 2 support with an inclined plane, where Y is the range of movement of the measuring rod; X range of displacements (deflection) of the free end of the elastic plate; α is the angle of inclination.

Тензометрический датчик перемещений содержит упругую пластину 1 с наклеенными на ней тензоэлементами 2, закрепленную одним концом на штоке 3, установленном в направляющих 4, другой конец упругой пластины 1 снабжен подшипником 5 качения и прижат к наклонной плоскости 6 опоры 7, закрепленной на основании корпуса 8. The strain gauge displacement sensor contains an elastic plate 1 with the strain gauges 2 glued on it, fixed at one end to a rod 3 mounted in the guides 4, the other end of the elastic plate 1 is equipped with a rolling bearing 5 and pressed against the inclined plane 6 of the support 7, mounted on the base of the housing 8.

Датчик работает следующим образом. The sensor operates as follows.

Свободный конец штока 3 сопрягают с испытуемым объектом, относительные перемещения которого требуется определить. При осевых перемещениях штока в направляющих 4 свободный конец упругой пластины 1 через подшипник 5 качения перемещается по наклонной плоскости 6 опоры 7, вызывая пари этом прогиб самой пластины. Величина этого прогиба, определяемая как X Y tgα, с помощью тензоэлементов 2 преобразуется в электрический сигнал, измеряемый соответствующим прибором. The free end of the rod 3 is mated with the test object, the relative movements of which are required to be determined. With axial movements of the rod in the guides 4, the free end of the elastic plate 1, through the rolling bearing 5, moves along the inclined plane 6 of the support 7, thereby causing a wobble of the plate itself. The magnitude of this deflection, defined as X Y tgα, with the help of the strain gauges 2 is converted into an electrical signal, measured by the corresponding device.

Поскольку угол α является постоянной величиной для выбранной конструкции датчика, то величина прогиба пластины с точностью постоянного коэффициента линейно зависит только от величины осевого перемещения Y штока. Передаточное число K_д датчика, характеризуемое как отношение перемещений штока к прогибу пластины, определяется величиной угла α. Например, для α= 45^о K_д 1, а при α__→ 0^° K_д__→ ∞.Since the angle α is a constant value for the selected sensor design, the deflection of the plate with the accuracy of a constant coefficient linearly depends only on the value of the axial displacement Y of the rod. The gear ratio K _{d of the} sensor, characterized as the ratio of the displacement of the rod to the deflection of the plate, is determined by the angle α. For example, for α = 45 ^о K _d 1, and as α__ → 0 ^° K _d __ → ∞.

Таким образом, для расширения диапазона измерения перемещений достаточно выбрать соответствующий угол наклонной плоскости опоры, обеспечивая практически сколь угодно большой диапазон перемещений штока датчика. Thus, to expand the range of measurement of displacements, it suffices to choose the corresponding angle of the inclined plane of the support, providing an almost arbitrarily large range of displacements of the sensor rod.

Благодаря установке подшипника качения на конце упругой пластины обеспечивается минимальное трение между подвижными и неподвижными частями, повышается точность измерений и увеличивается срок службы датчика. Thanks to the installation of a rolling bearing at the end of the elastic plate, minimal friction between the moving and stationary parts is ensured, the measurement accuracy is increased and the sensor service life is increased.

Claims

TENZOMETRIC MOVEMENT SENSOR, comprising an elastic plate with strain elements, a measuring rod and a housing, characterized in that the elastic plate is rigidly connected to the measuring rod at one end and the other end is provided with a rolling bearing and is pressed against the inclined plane of the support fixed in the housing.