RU2097684C1

RU2097684C1 - Resistive converter of movements

Info

Publication number: RU2097684C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Онищенко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "ДиСиДи"
Priority date: 1992-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: measurement of deformation and force. SUBSTANCE: current conducting element in the from rubber and insulation shell produced from elastic material embracing it are manufactured in the form of elastic cord. Elastic insulation gasket is placed between cores of cord formed by loop made from thread. End face of loop faces finish of cord provided with element responding to mechanical action. EFFECT: enhanced measurement accuracy thanks to high sensitivity to checked parameter. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к средствам измерения линейных перемещений или силы с преобразованием их в электрический сигнал, и может быть использовано для измерений перемещений, деформации образцов, для измерения приложенных сил, измерения параметров и т.д. The invention relates to measuring technique, and more particularly to a means of measuring linear displacements or forces with their conversion into an electrical signal, and can be used to measure displacements, deformation of samples, to measure the applied forces, measure parameters, etc.

Известен резистивный преобразователь перемещений, а также для измерений деформаций образца в процессе его растяжения с постоянной скоростью, содержащей измеритель деформации образца, выполненный в виде предназначенного для закрепления на образце зажима, штока, взаимодействующего с зажимом, и резистивного преобразователя перемещения штока, и блока отображения информации в виде двухкоординатного регистратора, который для повышения точности снабжен электрическим счетчиком импульсов и взаимодействующим со штоком микрометрическим индикатором [1]
Недостатком известного преобразователя являются его высокая сложность и стоимость и, как следствие, низкая надежность работы по внезапным отказам.Known resistive displacement transducer, as well as for measuring deformations of a sample in the process of stretching it at a constant speed, containing a deformation meter of a specimen made in the form of a clamp, a rod interacting with the clamp and a resistive rod displacement transducer, and an information display unit in the form of a two-coordinate recorder, which is equipped with an electric pulse counter and a micrometric ind ikator [1]
A disadvantage of the known converter is its high complexity and cost and, as a consequence, the low reliability of sudden failure.

Известен тензорезистор, содержащий непроводящую подложку с чувствительным элементом из проводящего углеродсодержащего тензочувствительного материала, в котором для расширения диапазона измерений деформаций материал тензочувствительного элемента выполнен в виде связанных между собой волокон. Known strain gauge containing a non-conductive substrate with a sensitive element of a conductive carbon-containing strain-sensitive material, in which to expand the strain measurement range the material of the strain-sensitive element is made in the form of interconnected fibers.

Материал тензочувствительного элемента выполнен в виде чулка. The material of the strain-sensitive element is made in the form of a stocking.

Материал тензочувствительного элемента выполнен в виде жгута [2]
Недостатками известного тензорезистора являются его низкий диапазон измерения перемещений, деформации или приложенных сил, а также низкая надежность работы по внезапным отказам и низкая точность из-за малой чувствительности к контролируемому параметру.The material of the strain-sensitive element is made in the form of a bundle [2]
The disadvantages of the known strain gauge are its low measuring range of displacements, deformation or applied forces, as well as low reliability of sudden failure and low accuracy due to the low sensitivity to the controlled parameter.

Целью изобретения является увеличение диапазона измерения перемещений, деформации и приложенных сил, а также повышение надежности работы по внезапным отказам за счет исключения ненадежности проводящего углеродсодержащего тензочувствительного материала, повышение точности за счет увеличения чувствительности. The aim of the invention is to increase the measuring range of displacements, deformation and applied forces, as well as improving the reliability of sudden failures by eliminating the unreliability of the conductive carbon-containing strain-sensitive material, increasing accuracy by increasing the sensitivity.

Цель достигается тем, что в резистивный преобразователь перемещения, содержащий токопроводящий элемент из нити и охватывающую его изоляционную оболочку, выполненные из эластичных материалов, в виде упругого шнура, один из концов которого закреплен неподвижно, а второй конец снабжен элементом, воспринимающим механическое воздействие, введена эластичная изоляционная прокладка, размещенная между жилами шнура, образованными петлей из нити токопроводящего элемента, выполненной из резины, при этом торец петли нити обращен ко второму концу шнура. The goal is achieved in that in a resistive displacement transducer containing a conductive element of a thread and an insulating sheath covering it, made of elastic materials, in the form of an elastic cord, one of the ends of which is fixed motionless, and the second end is equipped with an element that accepts mechanical stress, an elastic an insulating gasket placed between the cores of the cord formed by a loop of thread of a conductive element made of rubber, with the end of the loop of the thread facing the second end cord.

На чертеже дана схема резистивного преобразователя перемещений, продольный осевой разрез шнура. The drawing shows a diagram of a resistive displacement transducer, a longitudinal axial section of the cord.

Резистивный преобразователь перемещения содержит закрепленный неподвижно на основании 1 токопроводящий элемент 2 и подвижный элемент 3. В состав преобразователя входит также омметр 4 и эластичная упругая изоляционная оболочка 5. В преобразователь введена изоляционная прокладка 6, размещенная между жилами шнура, образованного оболочкой 5, нитью 2 и прокладкой 6. Жилами шнура является петля из нити 2 с прокладкой 6 между жилами. The resistive displacement transducer comprises a conductive element 2 fixed on the base 1 and a movable element 3. The transducer also includes an ohmmeter 4 and an elastic elastic insulating sheath 5. An insulating strip 6 is inserted into the transducer, located between the cores of the cord formed by the sheath 5, thread 2 and gasket 6. The cores of the cord is a loop of thread 2 with the gasket 6 between the cores.

Один конец шнура с торцом 7 петли нити соединен с подвижным элементом 3, а второй конец шнура закреплен неподвижно на основании 1, а свободные концы нити 2 подключены к омметру 4. Оба конца шнура прикреплены шайбами 8 и 9 к основанию 1 и подвижному элементу 3 соответственно. One end of the cord with the end 7 of the thread loop is connected to the movable element 3, and the second end of the cord is fixedly fixed to the base 1, and the free ends of the thread 2 are connected to the ohmmeter 4. Both ends of the cord are attached by washers 8 and 9 to the base 1 and the movable element 3, respectively .

Работа преобразователя осуществляется следующим образом. The operation of the Converter is as follows.

Омметр 4 в любой момент времени показывает сопротивление нити 2 из токопроводящей резины, которое равно
R = ρl/S, (1),
где ρ - удельное сопротивление токопроводящей резины, Ом•м;
l длина нити, м;
S поперечное сечение нити, м²;
R сопротивление нити, Ом.An ohmmeter 4 at any time shows the resistance of a thread 2 of conductive rubber, which is equal to
R = ρl / S, (1),
where ρ is the resistivity of conductive rubber, Ohm • m;
l thread length, m;
S cross section of the thread, m ² ;
R resistance of the thread, Ohm.

Шнур и нить работают в пределах упругих деформаций, при которых любые изменения длины шнура и нити не приводят к изменениям их объема. С увеличением длины нити в 2 раза от l до 2l ее поперечное сечение уменьшается также вдвое от S до 0,5S, чтобы оставался постоянным объем нити V lS const. Поэтому с увеличением длины нити в 2 раза ее сопротивление увеличивается в 4 раза. При увеличении длины нити в n раз ее сечение уменьшается в n раз, а сопротивление нити увеличится в n² раз. Поэтому омметр 4 работает по квадратичной шкале относительно удлиненного шнура. Такое увеличение чувствительности к перемещению в n раз приводит, при прочих равных условиях, к уменьшению погрешности измерения перемещения в n раз. Шкала омметра может быть легко квадратичным образом проградуирована в единицах перемещения.The cord and thread work within elastic deformations, in which any changes in the length of the cord and thread do not lead to changes in their volume. With a 2-fold increase in the length of the thread from l to 2l, its cross-section also halves from S to 0.5S, so that the volume of the thread V lS const remains constant. Therefore, with an increase in the length of the thread by 2 times, its resistance increases by 4 times. When the length of the thread is increased n times, its cross section decreases n times, and the resistance of the thread increases n ² times. Therefore, the ohmmeter 4 operates on a quadratic scale with respect to the elongated cord. Such an increase in sensitivity to displacement by n times leads, ceteris paribus, to a decrease in the measurement error of displacement by n times. The ohmmeter scale can be easily quadratically calibrated in units of displacement.

Шнур выполнен эластичным и упругим и работает в пределах упругих деформаций. Поэтому при приложении к подвижному элементу растягивающей силы F, направление которой показано стрелкой на фиг.1, шнур будет удлиняться согласно закону Гука
F = KΔl, (2)
где F- приложенная к шнуру сила, H;
К жесткость шнура, H/м;
Δl - удлинение шнура, м.The cord is made elastic and resilient and works within elastic deformations. Therefore, when a tensile force F is applied to the movable element, the direction of which is shown by the arrow in FIG. 1, the cord will be extended according to Hooke’s law
F = KΔl, (2)
where F is the force applied to the cord, H;
K string rigidity, N / m;
Δl - extension of the cord, m

Таким образом, по величине полученного удлинения (длины) шнура, измеренному омметром 4, и по известной жесткости шнура К из (2) однозначно определяется величина приложенной к шнуру силы F. Как и при измерении перемещений, значение силы будет по квадратичному закону зависеть от показаний омметра 4. При измерении силы F также будет в общем случае уменьшена в n раз погрешность за счет увеличения в n раз чувствительности к удлинению (длине) шнура. Thus, by the magnitude of the obtained elongation (length) of the cord, measured with an ohmmeter 4, and by the known stiffness of the cord K, the force F applied to the cord is uniquely determined from (2). As with measuring displacements, the value of the force will depend on the quadratic law on the readings ohmmeter 4. When measuring the force F, the error will also be generally reduced n times by an increase in n times the sensitivity to elongation (length) of the cord.

Как однозначно следует из описания, шнур одновременно выполняет в преобразователе несколько принципиально различных функций: преобразует перемещение в электрическое сопротивление, преобразует величину приложенной силы в электрическое сопротивление при измерении силы, увеличивает чувствительность к перемещению и к приложенной силе, выполняет роль упругого элемента для возвращения в исходное состояние после перемещения или после приложения силы F, выполняет роль демпфера для сглаживания автоколебательных процессов, обеспечивает преобразования силы или перемещения в электрическое сопротивление бесконтактным способом, позволяет работать в токопроводящей или агрессивной среде за счет полной изоляции нити от окружающей среды (в особенности, перемещающейся части нити). За счет этих совмещений действий и функций в одном шнуре получено преодоление технического противоречия, то есть обеспечение одновременного повышения точности, повышение надежности за счет упрощения, расширение функциональных возможностей за счет осуществления преобразования силы в электрическое сопротивление и обеспечение работы в токопроводящей флюидной среде или в агрессивной среде за счет полной изоляции чувствительного элемента нити от среды. As clearly follows from the description, the cord simultaneously performs several fundamentally different functions in the converter: converts movement to electrical resistance, converts the magnitude of the applied force to electrical resistance when measuring force, increases the sensitivity to movement and to the applied force, acts as an elastic element to return to the original state after displacement or after application of force F, acts as a damper for smoothing self-oscillating processes, provides formation of force or movement in the electrical resistance of the non-contact manner, allows to work in a conductive or corrosive environment due to the complete isolation of the filament from the environment (in particular, moving parts of the thread). Due to these combinations of actions and functions in one cord, a technical contradiction has been overcome, that is, providing a simultaneous increase in accuracy, improving reliability due to simplification, expanding functionality by converting force into electrical resistance and ensuring operation in a conductive fluid or in an aggressive environment due to the complete isolation of the sensitive element of the thread from the environment.

Claims

A resistive displacement transducer containing a conductive element of filament and an insulating sheath covering it, made of elastic materials, in the form of an elastic cord, one end of which is fixedly fixed, and the other end is equipped with an element that is sensitive to mechanical stress, characterized in that elastic an insulating gasket placed between the cores of the cord formed by a loop of a thread of a conductive element made of rubber, with the end of the loop facing the second end of the cord .