RU2222788C2 - Датчик для измерения виброперемещений - Google Patents
Датчик для измерения виброперемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2222788C2 RU2222788C2 RU2002109496/28A RU2002109496A RU2222788C2 RU 2222788 C2 RU2222788 C2 RU 2222788C2 RU 2002109496/28 A RU2002109496/28 A RU 2002109496/28A RU 2002109496 A RU2002109496 A RU 2002109496A RU 2222788 C2 RU2222788 C2 RU 2222788C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transducer
- measurement
- spiral
- tip
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения виброперемещений при низкочастотных колебаниях, например при испытаниях авиаконструкций на усталость. Технический результат: повышение точности измерений, расширение диапазона измерений, стабильность результатов, повышение надежности работы датчика. Сущность: тензорезисторный преобразователь перемещения выполнен в форме плоской спирали из равномерно сужающейся металлической ленты постоянной толщины. В центре спирали перпендикулярно ее плоскости жестко закреплен измерительный наконечник с возможностью перемещения по направляющим. Датчик закрепляется неподвижно и соединяется через измерительный наконечник с исследуемым объектом. Деформации преобразователя фиксируются тензорезисторами, которые вырабатывают электрические сигналы, пропорциональные напряжениям кручения. 2 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения виброперемещений при низкочастотных колебаниях, например, при испытаниях на прочность авиационных конструкций и их элементов.
Известен датчик перемещений (Серьезнов А.Н. Измерения при испытаниях авиационных конструкций на прочность. М., "Машиностроение", 1976 г., стр. 116-117), содержащий масштабный преобразователь, упругий (чувствительный) элемент, изгибаемый при перемещении масштабного преобразователя, полумостовую измерительную схему, регистрирующий прибор.
Недостатками такого датчика являются наличие изнашиваемых элементов и нелинейность характеристики "перемещение-прогиб" упругого элемента.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является конструкция виброщупа ВЩ-1 (Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под редакцией кандидата техн. наук Р.А.Макарова. М., "Машиностроение", 1975 г., стр. 156), содержащая измерительный наконечник, установленный в специальной направляющей, тензорезисторный преобразователь перемещения, в виде изогнутой балочки, изгибаемый при перемещении измерительного наконечника, мостовую измерительную схему, регистрирующий прибор.
Недостатками такого устройства являются низкая точность измерения и узкий измерительный диапазон, связанные с нелинейностью преобразователя.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерений, стабильности результатов измерений, расширение диапазона измерений, в т.ч. повышение надежности работы датчика.
Решение задачи достигается тем, что тензорезисторный преобразователь перемещения выполнен из металлической пластины круглой формы со сквозной прорезью в виде спиральной ленты, равномерно сужающейся от края пластины к центру, при этом измерительный наконечник установлен в центре спирали перпендикулярно плоскости преобразователя, а сама пластина жестко закреплена по периметру на корпусе датчика.
Сущность изобретения поясняется общим видом на фиг.1 - "Датчик для измерения виброперемещений".
Датчик содержит тензорезисторный преобразователь перемещений 1, представляющий собой металлическую пластину круглой формы со сквозной прорезью внутри в виде спиральной ленты, равномерно сужающейся от края пластины к центру. По периметру пластина жестко закреплена на корпусе датчика 6. В центре преобразователя 1 с помощью колодок 2 жестко установлен измерительный наконечник 3 перпендикулярно плоскости преобразователя с возможностью перемещения по направляющим 4. Т.к. все сечения спирали равнонапряженные, то выбор места расположения тензорезисторов 5 произволен. Они расположены по два R1, R3 (R2, R4) на верхней и нижней поверхностях спирали соответственно, соединены в измерительную схему и с регистрирующим прибором 7.
Датчик работает следующим образом.
Предварительно датчик подвергают градуировке, затем устанавливают на неподвижной опоре и присоединяют через наконечник 3 к исследуемому объекту в точке измерения амплитуды колебаний,
Соединение должно быть достаточно жестким, чтобы можно было принять исследуемый объект и измерительный наконечник как единую систему.
Соединение должно быть достаточно жестким, чтобы можно было принять исследуемый объект и измерительный наконечник как единую систему.
Тогда между объектом и наконечником возникает сила взаимодействия Р, направленная вдоль оси наконечника. Значение силы Р зависит от упругих характеристик преобразователя 1 и амплитуды (перемещений) колебаний λ объекта исследований.
Под действием силы Р наконечник 3 перемещается по направляющим 4, а вместе с ним прогибается плоскость преобразователя 1, т.е. совершаются колебания.
При этом возникает упругодеформированное состояние преобразователя перемещений.
Деформации преобразователя фиксируются тензорезисторами 5, они формируют электрические сигналы, пропорциональные напряжениям кручения τ в сечении, регистрируемые прибором 7.
Приведем математическое обоснование определения значений амплитуды (перемещений) λ колебаний - фиг.2.
Уравнение средней линии спиральной ленты преобразователя перемещений является уравнением спирали Архимеда:
r=r1+tφ, (1)
где r1 - радиус внутренней колодки;
r - радиус, соответствующий полярному углу φ от радиуса r1 в направлении к конечному радиусу r2;
где i - число витков спирали.
r=r1+tφ, (1)
где r1 - радиус внутренней колодки;
r - радиус, соответствующий полярному углу φ от радиуса r1 в направлении к конечному радиусу r2;
где i - число витков спирали.
Полная длина L дуги архимедовой спирали на участке от φ=0 до φ = 2πi (т. е. от r1 до r2) равна:
L≈(r1+r2)πi. (3)
Ширина спиральной ленты а - величина переменная. Наибольшее значение ее будет у края пластины. Оно выбирается из условия прочности - равенство допускаемых и действующих напряжений в виде:
τдоп = τmax; (4)
где τдоп - допускаемое напряжение из расчета на выносливость;
где Рmах - максимальная эксплуатационная нагрузка на упругий элемент;
α - коэффициент формы, равный отношению ширины а к толщине b,
Wкр - момент сопротивления на кручение;
На участке спиральной ленты от r1 до r2 значение ширины а будет:
и определяется последовательными приближениями.
L≈(r1+r2)πi. (3)
Ширина спиральной ленты а - величина переменная. Наибольшее значение ее будет у края пластины. Оно выбирается из условия прочности - равенство допускаемых и действующих напряжений в виде:
τдоп = τmax; (4)
где τдоп - допускаемое напряжение из расчета на выносливость;
где Рmах - максимальная эксплуатационная нагрузка на упругий элемент;
α - коэффициент формы, равный отношению ширины а к толщине b,
Wкр - момент сопротивления на кручение;
На участке спиральной ленты от r1 до r2 значение ширины а будет:
и определяется последовательными приближениями.
Перемещение λ измерительного наконечника из плоскости преобразователя под действием силы Р определяется методом численного интегрирования по длине спирали уравнением:
где C=Gβab3 - жесткость на кручение при β = α; G - модуль упругости.
где C=Gβab3 - жесткость на кручение при β = α; G - модуль упругости.
Осевое перемещение измерительного наконечника λ пропорционально приложенной нагрузке Р. Податливость упругого элемента, т.е. преобразователя равна:
При использовании упругого элемента в качестве измерителя перемещений, зависимость напряжений кручения τ от λ в сечении ленты получим подстановкой уравнения (7) в уравнение (8). После преобразования получим:
или
τ = λ,B, (11)
или
где коэффициент пропорциональности В зависит от материала, толщины и геометрических параметров спиральной ленты, являясь константой упругого элемента, т.е. преобразователя
Сравнивая предложенное устройство с прототипом, можно сделать вывод, что конструкция данного устройства позволяет получить более точные результаты измерения виброперемещений при низкочастотных колебаниях с погрешностью ε= 0,2% от измерительного диапазона.
При использовании упругого элемента в качестве измерителя перемещений, зависимость напряжений кручения τ от λ в сечении ленты получим подстановкой уравнения (7) в уравнение (8). После преобразования получим:
или
τ = λ,B, (11)
или
где коэффициент пропорциональности В зависит от материала, толщины и геометрических параметров спиральной ленты, являясь константой упругого элемента, т.е. преобразователя
Сравнивая предложенное устройство с прототипом, можно сделать вывод, что конструкция данного устройства позволяет получить более точные результаты измерения виброперемещений при низкочастотных колебаниях с погрешностью ε= 0,2% от измерительного диапазона.
Хорошие линейные характеристики тензорезисторного преобразователя датчика и надежность конструкции позволяют использовать его для непрерывного автоматического контроля виброперемещений, в т.ч. повысить удобство работы в процессе измерений.
Кроме того, использование датчиков с тензометрическими преобразователями удобно тем, что можно применять унифицированную измерительную аппаратуру при испытаниях на прочность.
Claims (1)
- Датчик для измерения виброперемещений, содержащий корпус, подвижный измерительный наконечник, установленный в направляющих и жестко связанный с тензорезисторным преобразователем перемещений, измерительную схему и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что тензорезисторный преобразователь перемещения выполнен из металлической пластины круглой формы со сквозной прорезью внутри в виде спиральной ленты, равномерно сужающейся от края пластины к центру, при этом измерительный наконечник установлен в центре спирали перпендикулярно плоскости преобразователя, а сама пластина жестко закреплена по периметру на корпусе датчика.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002109496/28A RU2222788C2 (ru) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Датчик для измерения виброперемещений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002109496/28A RU2222788C2 (ru) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Датчик для измерения виброперемещений |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002109496A RU2002109496A (ru) | 2004-01-27 |
RU2222788C2 true RU2222788C2 (ru) | 2004-01-27 |
Family
ID=32090952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002109496/28A RU2222788C2 (ru) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | Датчик для измерения виброперемещений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2222788C2 (ru) |
-
2002
- 2002-04-11 RU RU2002109496/28A patent/RU2222788C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Тензометрия в машиностроении: Справочное пособие /Под ред. к.т.н. Р.А.Макарова. - М.: Машиностроение, 1975, с. 156. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002109496A (ru) | 2004-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108519175B (zh) | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量方法 | |
CN108760109B (zh) | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法 | |
US6324918B1 (en) | Bidirectional force sensor | |
US6363798B1 (en) | Method and device for measuring forces | |
US3411348A (en) | Electronic dynamometer | |
JPH05240601A (ja) | 変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するための測定器 | |
Knapp et al. | Measurement of shock events by means of strain gauges and accelerometers | |
US8096191B2 (en) | Mechanical test fixture with submicron tolerance | |
RU2703610C2 (ru) | Торсиометр для измерения деформации | |
RU2222788C2 (ru) | Датчик для измерения виброперемещений | |
US3205706A (en) | Ring-type load cell | |
Qandil et al. | Considerations in the design and manufacturing of a load cell for measuring dynamic compressive loads | |
US6684715B1 (en) | Coriolis mass flowmeter with improved accuracy and simplified instrumentation | |
US3995476A (en) | Miniature biaxial strain transducer | |
JPS6216368B2 (ru) | ||
Schuler | Lateral-deformation gage for rock-mechanics testing: A compact, easily fabricated gage has been developed to measure lateral sample deformations during triaxial testing. In its optimum geometry, the gage has a large linear range | |
JP3784073B2 (ja) | サンドイッチ構造体のコア部における剪断を測定するための装置 | |
Mittmann et al. | A new device for simultaneous measurement of friction force, normal force and friction coefficient | |
WO2009027951A1 (en) | A load measuring device | |
KR20210137545A (ko) | 2차원 힘 센서 | |
Saxena et al. | A critical assessment of simple shaped force transducers: Design and metrological considerations | |
RU220058U1 (ru) | Механический тензометр со съемным деформометром | |
US4002061A (en) | Capacitance transducer for the measurement of bending strains at elevated temperatures | |
CN114111698B (zh) | 一种船用轴系动态测试系统标定方法 | |
SU1682893A1 (ru) | Способ определени коэффициента трени эластичного материала |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100412 |