RU2244901C1

RU2244901C1 - Linear-displacement sensor

Info

Publication number: RU2244901C1
Application number: RU2003110033/28A
Authority: RU
Inventors: А.И. Иванов (RU); А.И. Иванов; ткин А.Е. Ки (RU); А.Е. Кияткин
Original assignee: Российская Федерация в лице Министерства Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2005-01-20

Abstract

FIELD: tests of structures and specimens of materials working under pressure of electric conducting media for strength.

SUBSTANCE: proposed sensor has rod with circular bores and longitudinal slots. Depth of longitudinal slots exceeds depth of circular bores. Set of parallel contact elements if located in circular bores. Each contact element is provided with current-insulating coat. Fixed contact is made in form of knife element secured to sensor body. During motion of rod, knife element breaks insulating elements and cuts contact elements. Measuring circuit gets closed through knife element, electric conducting medium and contact elements with damaged insulating layer. As rod continues its motion, current in measuring circuit rises in stepwise manner. Availability of several longitudinal slots on rod makes it possible to use sensor repeatedly by turning the rod through angular pitch of longitudinal slots and filling the used slot with dielectric sealant.

EFFECT: enhanced efficiency.

4 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемый датчик относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован в машиностроении при испытаниях на прочность конструкций и образцов материалов, работающих в условиях воздействия гидростатического или гидродинамического давления токопроводящих текучих сред.The proposed sensor relates to measuring technology and can be used in mechanical engineering for testing the strength of structures and samples of materials operating under the influence of hydrostatic or hydrodynamic pressure of conductive fluids.

Известен датчик линейного перемещения, содержащий два относительно подвижных элемента, один из которых выполнен в виде набора фиксированных на заданных расстояниях и электрически соединенных между собой параллельно установленных пластин, а другой электроконтактный элемент размещен перпендикулярно плоскости этих пластин и выполнен в виде иглы, изолированной по боковой поверхности за исключением острия, длина которого не превышает заданных расстояний между пластинами первого электроконтактного элемента (см. а.с. СССР №1054671, МПК³ G 01 В 7/00, опубл. 15.11.83, Бюл. №42).A known linear displacement sensor containing two relatively movable elements, one of which is made in the form of a set of plates fixed at predetermined distances and electrically connected to each other in parallel, and the other electrical contact element is perpendicular to the plane of these plates and made in the form of a needle isolated on the side surface with the exception of the tip, the length of which does not exceed the specified distances between the plates of the first electrical contact element (see AS USSR No. 1054671, IPC ³ G 01 V 7 / 00, publ. 15.11.83, Bull. No. 42).

Недостатками этого датчика являются невозможность работы его как в токопроводящих средах, так и в средах под давлением.The disadvantages of this sensor are the impossibility of its operation both in conductive media and in pressurized media.

Наиболее близким к заявляемому датчику для измерения перемещений в замкнутых объемах с токопроводящими средами под давлением является датчик линейного перемещения, содержащий корпус, подвижный электрический контакт в виде ножевого элемента, связываемый в процессе измерений с контролируемым объектом, укрепленный в корпусе неподвижный электрический контакт, выполненный в виде набора параллельно размещенных контактных элементов (проволочных перемычек) и электропроводники для подключения неподвижного и подвижного электрического контакта в измерительную схему, при этом для подключения подвижного электроконтакта используется кабель с ослабленным сечением (см. а.с. СССР №1185064, МПК⁴ G 01 В 7/00, опубл. 15.10.85, Бюл. №38).Closest to the claimed sensor for measuring displacements in closed volumes with conductive media under pressure is a linear displacement sensor containing a housing, a movable electrical contact in the form of a knife element, connected during the measurement with a controlled object, fixed in the housing a stationary electrical contact, made in the form a set of parallel-placed contact elements (wire jumpers) and electrical conductors for connecting a fixed and movable electrical con act in a measuring circuit, wherein the movable electric contact for connecting a cable used with the weakened cross-section (see. AS USSR №1185064, MPK G 01 B ⁴ 7/00, publ. 10.15.85, Bul. №38).

Недостатками этого датчика помимо невозможности работы его в токопроводящих средах и в средах под давлением, являются также его нетехнологичность, выражающаяся в необходимости от опыта к опыту делать замены выбиваемой крышки и восстанавливать перерезываемые проволочные перемычки и подвижный электрический контакт в виде кабеля с ослабленным сечением. Кроме того, связь датчика с объектом испытания (ОИ) посредством резьбового соединения требует доработок конструкции ОИ, что не всегда возможно, а всякие перемещения этого соединения не вдоль оси датчика могут приводить к заклиниванию штока и выходу датчика из строя.The disadvantages of this sensor, in addition to the impossibility of its operation in conductive and pressurized media, are also its low technology, expressed in the need from experience to experience to replace knocked-out covers and restore cuttable wire jumpers and movable electrical contact in the form of a cable with a weakened cross-section. In addition, the connection of the sensor with the test object (OI) through a threaded connection requires improvements in the design of the OI, which is not always possible, and any movement of this connection not along the axis of the sensor can lead to jamming of the rod and the sensor failure.

Техническая задача, решаемая заявляемым датчиком, состоит в обеспечении возможности проведения исследований прочности конструкций и образцов материалов, работающих в условиях воздействия статического или динамического давления токопроводящих текучих сред.The technical problem solved by the claimed sensor is to provide the possibility of conducting studies of the strength of structures and samples of materials operating under the influence of static or dynamic pressure of conductive fluids.

Технический результат от заявляемого датчика состоит в улучшении надежности, технологичности конструкции, обеспечении многократных измерений перемещений в условиях воздействия статического или динамического давления окружающей токопроводящей среды с минимальными действиями по восстановлению его работоспособности от опыта к опыту и не требующего доработок ОИ.The technical result of the inventive sensor is to improve the reliability, manufacturability of the design, providing multiple measurements of displacements under the influence of static or dynamic pressure of the conductive environment with minimal steps to restore its performance from experience to experience and not requiring modifications of the OI.

Указанная техническая задача решается датчиком, содержащем полый корпус, в котором размещен с возможностью продольного перемещения шток. Шток с одной стороны подпружинен в продольном направлении, а на другой его стороне выполнены продольные пазы и кольцевые проточки. На штоке в кольцевых проточках расположен первый подвижный электрический контакт в виде набора параллельно расположенных с заданным шагом контактных элементов, подсоединенных к измерительной схеме, а второй электрический контакт, также подсоединенный к измерительной схеме, выполнен в виде ножевого элемента, прикреплен к корпусу и имеет возможность перемещения последовательно в одном из продольных пазов штока перпендикулярно продольной оси корпуса. Каждый элемент подвижного электрического контакта снабжен токоизолирующим покрытием и установлен в кольцевых проточках с помощью клеевого соединения. Продольные пазы в штоке имеют глубину большую, чем глубина кольцевых проточек, что позволяет в совокупности с ножевым элементом обеспечивать надежное перемещение штока вдоль продольной оси корпуса, а также благоприятные условия работы ножевого элемента для перерезывания элементов подвижного электрического контакта. Наличие нескольких пазов позволяют многократно использовать устройство для измерений путем простого поворота штока на шаг, с которым продольные пазы расположены на штоке, и заполнением использованного паза герметиком с диэлектрическими свойствами с целью изоляции разрезов проводников на подвижном электрическом контакте в предыдущем опыте. Торцевая поверхность штока со стороны, на которой выполнены кольцевые проточки, может быть снабжена свободно вращающимся шариком для исключения заклинивания штока в корпусе. Второй контакт может быть снабжен упорным винтом, установленным с возможностью ограничения его перемещения перпендикулярно продольной оси корпуса.The specified technical problem is solved by a sensor containing a hollow body, in which the rod is placed with the possibility of longitudinal movement. The rod on one side is spring-loaded in the longitudinal direction, and longitudinal grooves and annular grooves are made on its other side. On the rod in the annular grooves there is a first movable electrical contact in the form of a set of contact elements parallel to a given step connected to the measuring circuit, and the second electrical contact, also connected to the measuring circuit, is made in the form of a knife element, is attached to the body and has the ability to move sequentially in one of the longitudinal grooves of the rod perpendicular to the longitudinal axis of the housing. Each element of the movable electrical contact is provided with a current-insulating coating and is installed in the annular grooves using an adhesive joint. The longitudinal grooves in the rod have a depth greater than the depth of the annular grooves, which together with the knife element allows for reliable movement of the rod along the longitudinal axis of the body, as well as favorable operating conditions of the knife element for cutting the movable electrical contact elements. The presence of several grooves allows you to reuse the device for measurements by simply turning the rod a step with which the longitudinal grooves are located on the rod, and filling the used groove with a sealant with dielectric properties in order to isolate the sections of conductors on a movable electrical contact in a previous experiment. The end surface of the rod from the side on which the annular grooves are made may be provided with a freely rotating ball to prevent jamming of the rod in the housing. The second contact can be equipped with a thrust screw installed with the possibility of restricting its movement perpendicular to the longitudinal axis of the housing.

Отличия заявляемого датчика от прототипа, заключающиеся в том, что шток с одной стороны подпружинен относительно корпуса в продольном направлении, а на его другой стороне выполнены продольные пазы и кольцевые проточки, первый электрический контакт выполнен в виде набора контактных элементов с электроизолирующим покрытием, установленных в кольцевые проточки штока, а второй контакт выполнен в виде ножевого элемента и закреплен на корпусе с возможностью перемещения последовательно в одном из продольных пазов штока, перпендикулярно продольной оси корпуса с помощью упорного винта, установленного с возможностью ограничения его перемещения, глубина продольных пазов в штоке выполнена большей, чем глубина кольцевых проточек, торцевая поверхность штока со стороны, на которой выполнены кольцевые проточки, снабжена свободно вращающимся шариком, позволяют решить поставленную задачу.The differences of the claimed sensor from the prototype, namely, that the rod on one side is spring-loaded relative to the housing in the longitudinal direction, and longitudinal grooves and ring grooves are made on its other side, the first electrical contact is made in the form of a set of contact elements with an electrically insulating coating installed in the ring grooves of the rod, and the second contact is made in the form of a knife element and mounted on the housing with the ability to move sequentially in one of the longitudinal grooves of the rod, perpendicular to the Flax axle housing via the stop screw mounted for limiting its displacement, the depth of the longitudinal grooves in the rod is made greater than the depth of the annular grooves, the end surface of the rod, in which an annular groove is provided with a freely rotating ball, allow to solve the problem.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображен заявляемый датчик в разрезе.Figure 1 shows the inventive sensor in section.

На фиг.2 изображены разрез штока по кольцевой проточке и размещение продольных пазов.Figure 2 shows a section of the rod along an annular groove and the placement of longitudinal grooves.

На фиг.3 изображено размещение контактного элемента в кольцевой проточке.Figure 3 shows the placement of the contact element in the annular groove.

На фиг.4 изображен торец штока со свободно вращающимся шариком.Figure 4 shows the end face of the rod with a freely rotating ball.

На фиг.5 приведена схема подключения заявляемого датчика к измерительной цепи.Figure 5 shows the connection diagram of the inventive sensor to the measuring circuit.

На фиг.6 приведен график регистрируемых с помощью заявляемого датчика сигналов при испытании ОИ и построенная по нему кривая перемещения ОИ.Figure 6 shows a graph of the signals recorded using the inventive sensor during the test of the OI and the curve of the OI movement built on it.

Датчик линейных перемещений (см. фиг.1) содержит полый корпус 1, внутри которого размещается подвижный шток 2, с одной стороны поджимаемый в продольном направлении через поясок пружиной 4, которая упирается в свою очередь в установленную в корпус 1 направляющую для штока 2 втулку 3. На штоке 2 со стороны, противоположной пояску, имеются продольные пазы 8 (см. фиг.2) и кольцевые проточки 9, выполненные с заданным шагом ΔL, а на его торцевой поверхности, со стороны выполнения кольцевых проточек, может устанавливаться свободно вращающийся шарик 13 (см. фиг.4) для исключения заклинивания штока 2 при возможных поперечных смещениях объектов испытания (ОИ), на фиг.4 не показанных. В проточках 9 устанавливается первый подвижный электрический контакт с помощью клеевого соединения 12 в виде набора не контактирующих между собой контактных элементов 10, каждый из которых снабжен токоизолирующим покрытием 11 (см. фиг.3). Свободные концы контактных элементов 10 через гермовывод 14 выведены за пределы сосуда 15 (см. фиг.5). Над проточками 9 штока 2 вдоль одного из пазов 8 размещается второй электроконтакт, выполненный в виде ножевого элемента 6, закрепленный на корпусе устройства с помощью оси 5, позволяющей ножевому элементу 6 перемещаться в плоскости, проходящей через ось штока 2. Отклонение ножевого элемента 6 от оси штока 2 ограничивается упорным винтом 7. Для надежного перемещения штока 2 вдоль продольной оси корпуса, а также для создания благоприятных условий для перерезания контактных элементов 10 ножевым элементом 6 глубина продольных пазов 8 выполнена больше, чем глубина кольцевых проточек 9. От ножевого элемента 6 через гермовывод 14 сделан вывод за пределы сосуда 15 из электропровода, подключенного к измерительной аппаратуре, например, шлейфному осциллографу. Наличие электропровода не обязательно при наличии электрической связи измерительной аппаратуры с токопроводящей средой (см. фиг.5).The linear displacement sensor (see Fig. 1) contains a hollow body 1, inside which a movable rod 2 is placed, which, on the one hand, is pressed in the longitudinal direction through the girdle by a spring 4, which, in turn, abuts in the sleeve 3 for the rod 2 guide 3 . On the rod 2 from the side opposite the girdle, there are longitudinal grooves 8 (see figure 2) and annular grooves 9 made with a given step ΔL, and on its end surface, from the execution side of the annular grooves, a freely rotating ball 13 can be installed (see f D.4) to avoid jamming of the rod 2, with the possible transverse displacements of the test sites (T) are not shown in Figure 4. In the grooves 9, the first movable electrical contact is established using the adhesive connection 12 in the form of a set of non-contacting contact elements 10, each of which is equipped with a current-insulating coating 11 (see Fig. 3). The free ends of the contact elements 10 through the hermetic outlet 14 are removed outside the vessel 15 (see Fig. 5). Above the grooves 9 of the rod 2 along one of the grooves 8 is placed a second electrical contact, made in the form of a knife element 6, mounted on the device body using an axis 5, allowing the knife element 6 to move in a plane passing through the axis of the rod 2. Deviation of the knife element 6 from the axis rod 2 is limited by a stop screw 7. To reliably move the rod 2 along the longitudinal axis of the housing, as well as to create favorable conditions for cutting contact elements 10 with a knife element 6, the depth of the longitudinal grooves 8 is made more Chez than the depth of annular grooves 9. From the blade member 6 through the sealed leads 14 concluded outside receptacle 15 of the electric wire connected to the measuring equipment, e.g., loop oscillograph. The presence of an electric wire is not necessary if there is an electrical connection between the measuring equipment and the conductive medium (see figure 5).

Датчик работает следующим образом. ОИ устанавливается в испытательном сосуде 15 между опорной поверхностью и торцем штока 2, закрепленного внутри испытательного сосуда (на фиг.1 не показан) устройства. При этом пружина 4 датчика должна быть сжата на величину, большую ожидаемого перемещения ножевого элемента 6. Ножевой элемент 6 опускается в паз 8 и поджимается винтом 7 до момента нарушения изолятора 11 и контакта с первым из контактных элементов 10. Это приводит к появлению тока в электрической цепи, что регистрируется измерительной аппаратурой и может быть принято за нулевую точку отсчета перемещения.The sensor operates as follows. OI is installed in the test vessel 15 between the supporting surface and the end face of the rod 2, mounted inside the test vessel (not shown in figure 1) of the device. In this case, the sensor spring 4 must be compressed by an amount greater than the expected movement of the knife element 6. The knife element 6 is lowered into the groove 8 and pressed by the screw 7 until the insulator 11 is broken and contact with the first of the contact elements 10. This leads to the appearance of current in the electric circuit, which is recorded by measuring equipment and can be taken as the zero point of reference movement.

При увеличении давления в испытательном сосуде ОИ сжимается и шток 2 датчика под действием пружины 4 отслеживает перемещение ОИ. По мере перемещения штока 2 ножевой элемент 6 последовательно, нарушая электроизолирующии слои 11, разрезает контактные элементы 10 в расположенных с шагом ΔL (см. фиг.1 и 5) проточках 9. Нарушение электроизолирующих слоев 11 каждого из контактных элементов 10 приводит к ступенчатому повышению тока в измерительной цепи, поскольку проводники запараллеливаются через токопроводящую среду. Такой ступенчатый во времени характер изменения тока в измерительной цепи регистрируется аппаратурой, например, осциллографом 16 (см. фиг.5).With increasing pressure in the test vessel, the OI is compressed and the rod 2 of the sensor under the action of the spring 4 monitors the movement of the OI. As the rod 2 moves, the knife element 6 sequentially, breaking the electrically insulating layers 11, cuts the contact elements 10 in the grooves arranged with a step ΔL (see FIGS. 1 and 5). Violation of the electrically insulating layers 11 of each of the contact elements 10 leads to a stepwise increase in current in the measuring circuit, because the conductors are parallelized through a conductive medium. Such a stepwise in time nature of the change in current in the measuring circuit is recorded by equipment, for example, an oscilloscope 16 (see figure 5).

Поскольку расстояние ΔL между контактными элементами 10 известно, то время между двумя последовательными скачками тока в электрической цепи соответствует перемещению штока 2 датчика на эту величину ΔL, что позволяет построить график деформирования ОИ во времени при испытании (см. фиг.6).Since the distance ΔL between the contact elements 10 is known, the time between two successive current surges in the electric circuit corresponds to the displacement of the rod 2 of the sensor by this value ΔL, which makes it possible to plot the OI deformation in time during testing (see Fig. 6).

При повороте штока 2 на шаг, с которым продольные пазы 8 расположены на штоке 2, и заполнении использованного паза 8 герметиком с диэлектрическими свойствами с целью восстановления нарушенной изоляции 11 контактных элементов 10 после предыдущего измерения датчик готов к использованию в последующем измерении.When the rod 2 is rotated by a step with which the longitudinal grooves 8 are located on the rod 2, and the used groove 8 is filled with a sealant with dielectric properties in order to restore the damaged insulation 11 of the contact elements 10 after the previous measurement, the sensor is ready for use in the subsequent measurement.

Использование заявляемого датчика линейных перемещений позволит получать при испытаниях на прочность данные о перемещениях и деформациях, работающих в условиях воздействия гидростатического или гидродинамического давления токопроводящих текучих сред конструкций и образцов материалов.The use of the inventive linear displacement transducer will make it possible to obtain data on displacements and deformations during strength tests operating under the influence of hydrostatic or hydrodynamic pressure of conductive fluids of structures and material samples.

Claims

1. A linear displacement sensor comprising a hollow body in which a rod is arranged for longitudinal movement, on which a first movable electrical contact is located, a second electrical contact is attached to the housing, one of the electrical contacts being made in the form of a knife element and the other in the form a set of contact elements arranged in parallel with a given step, electrical conductors for including electrical contacts in the measuring circuit, characterized in that the rod is spring-loaded on one side in direction, and on its other side, longitudinal grooves and annular grooves are made, in the form of a set of contact elements, the first movable electrical contact is made, each contact element of the kit is provided with a current-insulating coating and installed in the annular groove of the rod, in the form of a knife element, a second electrical contact is attached, attached to the housing with the ability to move sequentially in one of the longitudinal grooves of the rod perpendicular to the longitudinal axis of the housing.

2. The linear displacement sensor according to claim 1, characterized in that the depth of the longitudinal grooves in the rod is made greater than the depth of the annular grooves.

3. The linear displacement sensor according to claim 2, characterized in that the end surface of the rod from the side on which the annular grooves are provided is provided with a freely rotating ball to prevent jamming of the rod with possible transverse displacements of the test objects.

4. The linear displacement sensor according to claims 1 to 3, characterized in that the second contact is equipped with a stop screw installed with the possibility of limiting its movement perpendicular to the longitudinal axis of the housing.