RU2657133C1 - Тензорезисторный преобразователь перемещений - Google Patents
Тензорезисторный преобразователь перемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657133C1 RU2657133C1 RU2017127325A RU2017127325A RU2657133C1 RU 2657133 C1 RU2657133 C1 RU 2657133C1 RU 2017127325 A RU2017127325 A RU 2017127325A RU 2017127325 A RU2017127325 A RU 2017127325A RU 2657133 C1 RU2657133 C1 RU 2657133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strain
- measuring
- displacement transducer
- tip
- elastic deformation
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims abstract description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения перемещений. Сущность: тензорезисторный преобразователь перемещений содержит жесткий недеформируемый корпус с направляющим отверстием, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещен измерительный наконечник, связанный с чувствительным элементом в виде закрепленного в корпусе упругого деформационного кольца. На внешней и внутренней поверхностях кольца в окружном направлении в точке, лежащей на его оси, перпендикулярной к оси наконечника, напротив друг друга наклеены два тензорезистора. Тензорезисторы термокомпенсированы для материала упругого деформационного кольца и соединены по схеме измерительного полумоста. Вывод одного из тензорезисторов соединен с медным проводом, к которому приварен константановый провод с образованием термопары типа Т, выводы которой являются выводами преобразователя перемещений. Технический результат: уменьшение погрешности измерений в широком диапазоне температур. 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения перемещений при повышенных температурах при стендовых испытаниях.
Известен «Датчик деформаций» (а.с. СССР №905628, МПК G01B 7/18, опубл. 15.02.1982, Бюл. №6), содержащий две ножевые опоры, измеритель перемещения, выполненный в виде скобы с закрепленными на ней тензорезисторами, соединенными в полумост, термостабильный стержень с компенсирующими прокладками на концах, соединенный со свободным концом скобы, термокомпенсирующий стержень с закрепленным на нем нагревательным элементом, выполненным в виде резистора, и измерителем температуры, выполненным в виде терморезистора. Термокомпенсирующий стержень одним концом через первую прокладку соединен с термостабильным стержнем, а другим концом через вторую прокладку - с ножевой опорой. Датчик соединен со вторичной аппаратурой пятипроводной линией связи.
Недостатками данного датчика являются:
- конструкция чувствительного элемента не обеспечивает низкую погрешность при измерении перемещений в диапазоне ±60°C;
- упругий элемент, выполненный в виде скобы, способен воспринимать радиальный изгиб, что ведет к увеличению поперечной чувствительности тензорезисторов, что, в свою очередь, снижает чувствительность датчика.
Известен «Тензорезисторный преобразователь перемещений» (а.с. СССР №1474450, МПК4 G01B 7/17, опубл. 23.04.89. Бюл. №15), состоящий из жесткого недеформируемого корпусного элемента с направляющим отверстием, в котором размещен шток с возможностью возвратно-поступательного движения, пружины сжатия, соосной со штоком и одним концом связанной с ним с помощью упора, и чувствительного элемента с наклеенным тензорезистором. Пружина сжатия жестко связана с упором и вторым концом - с корпусным элементом. Чувствительный элемент выполнен в виде упругого деформационного кольца (с симметрично закрепленными на внешней и внутренней поверхностях кольца двумя парами активного и компенсационного тензорезисторов), закрепленного на корпусном элементе и имеющего два сквозных отверстия, соосных с направляющим отверстием корпусного элемента, и упругой пластины с центральным отверстием, минимальная жесткость которой меньше жесткости деформационного кольца и в плоскости минимальной жесткости которой лежит ось штока, проходящего сквозь отверстия деформационного кольца, и пластины, симметрично жестко закрепленной на штоке с опиранием ее краями на внутреннюю поверхность деформационного кольца, а преобразователь снабжен дополнительными тензорезисторами. Все тензорезисторы включены в общую мостовую измерительную схему, часть тензорезисторов наклеена симметрично на пластине в плоскости ее минимальной жесткости вблизи штока, а остальные - на деформационном кольце в окружном направлении в точках, лежащих на оси деформационного кольца, перпендикулярной оси штока. Данный тензорезисторный преобразователь перемещений является наиболее близким к заявляемому устройству и выбран в качестве прототипа.
Недостатками данного преобразователя являются:
- все тензорезисторы включены в общую мостовую измерительную схему, что не позволяет исключить погрешность измерения от изменения температуры окружающей среды;
- пружина сжатия, соосная со штоком и одним концом связанная с ним:
1) уменьшает чувствительность преобразователя при измерении перемещений объектов из материалов с небольшим значением плотности;
2) увеличивает коэффициент трения подвижных элементов преобразователя, что вносит погрешность в результат измерений.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении измерения зазоров между элементами конструкции в диапазоне ±5 мм с минимально возможной погрешностью в диапазоне температур ±60°C. Проводимые измерения должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010 - «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ib».
Указанная техническая проблема решается за счет того, что заявляемый тензорезисторный преобразователь перемещений, содержащий жесткий недеформируемый корпус с направляющим отверстием, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещен измерительный наконечник, связанный с чувствительным элементом в виде закрепленного в корпусе упругого деформационного кольца, на внешней и внутренней поверхностях которого в окружном направлении в точке, лежащей на его оси, перпендикулярной к оси наконечника, напротив друг друга наклеены два тензорезистора, в отличие от прототипа тензорезисторы термокомпенсированы для материала упругого деформационного кольца соединены по схеме измерительного полумоста, вывод одного из тензорезисторов соединен с медным проводом, к которому приварен константановый провод с образованием термопары типа Т, выводы которой являются выводами преобразователя перемещений.
Исполнение чувствительного элемента в виде закрепленного в жестком недеформируемом корпусе упругого деформационного кольца, на внешней и внутренней поверхностях которого напротив друг друга наклеены два тензорезисторора, позволяет при деформировании кольца (в отличие от других упругих элементов, например скобы) избежать влияния радиального изгиба (ведет к потере чувствительности преобразователя).
Соединение двух тензорезисторов, наклеенных на внешней и внутренней поверхностях упругого деформационного кольца в окружном направлении в точке, лежащей на его оси, перпендикулярной к оси наконечника, напротив друг друга и соединенных по схеме измерительного полумоста, увеличивает чувствительность преобразователя в два раза, например, по сравнению с четвертьмостовой измерительной схемой. Увеличение чувствительности уменьшает погрешность измерения.
Использование термокомпенсированых тензорезисторов для материала, из которого изготовлено деформационное кольцо, приводит к уменьшению влияния на выходной сигнал датчика изменения температуры среды.
Соединение вывода одного из тензорезисторов с медным проводником кабеля TR-F, к которому приварена константановая жила этого же кабеля с образованием термопары типа Т, позволяет учитывать изменение сопротивления полумостовой тензорезисторной схемы, возникающее из-за изменения температуры окружающей среды, значительно уменьшая температурную составляющую суммарной погрешности измерения.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 изображен разрез тензорезисторного датчика перемещений, на фиг. 2 изображено упругое деформационное кольцо с наклеенными тензорезисторами, на фиг. 3 приведена электрическая схема чувствительного элемента преобразователя.
Тензорезисторный преобразователь перемещений содержит жесткий недеформируемый корпус, состоящий из крышки 2 и основания 5 с направляющим отверстием, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещен измерительный наконечник 7, связанный с чувствительным элементом в виде закрепленного в корпусе упругого деформационного кольца 1 (из материала сталь 65 Г с коэффициентом линейного расширения 11,5⋅10-6 °C-1), на внешней и внутренней поверхностях которого в окружном направлении в точке, лежащей на его оси, перпендикулярной к оси наконечника, напротив друг друга наклеены два тензорезисторора 11 (Tp1 и Tp2), включенные в измерительную схему.
В качестве тензорезисторов 11 использованы термокомпенсированные для материала упругого деформационного кольца тензорезисторы (в данном примере выполнения использованы тензорезисторы ТКП О-3-100, термокомпенсированные для материала с коэффициентом линейного расширения 11,8⋅10-6 °C-1, близким коэффициенту линейного расширения материала упругого деформационного кольца), соединенные по схеме измерительного полумоста, при этом вывод одного из тензорезисторов 11 соединен с медным проводником (в данном примере выполнения с медным проводником кабеля TR-F), к которому на расстоянии 5 мм от спая вывода тензорезистора и медного проводника кабеля TR-F приварен константановый проводник (константановая жила этого же кабеля) с образованием термопары типа Т. Выводы термопары являются выводами преобразователя перемещений.
Верхняя часть деформационного кольца 1 закреплена на недеформируемом кронштейне 10, нижняя - на направляющей 9, жестко скрепленной с измерительным наконечником 7, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения в основании 5. Крышка корпуса закреплена к основанию 5 через уплотнительную прокладку 3.
Направляющая 9 обладает возможностью возвратно-поступательного движения по кронштейну 10. Ограничители 8 ограничивают движение направляющей по кронштейну и тем самым ограничивают перемещение измерительного наконечника 7, предотвращая тем самым излом упругого деформационного кольца.
Выводы термопары и выводы тензорезисторов 11 подключены к разъему 4.
Заявляемый тензорезисторный преобразователь перемещений работает следующим образом.
Перед проведением измерений необходимо произвести калибровку преобразователя с целью получения зависимости его выходного сигнала от перемещения в нормальных условиях и калибровку в требуемом температурном диапазоне, в результате которой получается зависимость: изменение выходного сигнала преобразователя (измерительный наконечник 7 находится в состоянии покоя) от изменения температуры окружающей среды.
Далее (при проведении испытаний) свободным концом измерительный наконечник 7 вводят в контакт с объектом измерений (не показан) и закрепляют преобразователь с помощью резьбового соединения 6, находящегося в нижней части основания 5. Перемещение объекта измерений передается измерительному наконечнику 7, в результате чего начинает движение по кронштейну 10 направляющая 9, которая, в свою очередь, сжимает деформационное кольцо 1, вследствие чего изменяется сопротивление тензорезисторов 11.
Перемещение направляющей 9 по кронштейну 10 возможно до момента упора ее в верхний ограничитель 8.
Изменение выходного сопротивления тензорезисторного полумоста пропорционально перемещению измерительного наконечника 7. Изменение сопротивления полумоста через разъем 4 регистрируется аппаратурой измерения деформации.
Изменение температуры окружающей среды регистрируется термопарой и через разъем 4 передается на аппаратуру измерения температуры.
При обработке результатов измерений выходной сигнал датчика преобразовывается в значения перемещения. Далее из полученных значений в каждой измеренной точке вычитается значение выходного сигнала, полученного при температурной калибровке преобразователя перемещений, при этом значение выходного сигнала из калибровочного графика выбирается по значению температуры, при котором производилось измерение во время проведения испытаний.
Таким образом, с помощью предлагаемого тензорезисторного преобразователя осуществляются измерения перемещений:
- с минимально возможной погрешностью в необходимых условиях, эксплуатации (в диапазоне температур ±60°C);
- в совокупности с аппаратурой измерения деформаций, аттестованной как оборудование с искробезопасной электрической цепью уровня «ib», преобразователь позволяет проводить измерения, удовлетворяющие требованиям ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010.
Claims (1)
- Тензорезисторный преобразователь перемещений, содержащий жесткий недеформируемый корпус с направляющим отверстием, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещен измерительный наконечник, связанный с чувствительным элементом в виде закрепленного в корпусе упругого деформационного кольца, на внешней и внутренней поверхностях которого в окружном направлении в точке, лежащей на его оси, перпендикулярной к оси наконечника, напротив друг друга наклеены два тензорезисторора, отличающийся тем, что тензорезисторы термокомпенсированы для материала упругого деформационного кольца, соединены по схеме измерительного полумоста, вывод одного из тензорезисторов соединен с медным проводом, к которому приварен константановый провод с образованием термопары типа Т, выводы которой являются выводами преобразователя перемещений.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127325A RU2657133C1 (ru) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | Тензорезисторный преобразователь перемещений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017127325A RU2657133C1 (ru) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | Тензорезисторный преобразователь перемещений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657133C1 true RU2657133C1 (ru) | 2018-06-08 |
Family
ID=62560762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017127325A RU2657133C1 (ru) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | Тензорезисторный преобразователь перемещений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657133C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4587739A (en) * | 1985-07-18 | 1986-05-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Gage for measuring displacements in rock samples |
| SU1474450A1 (ru) * | 1986-09-28 | 1989-04-23 | Е.Б.Герасимов | Тензорезисторный преобразователь перемещений |
| RU2019788C1 (ru) * | 1991-03-07 | 1994-09-15 | Физико-технический институт АН Республики Таджикистан | Тензодатчик для измерения перемещений |
| RU24549U1 (ru) * | 2001-12-06 | 2002-08-10 | Институт горного дела СО РАН | Устройство для контроля деформаций и измерения малых смещений |
-
2017
- 2017-07-31 RU RU2017127325A patent/RU2657133C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4587739A (en) * | 1985-07-18 | 1986-05-13 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Gage for measuring displacements in rock samples |
| SU1474450A1 (ru) * | 1986-09-28 | 1989-04-23 | Е.Б.Герасимов | Тензорезисторный преобразователь перемещений |
| RU2019788C1 (ru) * | 1991-03-07 | 1994-09-15 | Физико-технический институт АН Республики Таджикистан | Тензодатчик для измерения перемещений |
| RU24549U1 (ru) * | 2001-12-06 | 2002-08-10 | Институт горного дела СО РАН | Устройство для контроля деформаций и измерения малых смещений |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2316975A (en) | Gauge | |
| US2805574A (en) | Wide range flow meter | |
| US3827291A (en) | Transducer systems for detection of relative displacement | |
| US2761216A (en) | Position indicator-recording instrument | |
| JP2011504590A (ja) | パイプの内面温度を計測するための方法および関連デバイス | |
| CN104685314A (zh) | 应变变送器 | |
| KR101179169B1 (ko) | 변형률계를 구비한 온도 보상 로드 셀 | |
| RU2703610C2 (ru) | Торсиометр для измерения деформации | |
| RU2657133C1 (ru) | Тензорезисторный преобразователь перемещений | |
| Maskay et al. | High temperature static strain microwave acoustic sensor | |
| CN102032846B (zh) | 电机线圈卡尺压力检定装置 | |
| RU163305U1 (ru) | Волоконно-оптический датчик деформации (продольного растяжения/сжатия) | |
| SU905628A1 (ru) | Датчик деформаций | |
| US2699069A (en) | Fluid pressure gauge | |
| CN201945274U (zh) | 电机线圈卡尺压力检定装置 | |
| EP0077329A1 (en) | Pressure transducer | |
| US3376735A (en) | Pressure measuring apparatus | |
| Kajikawa et al. | Density measurement of pressure transmitting oil at high pressures up to 100 MPa by changing the vertical position of a precise pressure gauge | |
| RU2223469C2 (ru) | Датчик для измерения амплитуды | |
| JPH06215956A (ja) | 油タンク | |
| RU2222788C2 (ru) | Датчик для измерения виброперемещений | |
| RU2344389C1 (ru) | Тонкопленочный датчик давления | |
| RU2174220C2 (ru) | Тензорезисторный датчик давления | |
| Aydemir et al. | Quality of material tensile test | |
| CN201697742U (zh) | 毛细管熔体压力传感器 |