SE504236C2 - Tryckmätande mätaggregat - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 504 236 2 Uppfinningen i sammanfattning Ett syfte med föreliggande uppfinning är att undan- röja ovan angivna problem med indirekta mätmetoder. Syf- tet uppnås genom att uppfinningen erhållit de i patent- kraven 1 respektive 2 angivna särdragen. Genom dessa sär- drag har uppfinningen ocksà erhållit andra förbättrade egenskaper, vilka framgår av beskrivningen nedan och de efterföljande patentkraven. I en särskilt föredragen ut- föringsform modifieras och vidareutvecklas ett i och för sig känt så kallat luftlager. Sättet och anordningen en- ligt uppfinningen är särskilt lämpliga för användning in- om reologin, dvs mätning av ett ämnes viskoelastiska egenskaper.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med hjälp av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritning- ar, på vilka FIG 1 år en principiell tvärsektionsvy av en anordning utförd enligt uppfinningen, FIG 2 visar schematiskt anordningen enligt FIG 1 i sam- verkan med mätkroppar i ett reologiskt mätaggre- gat.

FIG 3 visar schematiskt anordningen enligt FIG 1 i sam- verkan med mätkroppar i ett reologiskt mätaggre- gat av annat utförande än det i FIG 2 beskrivna, FIG 4 visar ett alternativt utförande med både axial- luftlager och radialluftlager, FIG 5 visar ett alternativt utförande för mätning av olika egenskaper hos stavar och .nu a 10 15 20 25 30 504 2361 3 FIG 6 visar ett utförande av en anordning enligt upp- finningen för mätning radiell belastning och för- skjutning.

Beskrivning I utföringsexemplet enligt FIG 1 innefattar en anordning enligt uppfinningen en långstrâckt axel 10, vilken är vridbart lagrad i ett luftlager. Luftlagret innefattar en kropp 15, som består av två ringformade delar, vilka om- sluter partier av axeln 10, så att en luftspalt 11 bildas- mellan axeln 10 och kroppen 15. Kroppen 15 är luftgenom- släpplig och är lämpligen utförd porös, t ex av grafit.

Luftspalten 11 fungerar också som luftlager för axeln 10.

Mellan kroppens 15 båda delar utsträcker sig ett ra- diellt från axeln 10 utskjutande parti i form av en rotor med en rotorskiva 12. I det visade utförandet är rotorn 12 ringformad med två axiellt motstàende sidor, eller ytor, 16;17 och har samma ytterdiameter som kroppen 15.

Gas under övertryck tillförs kroppen 15 pà konventionellt sätt. Kroppen 15 med sina båda delar omsluts av ett hölje 21, genom vilket kanaler 13 löper som genomgående hål för returluft. ' Ett flertal axiellt förlöpande andra kanaler 14 är anordnade i kroppen 15 med axiellt mot båda sidorna 16;17 hos det radiellt utskjutande partiet 12 riktade mynningar l9;20. Mynningarna l9;20 bör vara upptagna mittför var- andra för att den efterföljande tryckmätningen ska bli korrekt. I det visade utförandet är tryckmâtningsorgan i form av en differenstryckgivare 18 förbundna med mynning- arna l9;20 för mätning av tryckskillnaden mellan trycken på det radiellt utskjutande partiets 12 båda sidor 16;17. _ m 504 256 10 15 20 25 30 4 När luft, eller någon annan gas, tillförs kroppen 15 via kanaler 28, fördelas luften i kroppen 15 och strömmar genom den och ut via dess porer eller öppningar, sä att en tryckfilm byggs upp, vilken bär rotorn 12 och även tillåter en mekanisk belastning på denna, utan att meka- nisk kontakt uppstår mellan rotor och stator. Det av- stånd, den luftspalt, som föreligger mellan rotor och stator uppgår till i storleksordningen 0,1mm eller mind- re. När rotoraxeln är obelastad, intar skivan 12 ett läge som ger samma tryck på båda sidor om skivan. Överensstäm- melsen i tryck medför dock inte nödvändigtvis att luft- spalten är lika stor på båda sidorna. Däremot är tryck- kraften på skivan 12 lika stor på båda sidor.

Om axeln 10 påverkas av en axiell kraft, t ex i pi- lens F riktning, strävar axeln och dess radiellt utskju- tande parti efter att röra sig i pilens riktning, så att luftspalten på undersidan minskar. Härigenom kommer trycket mellan ytan 17 och den nedre av kroppens 15 båda delar att höjas. Spalten på översidan ökar med trycksänk- ning som följd. Därvid uppstàr tryckskillnad mellan trycken utanför partiets 12 båda ringformade ytor. Tryck- skillnaden är direkt relaterad till den axiella kraften.

Genom att bestämma arean på partiets 12 båda ringformade ytor och mäta tryckskillnaden kan ett värde på kraften direkt bestämmas.

FIG 2 visar schematiskt ett praktiskt utförande med mätaggregatet innefattande en konventionell reologisk mätcell. Axeln 10 är i en första ände förbunden med en första mätkropp 22 i form av en cirkulär platta. En andra mätkropp 23, som utgörs av en cirkulär fast platta, är förbunden med den första mätkroppen 22 via ett provmedium 10 15 20 25 30 504 236 5 24. Mätaggregatet enligt FIG 2 används för mätning av provmediets 24 viskoelastiska egenskaper.

Genom att även inkludera mätresultatet beträffande tryckskillnad och axiell kraft i den reologiska mätningen kan erhållas ett betydligt säkrare och mer innehållsrikt mätresultat. Vid denna typ av mätning är det också van- ligt att provmediet 24 behöver utsättas för en noga kon- trollerad tryckökning. En sådan blir möjlig genom fortlö- pande mätning av den axiella kraften och styrd avstånds- förskjutning mellan monteringsplan 39 och 40.

I FIG 3 visas ett mätaggregat, som innefattar en re-- ologisk mätcell av mera utvecklat utförande. Provmediet 24 är i detta utförande inneslutet i en provkammare 25, vilken avgränsas av den andra mätkroppen 23 och spalten 11. Genom vidmakthállande av övertryck i spalten 11 åstadkoms trycksättning av provmediet.

Provmediet är inneslutet i en provkammare, vilken avgränsas av den yttre cylinderformade mätkroppen 23 och ett mätkroppen tillslutande lock med en kring axeln 10 anordnad, under övertryck stående spalt. Den yttre mät- kroppen 23 är skruvad i locket och tätad med en O-ring.

Spalten är upptagen i en första öppning i locket.

Axeln 10 löper också genom en i förhållande till spalten i axelns 10 axialriktning mot den första mätkroppen 22 förskjuten andra öppning. Skillnaden mellan axelns 10 yt- terdiameter och den andra öppningens innerdiameter är un- gefär 0,2 mm.

Ett utrymme i form av en förkammare 26 är utfört mellan spalten och den andra öppningen. Förkammaren 26 trycksåtts via spalten och en mellan förkammaren 26 och spalten i locket utförd tredje öppning. Mellan provkamma- 504 236 10 15 20 25 30 ren 25 och förkammaren 26 är anordnat ett axeln 11 omslu- tande vätskelàs 27.

Trycksättningen av mätcellen àstadkoms pá följande sätt. Gas, företrädesvis luft, tillföres bussningen eller spalten under övertryck via ett tryckinlopp 28. Luften tränger ner genom den tredje öppningen till förkammaren 26. Trycket i förkammaren blir något lägre än trycket i tryckinloppet 28. Tryckskillnaden mellan förkammaren 26 och atmosfärstrycket kan vara stor, och en del luft kom- mer också att via spalten läcka ut till atmosfären, men eftersom spalten utgör stort luftmotstånd blir läckaget förhållandevis litet.

Vätskeláset 27, som i det visade utförandet innefat- tar ett lodrätt från locket utskjutande hylsformat ut- språng, har till funktion att förhindra ventilering av provkammaren. Trycket i provkammaren är lika med trycket i förkammaren. För att förhindra att känsliga prover oxi- derar kan inert gas injiceras direkt i förkammaren 26 un- der visst övertryck. Detta kan ske genom särskild öppning in i förkammaren, eller genom ett normalt tillslutet drä- neringshàl. Den inerta gasen kan också tillföras via en öppning, som är upptagen i locket för att möjliggöra mät- ning av trycket i förkammaren och därmed i provkammaren.

En drivmotor 37 driver axeln 10. Olika delar av axeln 10 är förbundna med varandra via en chuck 38.

Som framgår av FIG 3 är mätaggregatet uppdelat i en övre del med drivmotorn 37 och en undre del med mätkrop- parna. Den övre delen är fäst i ett första monteringsplan 39, och den undre delen i ett andra monteringsplan 40.

Avståndet mellan monteringsplanen är inställbart.

I det alternativa utförandet enligt FIG 4 är anord- nade separata axialluftlager 26 och radialluftlager 27. 10 15 20 25 30 236 504 7 Gas under övertryck tillförs axialluftlagren 26 via förs- ta kanaler 28 och radialluftlagren 27 via andra kanaler 29. Retur- eller överflödsgas avgår dels från kanaler 13 och 30 och dels som läckage kring axeln 10. Gasuttag 31, 32, 33 och 34 är_utförda i axialluftlagren 26 mitt för varandra på båda sidor om skivan 12. Lämpligtvis är gasuttagen också utförda parvis radiellt motstående var- andra och på halva radien ut från axelns 10 centrumlinje.

Gasuttagen torde därvid komma att ligga där trycket är som högst. Samtliga gasuttag 31, 32, 33 och 34 mynnar i utjämningskammare 35 och 36, i vilka en form av medelvärf de för trycket i spalten mellan skivan 12 och lagren er- hålls. Därmed blir mätningen mindre beroende av andra störande belastningar, t ex krafter som angriper vinkel- rätt mot axeln 10. Tryckskillnaden mäts sedan mellan de båda utjämningskamrarna med en differenstryckgivare, vars utsignal blir proportionell mot kraften och vars polari- tet anger riktningen (dragkraft eller tryckkraft). Efter- som en given axiell kraft på axeln måste balanseras av en motsvarande tryckskillnad i axiallagret blir givaren obe- roende av måttliga variationer i trycket in till luftlag- ret.

Det är också möjligt att uppnå omvänd effekt. Om lufttrycket in till luftlagret hålls konstant kan givaren användas för att mäta axiell förskjutning av rotorn i statorn. För sådan mätning erfordas kalibrering.

I samtliga utföranden av mätaggregat enligt uppfin- ningen kan tryckmätningen ske på alternativa sätt. Det är t ex möjligt att anordna tryckgivare i kroppen 15, eller i direkt anslutning till partiet 12. Trycken på båda si- dorna om partiet 12 kan också mätas var för sig, varvid 504 236 8 10 15 20 25 30 ett värde på tryckskillnaden mellan sidorna bestäms med beräknings- eller styrorgan, t ex en processor.

Utförandet enligt FIG 5 är avsett för tillämpningar med mätning av olika egenskaper hos stavar, framför allt elastiska egenskaper. En stav 41 är förbunden med axeln 10 och är anordnad invändigt i en kammare 42, vilken fun- gerar som en ugn. Ugnen värms upp pà styrt sätt till öns- kad temperatur genom ett icke visat värmeaggregat. Sta- vens 41 olika egenskaper mäts vid olika temperaturer.

När temperaturen i ugnen ökar, utvidgas staven 41 och axiella krafter uppkommer i axeln 10. Dessa axiella krafter påverkar mätningen. Vid vissa typer av mätningar- tas hänsyn till de axiella krafterna, men i andra till- lämpningar är krafter oönskade. Krafterna kan också bli så stora att luftlagret kan skadas. Genom att fortlöpande mäta de förekommande axiella krafterna blir det möjligt både att inbegripa dem i mätningen i övrigt och att un- danröja uppkomst och verkan av dem. Det senare uppnås ge- nom att signalen frán tryckmätningsorganet 18 styr längdförskjutningsorgan, som förändrar avståndet mellan monteringsplanen 39 och 40.

I utförandet enligt FIG 6 är kroppen 15 utförd med radiella mot axeln riktade kanaler med mynningar 19,20 pà motstáende sidor om axeln 10. Ytterligare två kanaler med mynningar är utförda i rät vinkel mot de förstämnda myn- ningarna 19,20. Det i FIG 6 ritade kraftdiagrammet il- lustrerar, att en radiell kraft som påverkar axeln 10 kommer att medföra tryckskillnader på ömse sidor om axeln på motsvarande sätt som beskrivits ovan. En första tryck- skillnad erhålls som ett resultat av en kraft som verkar i linje med en första radie, och en andra tryckskillnad erhålls som ett resultat av en kraft som verkar i linje 10 504 236 med en mot den första radien vinkelrät andra radie. De uppmätta tryckskillnaderna motsvarar tvà vinkelrätt ver- kande kraftkomposanter Fl och FI, vilkas resultant mot- svarar den verkliga kraften F.

Liksom i de ovan beskrivna utförandena kan utföran- det enligt FIG 6 användas för bestämning av axelförskjut- ning, i detta fall dock i radiell riktning i stället för i axiell riktning, som alternativ till bestämning av den angripande kraften.

De i olika tillämpningar använda luftlagren och kroppen 15 kan också vara utförda av så kallad ”jettyp”,- dvs de är utförda med ett flertal hål, genom vilka gas under övertyck tillförs. Inflödet sker därvid i diskreta punkter.

Claims (9)

n; 504 236 10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. Sätt vid mätning av axiella på en axel (10) verkande krafter, k ä n n e t e c k n a t av att sidorna hos ett radiellt frán axeln (10) utskjutande parti (12) tillföres gas under övertryck, att gastryck byggs upp mellan två motstàende sidor (16;17) hos det radiellt från axeln (10) utskjutande partiet (12) och åtminstone en utanför sidorna (16;17) anordnad gasgenomsläpplig kropp (15), att en tryckskillnad mellan gastrycken pà de motstàende - sidorna (16;17) bestäms och att den mot axeln verkande axiella kraften bestäms som k*AP, där k är en konstant och AP är tryckskillnaden mellan gastrycken pà de båda sidorna (16;17).

2. Mätaggregat, innefattande en vridbar axel (10), för mätning av axiella på axeln (10) verkande krafter k ä n n e t e c k n a t av att en åtminstone en gasgenomsläpplig kropp (15) är an- ordnad kring axeln (10) med en under övertryck stå- ende spalt (11) mellan axelns yttre mantelyta (10) och kroppen (15), I att axeln (10) är försedd med ett radiellt utskjutande i kroppen (15) med spel upptaget parti (12) med två axiellt motstàende sidor (16;17), att organ är anordnade för tillförsel av gas under över- tryck till kroppen (15), att tryckmätningsorgan (18) är anordnade för mätning av tryckskillnaden mellan trycken pà det radiellt ut- skjutande partiets (12) båda sidor (16;17), varvid lO 15 20 25 30 504 236 ll tryckskillnaden utgör ett mått pà den på den axiella axeln (10) verkande kraften.

3. Mätaggregat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att ett flertal axiellt förlöpande andra kanaler (14) är anordnade i kroppen (15) med axiellt mot båda sidor- na (l6;l7) hos det radiellt utskjutande partiet (12) riktade mynningar (l9;20) och att de andra kanalerna (14) är förbundna med tryckmåt- ningsorganet (18).

4. Mätaggregat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att kroppen (15) är omsluten av ett tätande hölje (21).

5. Mätaggregat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att kroppen (15) innefattar åtminstone en porös gasge- nomsläpplig bussning.

6. Mätaggregat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att axeln (10) i en första ände är förbunden med en första mâtkropp (22) och att en andra mâtkropp (23) är förbunden med den första mätkroppen (22) via ett provmedium (24) för mätning av provmediets (24) viskoelastiska egenskaper.

7. Mätaggregat enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att provmediet (24) är inneslutet i en provkammare (25), vilken avgränsas av den andra mätkroppen (23) och spalten (ll), varvid övertrycket i spalten (ll) med- för att provmediet försätts under tryck. 504 236 10 15 20 25 30 12

8. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att kroppen (15) är förbundet med en första monterings- platta (39), att axeln (10) är förbunden med en andra monteringsplat- ta (40) och ~ att den första monteringsplattan (39) och den andra mon- teringsplattan (40) är inrätta rörliga i förhållande (10) till varandra i axelns axialriktning i beroende av uppmätta axiella krafter i axeln (10).

9. Sätt vid mätning av radiella på en axel (10) verkande' krafter, k ä n n e t e c k n a t av att den yttre mantelytan hos axeln (10) tillföres gas under övertryck, att gastryck byggs upp i ett utrymme mellan mantelytan och åtminstone en mot mantelytan angränsande gasge- nomsläpplig kropp (15), att en första tryckskillnad mellan gastryck på två förs- ta radiellt motstàende partier av utrymmet bestäms, att en andra tryckskillnad mellan gastryck på två andra radiellt motstàende partier av utrymmet bestäms, varvid de första och de andra partierna är anordnade vinkelrätt i förhållande till varandra, att en resulterande tryckskillnad bestäms som skillnaden mellan den första och den andra tryckskillnaden och att den mot axeln verkande radiella kraften bestäms som k*AP, där k är en konstant och AP är den resulteran- de tryckskillnaden.