SU1701255A1 - Устройство дл измерени давлени по опорной поверхности - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к легкой промышленности , в частности к обувной, и может быть использовано при измерении давлени  стопы на опорную поверхность. Устройство выполнено в виде вкладной стельки со сквозными отверсти ми по исей поверхности. Устройство снабжено датчиками , состо щими из токопровод щего материала оболочки и обкладок. Токопрово- д щий материал заключен в оболочку из упругого материала. Обкладки датчика выполнены из пружинной стали. Датчики выполнены в форме усеченных конусов. Верхний диаметр датчика соотноситс  к нижнему диаметру как 1 0,9 и высота датчика к его верхнему диаметру как 10,5-2. При этом упругие свойства вкладной стельки и датчика на сжатие одинаковы. 2 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к легкой промышленности , а именно к измерительным устройствам и приспособлени м дл  обмера ног.

Известен тензометрический датчик, состо щий из пакета пластин из электропроводной бумаги, металлических обкладок, между которыми установлены упругие противодействующие элементы, возвращающие пластины е исходное положение, принцип действи  которого основан на изменении контактного сопротивлени  пакета электропроводной бумаги под действием давлени  на датчик.

Недостатком этого датчика  вл етс  низка  точность измерени  в св зи с малой деформируемостью электропроводной бумаги и большим гистерезисом датчика.

Известно также устройство, которое содержит набор датчиков, установленных внутри обуви (на вкладной стельке). Датчики садержат пакет токопровод щей резины,

заключенной между обкладками к которым припа ны выводы. При уста-човке стопы на датчики под действием давлени  он сжимаетс  и измен етс  сопротивление электропровод щей резины, по котором/ определ етс  величина давлени  стопы. Датчики имеют пр моугольную форму и устанавливаютс  на вкладную стельку Толщина датчика 1.25 ± 0,05 мм, линейные размеры 12x14 MN«

К недостаткам описанного устройства относитс  низка  точность измерени  за счет крупного линейного габарита датчика, не дающего достаточное количество точек измерени , а также за счет маленькой толщины датчика, не воспринимающей давление , так как деформаци  детали обуви от воздействи  стопы достигает 5-10 мм. Кроме того, измер етс  давление стопы не на стельку, а на датчик, который имеет упругие характеристики, отличающиес  от пакета деталей низа К недостаткам относитс 

XI

О

N3 СЛ СЛ

большой гистерезис, тохопровод щей резины , а также .,е,оО(ЛОгичма -1 хесткссгь фольги дл  равномерной передачи /давлени , Пр моугольна  форма /заfмига дзет неравномерную возвращающую нагрузку.

Цель изобретени  -- повышение точности измерени  и удоЬстч пользовани .

Поставле-та  цель пос ч аетс  тем, что

0устройстве дл  измерени  д з зленм  стопы по опорной г-оверхн .т.т л. содержащем набор датчиков дл  юзмзоени  давлени , каждый v,3 которых с ос т И г -is обкладок, гокопровод  ча Е; упзугого элемента , датчики аыпслннны FI форме усеченных КОНУСОВ прм COOIi.OHjOHi i / ЕХЗрХНвГО И

нижнего диамет оз , П, высота датчика этносмтс  его верхнему диаметру как

1;0,5-2, при э;ом устройс гво дополнительно снабжено зломентогч дл  размещени  дэт- чикоз, выполненные по форме вкладной стельки, имеющей сквозные отверсти  по всей поверхности, соотае - стоующие форме датчиков, поймем упоупде свойства на сжатие элемента и датчика одинаковы.

На фиг, 1 изображена схема размещени  датчиков; на фиг, - конструктивна  .хема датчика.

Датчика о- сы-еозныхотвер- ли х 2 элемс i;; 3 (.- и), предназначенном дл  и- уптз- о-хи IVP, чтоб верхн   4 и чмжч   5 плоскости датчика совпадали с ;.оотва(гл оующими плог,ог/. пни стельки 3, причем продольное сзчссие д тчиха 1 име- эт форму ко:;усз,   подопечное - форму (фИГ,1).

Датчик I дзн/(,-15 v,o.TOin из пакета элек ропровод и ей 6, включенной а опоаву viо упругого мэчериапа (полиурета- ча) 7, гфичем оправа соединена с ЗП резиной 6 клеены.-1 соединением В. ЭП резина 6 в оправе 7 пкнюче а обкладками 9 из пру чинний стали, к которым припа ны выводы 10 (фиг,2).

При на гружен им устройства стопой про- исхсчит деформаци  степьки 3 датчиком 1, который измен в свое контактное сопротивление , отп аоирс8а м2о на давление. По изменению сопротммлени  рассчитываетс  значение давпенм  етп роти И 2 и датчики 1 имеют форму конуса дл  удержани  дгтчихй ( сге/ibuc З (ф лг,1). Соотношение азохнего и нижнего (по отнс леиию к стельке 3} /диаметре датнмкг: раьно /5/7- 5/fl/, которое не поз13ог /п датчику опуститьс  ь лхе уровн  стсл .кп npie установке и работе, Поперечное сечение датчика 1 имеет круглую форму, IM O o5ccneu«tT более простое изготовление I,C-|I .KS и раономерное распредслен ле даалзнн ,

Наибольший диаметр датчика составл ет 4-6 мм, а высота 8-10 мм, что дает повышение чувствительности датчика, так как деформаци  стопой материалов низа достигает 10 мм, а выбранный диаметр обеспечит большое количество точек измерени . При исследовании материалов деталей низа малой жесткости требуетс  больша  высота датчика, при большой - меньша , так как

деформаци  стог.ой будет меньше. Интео- вЗл изменени  соотношени  между диаметром и высотой датчика составл ет 1:0,5-2. Количество датчиков 1 определ етс  целью исследовани . Дл  точного измерени  давлени  обща  площадь датчиков должна относитс  к площади стельки (элемента их

g размещени ) Зэ как , дл  оценочного

03

эксперимента это соотношение можег быть

уменьшено до 0,1.

Чтобы параметры датчика не вли ли на измерени , модуль упругости всех его элементов должен быть равен модулю упругости стельки, на которую измер етс 

давление стопы, Стелька может быть выполнена от пенистого полиуретана (модуль упругости Е равен 6 МПа) до стелечной кожи (Е равен 80 МПа).Вариацию свойств элементов датчика в соответствии с материалом

стельки моха ю осуществить за счет подбора модулей упругости оправы из полиуретана при заданном материале токопровод щей резины и кле . При смене материала стельки датчики переставл ютс  в другой элемент , подготовленный дл  исследовани .

Пример, Длл того, чтобы не измен ть свойства системы деталей низа при измерении давлени , т.е. дл  устранени  вли ни  параметров датчика на точность измерений,

г-юдуль упругости на сжатие датчика Е должен быть равен модулю упругости участка стельки, вместо которого датчик установлен .

Расчет можно произвести через жест5 кость на сжатие элементов датчика и стельки .

Жесткость С определ етс  по формуле.

50

Р L h

()

где Е - модуль упругости на сжатие, МПа;

А - площадь поперечного сечени  элемента , мм ;

h высота, мм.

Датчик представл ет собой систему параллельно-последовательно соединенных материалов, жесткость которого рассчитываетс  следующим образом1

+ С2 + Сз + 2

(2)

С - жесткость датчика, Н/мм;

Ci - жесткость электропровод щей резины , Н/мм;

С2 - жесткость клеевого соединени , Н/мм;

Сз жесткость оправы из полиуретана, Н/мм;

Сз - жесткость обкладок, Н/мм.

Зададимс  геометрическими параметрами датчика и материалами: верхний диаметр датчика d3 бмм, диаметр элемента из электропровод щей резины мм; толщина металлической обкладки ,1 мм, высота датчика мм (фиг.2). Известны модули упругости:

МПа (стелична  кожа), ,3 МПа (токопровод ща  резина), ,9 МПа (клеева  пленка-наприт), Е/Н),985x10 МПа (степень обкладки).

Рассчитаем жесткость полиуретана, задавшись прин тым условием равенства упругих характеристик датчика и материала стельки, так как жесткость металлических обкладок С4 в формуле (2) находитс  в зна- 2

менателе значение

 вл етс  адалой величиной и практически не измен ет значение жесткости всей системы датчика, следовательно, жесткость обкладок не вли ет на жесткость датчика. Это подтверждаетс  расчетом

Сз С - Ci - С2 - -

Е A Ei Ai Е2 А2 2 I

I

I

Е/) А4

EjrdS Ei3rd3 E2Jr(dS-d) 4 4141

8

753,6-53,42ЕА п d

-2,86-0,072 10 698,31 (Н/м); Е °з Сз I 4 Аз 7r(d§-d§)

-в -31;3 .84 (МПа).

3,14()

Модуль упругости упругой возвращающей оправы должен быть равен: ,84 МПа. что обеспечивает равенство упругих характеристик датчика и материала стельки 5 (элемента дл  размещени  датчика)-в примере рассмотрена стелечна  кожа.

Предлагаемое устройство может быть использовзне при анализе степени комфортности низа обуви, одним из факторов кото- 0 рой  вл етс  распределение давлени , а также при разработке комфортного низа обуви с заданным распределени  давлени .

Преимущества предлагаемого устройства перед известным заключаетс  в повы- 5 шении точности измерени  за счет увеличени  числа точек измерени , круглой формы поперечного сечени  датчика, устранении вли ни  датчика на показани  измерений , повышении удобства пользовани  0 датчиком, з также в уменьшении петли гистерезиса датчика.

В лабораторных услови х используетс  пиатографин дл  исследовани  распределени  давлени  (базовый способ). По срав- 5 нению с базоаым предлагаемый способ имеет следующие преимущества: возможность получени  численных знаиений давлени  стопы; возможность исследовани  распределени  ,аг-леки    обуви; изучение 0 распределени  дчвпечи  при сменных материалах деталей пМЗЭ,

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  давлени  по

   5 опорной поверхности, содеожащее вкладную стельку и набор датчиков, каждый из котооых сосюит из токопровод щего материала и обкладки, отличающеес  тем, что, с целью повыи.энич точь ости измере0 ни , стабильности и удобства пользовани , вкладна  стелька выполнена со сквозными отверсти ми по всей поверхности дл  установки в них датчиков, каждый из которых выполнен в форме усеченного конуса при

   5 соотношении его верхнего и нижнего диаметров 1.0,9, и высоты датчик к его верхнему диаметру 1.0.5-2,0, причем токопровод щкй материал заключен в оболочку из упругого материала, а обкладка

   0 каждого датчика еь-потнена из пружинной стали, npv1 этом упругие свойства вкладной стельки л дэтчи.сз на сжатие одинаковы.

   У,2

   «Put i