Силовимірювальний пристрій

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в метрологической практике для воспроизведения, хранения и передаче единицы силы образцовым средствам измерения (образцовым динамометрам первого разряда, силоизмерительным датчикам и т.п.) в пределах от 103 до 108 Η (102-107 кг). Известно силоизмерительное устройство, содержащее корпус, в котором размещены система рычагов, система нагружения и приспособление для измерения нагрузки (Авдеев Б.А. Поверка машин и приборов для механических испытаний материалов. М. Стандарты, 1969 г., стр. 16, рис.5). Недостатки описанного устройства: а) значительные погрешности, вызванные трением в узлах соединения рычагов с жесткими опорами; б) большие габариты и масса устройства, вызванные необходимостью измерения больших (свыше 49 кН) усилий. Так, например, описанное устройство для измерения усилий до 490 кН имеет массу примарно 6000 кг; занимаемая площадь 5x2 = 10 м, высота 4 м. Удельная металлоемкость (необходимое количество металла для воспроизведения единицы силы Ньютон (Н)): Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является силоизмерительное устройство, содержащее корпус, в котором размещен рычаг первого рода, средство для установки компансационных грузов, средство для измеряемого усилия и индикатор равновесия (Авдеев Б.А. Те хника определения механических свойств материалов. М.: ГНТИЗ Машиностроительной литературы, 1958 г. Стр. 115-118, фиг.75-76). Недостатки описанного устройства: недостаточная точность измерений усилий (0,2%), обусловленная наличием больших потерь энергии для преодоления сил трения в узлах соединения рычагов в процессе измерения. Описанное устройство, кроме того, имеет большие габариты и массу. Так, например, для измерений усилий до 490 кН используют силоизмерительное устройство, имеющее массу 20 т. В основу предлагаемого решения поставлена задача создания такого силоизмерительного устройства, в котором обеспечивалось бы повышение точности измерений за счет понижения влияния сил трения рычагов в опорах и упруги х деформаций рычагов в процессе измерений. Поставленная задача достигается тем, что в известном силоизмерительном устройстве, содержащем корпус, в котором размещены система рычагов первого и второго рода, средство для установки компенсационных грузов, средство для измеряемого усилия и индикатор равновесия, согласно предложению, устройство дополнено подвеской в виде стержня и шарнирной подвеской, состоящей из двух стержней, соединенных между собой шаровым шарниром, причем один конец рычага первого рода соединен с приспособлением для компенсационного груза и с индикатором равновесия, второй конец соединен шарнирной подвеской с одним, концом рычага второго рода, шарнир рычага первого рода шарнирно соединен с корпусом, на втором рычаге второго рода закреплено приспособление для измерения усилий, оси рычагов параллельны горизонту и находятся в одной вертикальной плоскости, а оси подвесок перпендикулярны осям рычагов. В описанном устройстве величина измеряемого усилия (Q) определяется путем трансформирования компенсационного груза через систему рычагов по следующей формуле: Q = I1 x І2 x I3 х I4 -~ x I n x g, где: І1, І 2, І3, І4, ...In передаточные числа рычагов 1, 2, 3, 4...n, включенных последовательно в систему: q трансформируемая сила (Н) или масса (кг) (компенсационный груз); Q - величина нагрузки, полученная путем трансформации величины. Коэффициент трансформации равен Величина q должна быть известна с весьма высокой степенью точности. Коэффициент трансформации зависит от степени точности передаточных чисел рычагов, составляющих заданную многорычажную систему: а) случайных погрешностей, обусловленных трением между призмами и подушечками при их контактах и взаимных перемещениях; б) систематических погрешностей, обусловленных упругими деформациями и погрешностями рычагов при их изготовлении, которые возможно исключить или учесть в процессе измерения. Последовательное соединение рычагов при образовании многорычажных систем позволяет прогнозировать случайные погрешности вновь создаваемых устройств, применяя метод экстраполяции. Повышение точности в предлагаемом устройстве достигается за счет снижения потерь энергии (работы), затраченной на преодоление сил трения, возникающих в узлах соединения рычагов при их взаимном перемещении в процессе измерения. Соотношение потерь энергии для преодоления сил трения в однорычажной системе (прототип А однорычажная система) к многорычажной системе при прочих равных условия х определяется по следующему выражению: где: η - количество рычагов многорычажной системы, соединенных последовательно; 10 = І1= І2 = І3 = І4 =...I n передаточное число каждого из рычагов системы. Как следует из этого выражения, чем больше число рычагов, тем больше будет это соотношение, так как число рычагов является показателем степени передаточного числа 10n-1, входящего в числитель, а в знаменателе n входит линейно. Сущность решения поясняется при помощи чертежа, на котором приведено схематическое изображение предлагаемого устройства. Силоизмерительное устройство содержит корпус 1, в котором установлены рычаги первого и второго рода, рычаг первого рода 2 с закрепленным на одном конце приспособлением 3 для компенсационного груза 4 и индикатором равновесия 5, второй конец рычага 2 соединен шарнирной подвеской 6 с одним концом рычага второго рода 7, шарнир 8 рычага первого рода 2 шарнирно соединен с корпусом 1. На рычаге второго рода 7 закреплено приспособление 9 для измеряемого усилия Q, оси рычагов 2 и 7 параллельны горизонту, а оси подвесок 6 и 10 перпендикулярны осям рычагов, подвеска 10 выполнена в виде стержня и соединяет короткое плечо рычага 2 с корпусом 1 через шаровую опору 11, подвеска 6 выполнена в виде двух стержней 12 и 13, соединенных между собой шаровым шарниром, один конец подвески 6 соединен с коротким плечом рычага 2 первого рода, а второй - с длинным концом рычага второго рода 7. Силоизмерительное устройство работает так: на приспособление 9 помещают измеряемый груз Q, рычаги 2 и 7 приводят в равновесие при помощи компенсационных гр узов 4, при этом рычаги 2 и 7 становятся параллельными горизонту; полную компенсацию регистрируют по показателю индикатора 5 (стрелка индикатора указывает "0"). Повышение точности измерения достигается за счет снижения потерь энергии (работы) на преодоление трения в узлах подвесок 6, 8, 10 и 11, соединяющих рычаги 2 и 7. Сравнение потерь энергии (h) на преодоление трения в однорычажной системе Потери энергии в многорычажной системе на два порядка меньше по сравнению с прототипом; следовательно и точность измерения будет в таком же соотношении.