Тензометричний пристрій

Реферат: UA 72221 U UA 72221 U 5 10 15 20 25 30 Пристрій належить до техніки вимірювання механічних величин і може бути використаний для вимірювання маси, сили в різних галузях промисловості. Відомий тензодатчик зусиль, що містить пружний чутливий елемент, виконаний у вигляді циліндра, на зовнішній бічній поверхні якого вздовж та поперек осі симетрії наклеєні та з'єднані в мостову схему тензорезистори, чутливий елемент виконаний двоступінчатим, на кожному ступені в площинах, паралельних осі датчика, виконані рівновіддалені від осі лиски для наклеювання тензорезисторів, на ступені більшого діаметра виконано подовжні лиски, а на другій ступені меншого діаметра виконані поперечні лиски, робочі осі тензорезисторів на меншій ступені паралельні осі датчика, а на більшій - перпендикулярні, відстань поміж поперечними рисками не менша відстані поміж поздовжніми [А.С. СРСР № 1656351, G01L1/22, 1980]. Недоліком цього пристрою є те, що він не дозволяє контролювати якість роботи тензомосту. Прототипом пристрою, що заявляється, є тензометричний пристрій який містить тензоміст з тензорезисторів наклеєних на чутливий елемент, схему перемикання, підсилювач, аналогоцифровий перетворювач, блок обробки даних і джерело живлення, до якого паралельно діагоналі живлення тензомосту підключений зразковий півміст, вихід якого з'єднаний з першим входом системи перемикання, до другого та третього входу якого підключена вимірювальна діагональ тензометричного моста [патент України 11599, G01B7/16, 2006]. Недоліком цього пристрою є те, що для виявлення системної похибки (відхилення показань блока обробки даних від нуля) обов'язково треба забезпечити рівність нулю прикладеної до тензометричного пристрою зовнішньої сили. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення тензометричного пристрою шляхом обладнання його корпусом з шарнірно приєднаним чутливим елементом у вигляді пружно зігнутої плоскої пластини та з тягою, яка дозволяє змінювати кривизну чутливого елементу на протилежну при встановленні величини системної похибки. Поставлена задача вирішується тим, що тензометричний пристрій, який містить тензоміст з тензорезисторів, наклеєних на чутливий елемент, підсилювач, блок обробки даних і джерело живлення, згідно з корисною моделлю, обладнано корпусом, з шарнірно приєднаним чутливим елементом у вигляді плоскої пластини, та тягою, яка охоплює чутливий елемент з протилежних сторін і має можливість рухатися в корпусі в напрямку, перпендикулярному площині чутливого елемента, робочі та компенсувальні тензорезистори тензомоста розташовані по різні сторони, симетрично середині чутливого елемента, а відстань між поверхнями взаємодії чутливого елемента з корпусом менша за розмір чутливого елемента у вільному стані на величину 2h2 , 12L де h та L - товщина та довжина чутливого елемента, відповідно. Прикладення зовнішньої сили, що вимірюється, стискає корпус і з ним чутливий елемент. 35 Сила стискання чутливого елемента Pк  2E L2 (E - модуль пружності матеріалу, l - момент інерції перерізу, L - довжина чутливого елемента) є критичною і може призвести до втрати шарнірно закріпленим чутливим елементом прямолінійної форми. Момент інерції чутливого елемента з прямокутним перерізом визначається залежністю I  bh3 (b, h - ширина та товщина чутливого 12 елементу). Водночас сила стискання змінює довжину чутливого елемента за наступною 40 залежністю P=E F  (F - площа поперечного перерізу,  - деформація чутливого елемента). L Площа перерізу F=b h (В.А. Икрин. Сопротивление материалов с элементами теории упругости и пластичности. - М.: Изд. АСВ, 2004. - 424 с.). Прирівнявши Рк і Р, врахувавши значення перерахованих параметрів, встановимо, що деформація   2h2 12L відповідає критичній силі стискання чутливого елемента. Відстань між опорними елементами менша за довжину 45 50 чутливого елемента на величину 2h2 обов’язково призведе до втрати сталої форми чутливим 12L елементом після його встановлення в корпус - він вигнеться. Вигин може відбутися як в одну, так і в іншу сторону. Оскільки пружний елемент плоский, то прогини в обох напрямках будуть симетричними відносно не зігнутого (плоского) стану пружного елемента. Тягою, яка охоплює чутливий елемент можна змінювати напрямок (знак кривизни) на протилежний, оскільки тяга охоплює чутливий елемент з протилежних сторін і має можливість рухатися в корпусі в напрямку, перпендикулярному площині чутливого елемента. Розташування робочих та компенсувальних тензорезисторів по різні сторони симетрично середини чутливого елемента 1 UA 72221 U 5 10 15 20 25 30 35 призводить до того, що тензорезистори, розташовані на опуклій стороні, внаслідок зміни знаку кривизни чутливого елемента, стають тензорезисторами, розташованими на увігнутій стороні та навпаки. Тобто, фактично робочі тензорезистори стають компенсувальними, а компенсуванні робочими. Це забезпечує зміну знаку сигналу тензомоста та показань блока обробки даних на протилежні без зміни абсолютного значення. Нерівність зафіксованих блоком обробки даних значень зовнішньої сили тиску, визначених до та після зміни знаку кривизни чутливого елемента, засвідчить про наявність системної похибки - зміщення нуля показань блока обробки даних. При цьому, величина похибки становитиме половину різниці визначених абсолютних значень. На фіг. 1 зображена схема тензометричного пристрою, на фіг. 2 зображено тензометричний пристрій. Тензометричний пристрій складається з корпусу 1, в який шарнірно встановлено чутливий елемент 2 та тяга 3, тяга має можливість пересування в напрямку перпендикулярно площині чутливого елементу, на чутливий елемент 2 наклеєні та з'єднані в тензометричний міст робочі 4 і 5 та компенсувальні 6 та 7 тензорезистори, тензометричний міст живиться від джерела живлення 8, з тензомосту знімається та підсилюється сигнал підсилювачем 9 і реєструється блоком обробки даних 10. Пристрій працює наступним чином. До початку використання тензометричного пристрою здійснюють його калібрування. Під час навантаження корпус 1 деформується разом з чутливим елементом 2 та тензорезисторами 4, 5, 6, 7. У разі зростання сили збільшується кривизна чутливого елемента, подовжуються його зовнішні шари. Внутрішні навпаки скорочуються. Відповідно, подовжуються робочі 4 та 5 тензорезистори та скорочуються компенсувальні 6, 7. Зміна довжини тензорезисторів 4-7 зумовлює пропорційну зміну їх електричного опору та зміну сигналу тензомосту, що живиться від джерела живлення 8. Сигнал мосту підсилюється підсилювачем 9 та фіксується блоком обробки даних 10. У разі потреби визначення систематичної похибки тензометричного пристрою, пересуванням тяги 3 деформують чутливий елемент 2 для зміни знаку його кривизни. Після зміни знаку кривизни чутливого елемента 2 тензорезистори 4 і 5 та 6 і 7 змінюють схему деформування на протилежну. Це зумовлює отримання сигналу з протилежним знаком тензомосту і блока обробки даних 10. Похибка дорівнюватиме половині суми результатів виданих блоком обробки даних для двох схем згину чутливого елемента 2. Визначення систематичної похибки без розвантаження тензометричного пристрою піднімає його точність при контролі сил в конструкціях значного терміну використання - в опорах мостів та важких машин, в конструкціях гребель тощо. Підвищення точності визначення навантажень в таких конструкціях піднімає рівень надійності та безпеки їх використання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Тензометричний пристрій, що містить тензоміст з тензорезисторів, наклеєних на чутливий елемент, підсилювач, блок обробки даних і джерело живлення, який відрізняється тим, що він обладнаний корпусом, до якого шарнірно приєднаний чутливий елемент у вигляді плоскої пластини, та тягою, яка охоплює чутливий елемент з протилежних сторін і має можливість рухатися в корпусі в напрямку, перпендикулярному площині чутливого елемента, робочі та компенсувальні тензорезистори тензомоста розташовані по різні сторони, симетрично середині чутливого елемента, а відстань між поверхнями взаємодії чутливого елемента з корпусом менша за розмір чутливого елемента у вільному стані на величину та довжина чутливого елемента, відповідно. 2 2h2 , де h та L - товщина 12L UA 72221 U Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3