Датчик продольного усилия в трубчатом элементе

1111777499 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республикпо делам изобретени и открытий(45) Дата опубликования описани 1.8 Авторыизобретени В, Г, Повх, В, Л, Соловьев и П, К. Чуйкобаровский институт железнодорожного траисп 71) Заявитель) ДАТЧИК ПРОДОЛЪНОГО УСИЛИЯ В ТРУБЧАТО ЭЛЕМЕНТЕЗВИАД Изобретение относится к технике измерения сил в различных твердых физических телах по их деформациям с помощью резисторных тензометров, в особенности для измерения профильных усилий в трубах 5 газовых, нефтяных, водопроводных и т. д., находящихся под совместным действием внутреннего давления и внешней осевой нагрузки.Известны датчики для определения про дольного усилия в различных, как сплошных, так и трубчатых, элементах конструкций от действия внешней осевой нагрузки, содержащие продольные и поперечные тензорезисторы, установленные непосредствен но на поверхности тела элемента и образующие смежные плечи измерительного полумоста (моста) 1.При одновременном действии внешней осевой нагрузки и внутреннего давления в 20 трубчатом элементе в измерительной системе вырабатывается сигнал, характеризующий совместное действие внешней осевой нагрузки и внутреннего давления в трубчатом элементе. Недостаток известной конст рукции состоит в том, что при одновременном действии внешней осевой нагрузки и внутреннего давления подобные датчики не позволяют выделить сигнал, характеризующий лишь внешнюю осевую нагрузку. 30 Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство,содержащее тензорезисторы, расположенные на внешней поверхности трубчатогоэлемента перпендикулярно его оси, упругий элемент с тензорезисторами, закрепленный на трубчатом элементе вдоль его оси,и измерительную мостовую схему 12.Схема включения выбрана так, что сигнал измерительной схемы пропорционален приложенной к трубчатому элементу тольковнешней осевой нагрузке.Основным недостатком указанного устройства является необходимость нарушения целостности трубчатого элемента в месте установки датчика, что нецелесообразно или невозможно. Кроме того, конструкция датчика сложна, требует предварительной сборки и установки герметизирующихуплотнителей и содержит детали сложнойконфигурации, Наличие в измерительнойсхеме нерабочих тензорезисторов не позволяет в полной мере реализовать чувствительность датчика,Целью изобретения является повышениеточности измерения без нарушения целостности трубчатого элемента.Это достигается тем, что упругий элемент выполнен в виде концентрирующегостержня с утонченной частью, на которойразмещены тензорезисторы, а геометрические размеры стержня выбраны из соотношения1 ( - 1)35и - р.где Е - длина стержня полная;1 - длина утонченной части стержня; р - коэффициент поперечной деформации, равный отношению относи тельной поперечной деформации в трубчатом элементе к относительной продольной при действии в нем только внутреннего давления;и - отношение площади поперечного 15сечения стержня к площади поперечного сечения его утонченной части, которая принимается минимально возможной и определяется из условия прочности на растяже ние или из условия устойчивости при сжатии. На чертеже схематически изображенпредлагаемый датчик. 25Датчик содержит концентрирующий стержень 1, на утонченной части которого расположены продольные тензорезисторы 2,включенные в противоположные плечи измерительного моста с тензорезисторами 3, З 0расположенными на трубчатом элементе 4перпендикулярно его оси. Длина концентрирующего стержня найдена из условияравенства относительных деформаций продольных и поперечных тензорезисторов при 35действии внутреннего давления в трубчатом элементе.При действии внутреннего давления втрубчатом элементе благодаря .указанномуподбору геометрических размеров стержня 40все тензорезисторы получают одинаковуюпо абсолютной величине и однозначную деформацию, в связи с чем первоначальныйбаланс моста не нарушается.При действии внешней осевой нагрузки 45тензорезисторы получают разнозначную деформацию, и в измерительной диагоналимоста вырабатывается сигнал, пропорциональный внешней осевой нагрузке.Для обеспечения устойчивости утонченного участка концентрирующего стержняпри минимально возможной площади егопоперечное сечение этого участка выполнено в виде двутавра, полки которого одновременно предохраняют продольные тензорезисторы от возможных механических воздействий,Для исключения возможного эксцентриситета приложения внешней осевой нагрузки устанавливают два подобных датчика в диаметрально противоположных точках трубчатого элемента при включении всех тензорезисторов в общую измерительную схему.Введение в датчик концентрирующего стержня и расположение тензорезисторов на стержне и трубчатом элементе позволяет упростить конструкцию датчика, дает возможность устанавливать датчик на трубчатый элемент без нарушения целостности элемента и повысить точность измерений благодаря увеличению чувствительности датчика.Формула изобретенияДатчик продольного усилия в трубчатом элементе, содержащий тензорезисторы, расположенные на внешней поверхности трубчатого элемента перпендикулярно его оси, упругий элемент с тензорезисторами, закрепленный на трубчатом элементе вдоль его оси, и измерительную мостовую схему, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения без нарушения целостности трубчатого элемента, в нем упругий элемент выполнен в виде концентрирующего стержня с утонченной частью, на которой размещены тензорезисторы, а геометрические размеры стержня выбраны из соотношенияр. (и - 1)- игде 1, - длина стержня полная;1 - длина утонченной части стержня; р - коэффициент поперечной деформации, равный отношению относительной поперечной деформации ь трубчатом элементе к относитель ной продольной при действии в нем только внутреннего давления;а - отношение площади поперечногосечения стержня к площади поперечного сечения его утонченной части.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Ренский А. Б, и др. Тензометрирование строительных конструкций и материалов. М., Стройиздат, 1977, с. 76,2. Авторское свидетельство СССР Мо 569882, кл, С 011. 1/22, 23,04.76 (прототип).777499 Составитель СевериР Техред А. КамышниковаРедактор Т, Клюкииа Корректор Н, федорова Типография пр. Сапунова, 2 Заказ 2413/11 Изд.555, Тираж 1 ОЗЗ Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж.35, Раушская наб., д. 4/5