Датчик нормальных напряжений

ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ шных средАН СССР СС 98(57) Иэотельной чност ний в 00(1 7 иа.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕ 0 ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ ПРИ ГКНТ СССР(71) Институт механики сплУральского научного центра(56) Заявка ФРГ У 3135315,кл. С 01 Т. 1/26, 1983.Авторское свидетельствоУ 440573, кл. С 01 1. 1/22,ЧИК НОРМАЛЬНЬБ НАПРЯЖЕНИЙ ретение относится к иэмери ехнике и поэволяет повысит иэмерения нормальных напря плошных средак эа счет ком,80149388 пенсационного метода иэмереныя. Да чик нормальных напряжений, содержащий корпус 1, силовоспринимающую площадку 2 и эадатчик компенсирующегоусилия, выполненный в виде двух концентрических со штоком 6 сильфонов 9и 1 О, каждый иэ которых соединен содним концом с корпусом 1, а другим -со штоком 6, при этом полости междукорпусом 1 и внешним сильфоном 9,между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 1 О соединены с источниками компенсирующего давления череэ магистрали 16 и 17 соответственно, Полость между внутренним сильфоном 1 О и штоком 6 эаполнена диэлектрической жидкостью 19 и сообщена срасширителем 18, компенсирующим тем1493886 30 пературные расширения. Углубление вкорпусе 1, в котором расположена силовосприннмающая площадка 2, заполнено эластичной упругой средой 3,равномерно разпределяюшей измеряемоенапряжение и не вносящей искажениев передачу напряжения на площадку 2,Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для 15исследования постоянных или медленно меняющихся нормальных напряженийили давлений в сплошных средах -жидкостях, сыпучих или твердых телах, например, для исследования напряженного состояния сред с упругимиили вязкоупругими свойствами.Цель изобретения - повышение точности измерения нормальных напряжений. 25На фиг,1 схематически изображенопредлагаемое устройство; на фиг,2место опирания воспринимающей площадки на корпус,Датчик содержит корпус 1, вуглублении которого с зазором по боковой поверхности помещена воспринимающая площадка 2. Зазор выполненэластичной упругой средой 3, покрывающей и внешнюю поверхность площадки 2. По внутренней поверхности площадка 2 оперта на корпус 1 посредством двух расположенными последовательно контактных колец 4 и 5, одно изкоторых 5) скреплено с корпусом 1, 40а друге (4) - с площадкой 2. Площадка 2 соединена через шток 6 и изолирующую прокладку 7 с днищем 8 источника компенсирующего усилия, образованного сильфонами 9 и 10, а через изог.ирующую прокладку 11 иупор 12 - с арретиром 13, опирающимся на крышку 14Воспринимающая площадка 2 через шток 6 соединена сэлектрическим выводом 15. Полость,образованная между внешним сильфоном 9 и внутренним сильфоном 10, сообщается с магистралью 16 компенсирующего давления Р, а полость, образавайнап между корпусом 1 и внешним 55сильфоном 9, сообщается с магистралью 17 компенсирующего давления Р .Между штоком 6 и внутренним сильфоном 10 расположена полость, которая Дпя фиксации момента компенсациишток 6 электрически изолирован откорпуса 1, его свободный конец снабжен арретиром 13, а на дне углубления в корпусе 1 расположены электрические контакты 4 и 5. 2 з.п,ф-лы,2 ил. сообщается с полостью,в которой установлены контактные кольца 4 и 5, расширительным устройством 18 и заполнена диэлектрической жидкостью 19. Между площадкой 2 и корпусом 1 размещается герметизирующее антиадгезионное кольцо 20. На наружной поверхности корпус 1 имеет резьбу, которой он крепится в стенке 21 установки, заполненной рабочей. средой 22.Датчик работает следующим образом.В исходном нерабочем состоянии крышка 14 вывинчена так, что сцепленный с ней арретир 13 через упор 12, прокладку 11 и шток 6 плотно прижимает площадку 2 через кольца 4 и 5 к корпусу 1. Сила прижатия такова, что нормальные напряжения б, возникающие в среде 22, не могут нарушить контакт площадки 2 с корпусом 1 через кольца 4,5. Наличие контакта контролируется замыканием электрической цепи вывода 15 на корпус.Для перевода датчика в рабочее положение необходимо подать в магистраль 16 компенсирующее давление Р максимальной величины, необходимой для удержания площадки 2 в прижатом состоянии при любых значениях б и завинтить крышку 14, отводя арретир 13 от упора 12. При этом будет восстановлена герметичность полости между корпусом 1 и внешним сильфоном 9, сообщающейся с Ьневмомагистралью 17. Электрическая цепь вывода 15 останется замкнутой на корпус, площадка 2 неподвижной.При измерении производится постепенное снижение величины компенсирующего давления Р . Если происходит размыкание электрической цепи между выводом 15 и корпусом, то дальнейшее снижение давление прекращают и фиксируют величину компенсирующего давления, соответствуюшего моменту размыкания цепи. Далее, увеличивая510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 5 149 компенсирующее давление, регистрируют момент замыкания контактов и вновь фиксируют величину давления. Полученные значения компенсирующего давления должны практически совпадать, а в случае небольшой разницы в качестве результата выбирается среднее арифметическое. Если же размыкания контактов 4 и 5 не происходит до полного сброса давления Р, , значит на площадку действует сжимающее на- пряжениеД .В этом случае магистраль 16 сообщается с атмосферой, а компенсирующее давление подается в магистраль 17. Аналогично предыдущему случаю регистрируют величину компенсирующего давления Р в момент замыкания и размыкания контактов 4 и 5 и вычисляют результат, только измерения ведут при постепенному увеличению давления Рц до момента срабатывания, а затем при его уменьгении. Измерение заканчивается сбросом давления Р и подачей максимального давления Р,.Полученное значение компенсирующего давления Румножают на коэффициент К 1, если компенсация проводилась давлением Р,и на К , если компенсация проводилась давлением Р . Коэффициенты К, и К представляют собой отношения эффективных площадей сильфонного преобразователя давления и воспринимающей площадки и равны К= (Я, - Я)/Я, а К Я /Я, где Я - эффективная площадь воспринимающей площадки; Я, - эффективная площадь внешнего сильфона и Я - эффективная площадь внутреннего сильфона. Значения К и К определяются конструктивными размерами элементов и уточняются при градуировке датчика. Если компенсация осуществлялась давлением Р то напряжению б приписывается знак плюс - растяжение, а если компенсация осуществлялась давлением Р, то результату приписывается знак минус-сжатие.Отделение площадки по боковой поверхности от корпуса зазором снимаетнеопределенность напряженного состояния, возникающего в зоне перемещающихся острых кромок плунжера, и как бы ни малы были эти перемещения, приводящие к разрушению контактирую щей с ними среды. Заполнение зазора эластичной упругой средой позволяетреализовать подвеску площадки типа 3886в"упругий шарнир", когда. заполняющаязазор среда по боковой поверхностискреплена с корпусом и площадкой, апо нижней поверхности она лежит наантиадгезионном кольце и может свободно подниматься вверх вслед эаплощадкой. Такая подвеска обладаетжесткостью, соизмеримой с жесткостью контактирующей среды. Покрытие площадки сверху тонким слоем эластичной упругой средь эашищает дат-. чик от контактируют;ей с зим среды и снижает влияние переменных свойств контактирующей упругой или вяэкоупругой среды на подвижность площадки, что стабилизирует характеристики датчика.Чтобы избежать окисления колец при длительной эксплуатации датчи" ка или выпадения росы и смерзания контактов от влаги воздуха при работе в условиях температур, в полость, ,где расположены контактные кольца,подводится диэлектрическая неэамерзающая в рабочем диапазоне температур жидкость. Эта жидкость проникает в пространство к контактным кольцам по зазору между штоком и корпусом и изолирована от остального пространства датчика внутренним сильфоном. Чтобы температурные расширения жидкости не вызывали нежелательных реакций в системе измерительная площадка - сильфон, эти площади выбраны близкими, а жидкость имеет возможность расширяться в расширительном устройстве.Использование в датчике источника компенсирующей силы сильфонного типа позволяет решить вопрос об опре" делении величины компенсирующей силы. Величину компенсирующего давления, подаваемого в магистраль, можно измерять с высокой степенью точности с помощью манометров. Поскольку эффективные площади воспринимающей площадки и сильфонов различны, то возникает эффект гидротрансформатора, и в полости сильфона требуется подавать компенсирующее давление в 10- 15 раз меньше, чем измеряемое напряжение 5 . Сильфоны имеют малую жесткость для осевой силы и большую жесткость для боковой силы. Такое сочетание свойств гарантирует отсутствие перекосов штока и площадки при работе и исключает возникновение осевых реакций при температурных деформациях штока и сильфонов. Латчик493886 я 2 Составитель В.Годэиковскийактор М.Бандура Техред М,Дидык Корректор А.Козор Заказ 4094/39ВНИИПИ Государственного113035,раж 789 Подписноемитета по изобретениям и открысква, Ж, Раушская наб., д. и ГКНТ СССР оиэводственно"издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул, Г О 1 ари обладает высокими метрологическимихарактеристиками, так как в нем отсутствуют подверженные дрейфу и нуждающиеся в регулярной корректировкеэлементы,Формул а и з обр ет ения 1. Датчик нормальных напряжений, 10 содержащий корпус, силовоспринимающую площадку и эадатчик компенсирующего усилия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности в него введены источники компенсирую щего давления, силовоспринимающая площадка размещена с зазором в углублении, выполненном в корпусе, иснабжена штоком, соединяющим ее с задатчиком компенсирующего усилия, 20 выполненного в виде двух концентрических со штоком сильфонов,каждый иэ которых соединен одним концом с кор пусом, а другим - со штоком, при этом полости между корпусом и внешним сильфоном, между внешним и внутренним сильфонами сообщены с источниками компенсирующего давления, полость между внутренним сильфоном и штоком сообщена с полостью углубления в корпусе и заполнена диэлектрической жидкостью2. Датчик по п.1, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что углубление в корпусе заполнено эластичной упругой средой.3, Датчик по пп.1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что шток электрически изолирован от корпуса, его свободный конец снабжен арретирующим устройством, а на дне углубления в корпусе и смежной с ним поверхностью силовоспринимающей площадке размещены электрические контакты.