Всесоьозиая iпдтентно-тангаапбиблио i ька

О П И С А Н И Е 297063ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимое от авт, свидетельстваЗаявлено 21,Ч,1964 ( 901373/18с присоединением заявкиПриоритетОпубликовано 02 111.1971. Бюллет 8 с 19/ Комитет по делам изобретений и открытиУДК 531,15,083,8(088.8) 9 и Совете Министров СССР а опубликования описания 17,Ч 1.197 Авторизобретен РСЕ=СООЗНА" .:- ,;,-.;, н.г,Бь 1 БЛЕ 1. КЛ А, Чарих льная лаборатория автомати а 5 вТопь ЕНЗОМ ЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРО В НАПРЯЖЕНИЕ В приборостроении известны тензометрические преобразователи угла поворота в напряжение, содержащие мост Уитстона, плечи которого выполнены в виде петель из тензочувствительной проволоки, натянутых вдоль металлической рамы между неподвижной изоляционной колодкой и штырями цилиндрической подвижной опоры, связанной через секторы и гибкие ленты со входным валом.Описываемое устройство отличается тем, что в нем установлены дополнительные гибкие ленты, направление действия которых противоположно направлнению действия основпых гибких лент, соединенные с пружинами, закрепленными на секторах. Проволоки, составляющие плечи моста, впаяны концами в капиллярные щели соответствующих металлических контактов, закрепленных на изоляционной колодке, помещены в отдельные пазы раме преобразователя, и прикрыты снаружи эластичными термоизоляционными уплотняющими прокладками и металлическим экраном. Последний расположен вместе со входным валом и его элементами крепления на стороне рамы, симметричной в тепловом отношении двум другим ее сторонам, вдоль которых расположены пазы с тензочувствительными проволоками.Это позволяет повысить надежность, стабильность и точность устройства,Для повышения линейности подвижная опора тензочувствительных плеч моста имеет сплошную жесткую ось, вращающуюся в подшипниках, и покрыта изоляционной эматальпленкой электролитическим путем.ЕЕа фиг. 1 изображен общий вид преобразователя; на фиг, 2 - подвижная и неподвижная опоры тензочувствительных проводников; на фиг. 3 - расположение контактных лепестков в изоляционной колодке; на фиг. 4 - контактный лепесток со впаянными в него тензочувствительным и выводным проводниками.В описываемом преобразователе каждая пара ленточной передачи имеет три ленты, начала которых закреплены вдоль образующей цилиндрической поверхности барабанов 1 и 2 (фиг, 1); а концы - на секторах 8 и 4. При этом концы четных лент б закреплены на секторе жестко при помощи скоб б, регулировочными винтами 7, а концы нечетных лент 8 прикреплены к концам плоских (или иного- вида) предварительно натянутых пружин 9, закрепленных на секторах 3 и 4 при помощи держателей 10.При такой конструкции ленточной передачи сектор 4, являющийся последним кинематическим звеном ленточной передачи, поворачивается в обе стороны за счет работы внешней силы, приложенной ко входному валу 11 преобразователя, что исключает вариации, возникающие из-за трений в передаче, Вследствие этого отпала необходимость в торсионной оси и стало возможным применить обычную ось в подшипниках, более жесткую и позволяющую поэтому добиться большей точности вращения подвижной опоры 12 вокруг ее геометрической оси. Натяжения пружин 9 выбраны такой величины, чтобы силы трения лент о цилиндрические поверхности секторов 3 и 4, плотно облегающих последние, были больше передаваемых этими же лентами усилий, необходимых для приведения в движение сектора 4, нагруженного моментом сил трения в подшипниках его оси и моментом упругих сил деформируемых при этом движении тензочувствительных проволок 18, составляющих плечи преобразователя.Опора 12 вращается на жесткой оси, анцапфы которой обрабатываются одновременно с цилиндрической поверхностью опоры, вследствие чего возможное несовпадение действительной оси вращения опоры с ее геометрической осью из-за прогиба оси под действием суммарного усилия тензочувствительных проволок, а также из-за начального смещения, уменьшается во много раз, что приводит к существенному повышению линейности преобразователя.Так как опора 12, будучи преобразователем угла поворота в строго линейное удлинение проволок тензочувствительных плеч моста, служит также электрическим изолятором каждого плеча от соседнего и всех плеч от рамы, то она должна быть изготовлена либо из изоляционного материала, либо из металла, покрытого изоляционным слоем.Изготовление опоры из керамики сильно затруднено, а применение для этой цели любых пластических масс исключено из-за того, что ее размеры в этом случае изменяются со временем (старение), а также под влиянием влажности. Кроме того, коэффициенты теплового расширения пластмасс значительно больше, чем у металлов, и имеют непостоянные величины,В случае изготовления опоры 12 из металла и покрытия ее поверхности изоляционным слоем едва ли приемлемы лаковые пленки изза их эластичности, а также трудности получения строго равномерной толщины при обеспечении высоких изоляционных свойств. Горячее эмалирование исключено по этой же причине.В описываемом преобразователе вместо торсионной оси для опоры 12 применена жесткая сплошная ось, на которой укреплена и вместе с ней обработана цилиндрическая подвижная опора из аллюминия или его сплавов, покрытая электролитическим путем эматаль-пленкой по известной технологии. Такая пленка при толщине в 5 - 10 мк имеет электрическую прочность изоляции 500 в 10 в, глянцевую поверхность с малым коэффициентом трения, так как не имеет пористой структуры, высокую твердость и прочность. Гладкая глянце 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 вая поверхность эматаль-пленки уменьшает трение (а следовательно, и вариации) между тензочувствительными проволоками 13 и поверхностью подвижной опоры в тех местах, где проволоки облегают эту поверхность. Механическая прочность и твердость пленки достаточно высоки, чтобы предотвратить искажение цилиндрической поверхности опоры под воздействием высоких удельных давлений тонких проволок тензочувствительных плеч преобразователя.Концы проволок припаяны каждый к своему контактному лепестку (фиг. 2 - 4) мягким припоем. Для высокой надежности пайки и обеспечения строгого равенства длин всех тензочувствительных плеч преобразователя их концы впаивают в узкие капиллярные щели в контактных лепестках 14 (фиг. 3 и 4), При такой пайке конец проволоки И со всех сторон окружен припоем, образующим мениск в строго определенном месте по отношению к краю лепестка 14, опирающемуся на жесткую изоляционную прокладку 15. Выводные проводники из тонкой медной проволоки 1 б (фиг. 4), при помощи которых контактные лепестки соединяются электрически с клеммами 17 (фиг. 1), впаяны в цилиндрические отверстия в лепестках 14.Растяжение тензочувствительных плеч преобразователя в крайних положениях входного вала не должно быть ниже некоторой заданной величины во избежание провисания плеч и не должно превосходить некоторого верхнего уровня во избежание остаточных деформаций тензочувствительных проволок. Эти величины должны быть взяты с некоторым запасом из-за неизбежных неточностей как в геометрических размерах, так и из-за разброса характеристик сплава проволок, В то же время при заданных длине плеч, их удельном сопротивлении, тензочувствительности, диаметра и допустимой температуре на выходе преобразователя сигнал (напряжение или ток) тем больше, чем больше рабочее удлинение плеч (разность между начальным и конечным растяжением плеч в двух крайних положениях входного вала).Так как тензочувствительные плечи преобразователя натянуты вдоль сторон металлической рамы 18, длина которой изменяется с изменением температуры, то в случае неравенства коэффициентов теплового расширения материала плеч и материала рамы рабочее удлинение плеч должно быть уменьшено. Пояснить это можно следующим образом: если коэффициент теплового расширения материала плеч больше чем материала рамы, то при повышении температуры плечи преобразователя могут провиснуть в крайних положениях входного вала 11, Чтобы этого не произошло, необходимо увеличить начальное растяжение плеч на величину разности тепловых удлинений плеч и рамы 18. При этом максимальное растяжение плеч не увеличивается, так как прн понижении температуры ниже нормальной5 10 может быть превзойден предел упругих деформаций материала плеч.В описываемом преобразователе тензочувствительная проволока плеч изготовлена из железо-хромо-алюминиево-ванадиевого сплава, а рама - из обычной малоуглеродистой стали (ст. 30 или ст. 3) с близкими коэффициентами теплового расширения. Небольшое снижение рабочего растяжения плеч из-за разности этих коэффициентов с избытком перекрывается большим удельным сопротивлением, большим пределом упругих деформаций и большей тензочувствительностью сплава Х 261 ОФ по сравнению со сплавами типа константана.Применение обычной малоуглеродистой стали для изготовления рамы снижает стоимость преобразователя, а использование более толстой тензочувствительной проволоки из более прочного материала значительно повышает его надежность.Каждое тензочувствительное плечо моста размещено в отдельном пазу 19 в теле рамы, что полностью исключает их взаимное влияние и улучшает теплообмен с рамой 18, В то же время уменьшен теплообмен плеч моста с экраном 20 и прокладкой 15, закрывающих пазы, благодаря чему колебания их температуры меньше влияют на нагрев плеч моста. Это улучшает также электромагнитную экранировку плеч преобразователя, что делает его менее восприимчивым к внешним электромагнитным полям.Пазы 19 в раме 18 с расположенными в них плечами моста закрыты теплоизолирующей уплотнительной прокладкой 21, а рама окружена стальным экраном 20, защищающим от тепловых излучений две стороны рамы, вдоль которых расположены пазы, с плечами моста и прикрепленным к третьей ее стороне симметричной в тепловом отношении к первым двум.Наличие теплоизоляционной прокладки 21, а также определенное расположение и крепление экрана 20 приводят к тому, что тепловой поток от внешних источников тепла к раме 18 (или от рамы в окружающую среду) проходит главным образом по экрану к нейтральной стороне рамы, нагрев (или охлаждение) которой вызывает одинаковое изменение 20 25 30 35 40 45 50 гемпературы всех плеч моста одновременно. Нагрев плеч непосредственно от экрана 20 исключен тем, что между ними и экраном проложена прокладка 21, отделенная от экрана воздушным промежутком.Отверстия 22 для крепления преобразователя к прибору и входной вал 11 расположены симметрично по отношению к плечам моста, что исключает смещение нуля преобразователя при его нагреве (или охлаждении) за счет тепловых потоков через детали крепления или входной вал. Предмет изобретения 1. Тензометрический преобразователь угла поворота в напряжение, содержащий мост Уитстона, плечи которого выполнены в виде петель из тензочувствительной проволоки, натянутых вдоль металлической рамы между неподвижной изоляционной колодкой и штырями цилиндрической подвижной опоры, связанной через секторы и гибкие ленты со входным валом, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности, точности и надежности устройства, в нем установлены дополнительные гибкие ленты, направление действия которых противоположно направлению действия основных гибких лент, соединенных с пружинами, закрепленными на секторах, причем проволоки, составляющие плечи моста, впаяны своими концами в капиллярные щели соответствующих металлических контактов, за крепленпых на изоляционной колодке, помещены в отдельные пазы в раме преобразователя и прикрыты снаружи эластичными термоизоляционными уплотняющими прокладками и металлическим экраном, который расположен вместе со входным валом и элементами его крепления на стороне рамы, симметричной в тепловом отношении двум другим ее сторонам, вдоль которых расположены пазы с тензочувствительными проволоками.2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности, подвижная опора тензочувствительных плеч моста имеет сплошную жесткую ось, вращающуюся в подшипниках, и покрыта изоляционной эматаль-пленкой электролитическим путем.297063 Составитель А. Г, Ивановаактор Б. федотов Техред 3, Н, Тараненко Корректор Т, А. Абрамов ипограЧия, пр. Сапунова, 2 Заказ 1639/14 Изд,673 Тираж 473ЦНИИПИ Комитета по делам изобретенрй н открытий при СоветМосква, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписно 1 инистров ССС