1.3 Первичные преобразователи механических усилий (ппму)

Первичные преобразователи механических усилий, как правило, построены с использованием промежуточного преобразования этого усилия в деформации или во внутренние механические напряжения. Поэтому измерение механических усилий – сил и моментов – практически сводится к измерению относительной деформации или . Для преобразования силового фактора (F, M_кр, М_изг) в относительной деформации применяются так называемые деформационные преобразователи(или упругие чувствительные элементы–ЧЭ). Последующие преобразования деформаций может быть выполнено на основе широкой группы физико-технических эффектов, реализованных в промежуточных преобразователях рода энергии сигнала механической в электрическую: проволочные (потенциометрические), магнитоупругие, пьезоэлектрические, индуктивные, емкостные и др. представлены в классификации (рис. 2.1.).

Входным элементарным (для простоты далее будем опускать слово «элементарный») измерительным преобразователем в этих устройствах измерения механических усилий является, как уже отмечалось, деформационный преобразователь (ДП), метрологические, конструктивно–технологические, эксплутационные свойства которой являются во многом определяющими.

ДП и последующие в цепи измерительного за ними преобразователи рода энергии сигнала (РЭС), являются определяющими в цепи измерительного преобразователя (ИП).

Основные требования к ДП включают:

1. обеспечение высокой стабильности деформаций при достаточном запасе прочности;

2. отсутствие гистерезиса и последствия, а так же нелинейности функция преобразования ФП.

В настоящее время наиболее известны следующие варианты компоновки установки ДП на ОК.

При изгибе поперечной силой консольно-защемленного стержня толщиной h максимальное измерительное напряжение на расстоянии l от ее приложения в 6l/h раз больше, чем в случае растянутого или сжатого той же силой стержня с поперечным сечением. Поэтому продольно нагружаемые стержни применяются в основном для измерения больших сил.

При одинаковом измеряемом усилии перемещение точки приложения нагрузки при изгибе стержня больше, чем при продольном нагружении.

Однако следует учитывать, что большие перемещения приводят к

1. уменьшению жесткости ДП и

2. снижают его собственную частоту колебаний (а следовательно и рабочую полосу частот ПП), а также

изменяют положение точки приложения силы относительно крепления силоизмерительного элемента (силопередающего).

Р ис.3 Варианты схем установки деформационного преобразователя на

объекте контроля

Повышение чувствительности ПП в большинстве случаев имеет определяющее значение, поэтому применяются упругие элементы, работающие на изгиб.

Если точка приложения силы неизвестна, то для ее измерения прибегают к упругим элементам, обеспечивающим перемещение в направлении действия силы. (рис. 3)

• Например: Упругий параллелограмм (рис.3.2), позволяет измерить составляющую силы, действующую перпендикулярно консольным пластинкам, т.е. силу Р, связывающим между собой два жестких звена. Для уменьшения вредного влияния силы параллельной пластинке и момента относительно свободного конца пластинок, средняя пластинка имеет большую толщину (сечение).

Момент в этом случае почти целиком воспринимается за счет растяжения за счет растяжения и сжатия крайних пластинок (верхней и нижней). В этом случае упругий параллелограмм выполняет роль кинематического звена, а воспринимающим элементом является лишь средняя пластинка, которая передает часть измеряемого усилия пластинке с ТРП.

В тензометрических первичных преобразователях силоизмерительных устройств упругие элементы могут быть тарельчатой формы, на концевых выступах тарелей установлены ТРП, при этом в процессе измерения наружные концевые выступы сжимаются, а внутренние растягиваются.

Относительная деформация такого ТРП усилия равна

.

Диапазон преобразования проволочного ТРП равен:

D_н=1,510⁵ Н.

_р=0,30,5% – определяется упругим несовершенством материала (при малом изменении температур).

При измерении быстропеременной силы погрешность измерения _р равна _р =(1,5-3)%, а для статических сил _р= 0,5%.

Рис.3 Тензорезистивный преобразователь давления

1–тарель; 2–мембрана;3 –корпус;4 – направляющая; 5 – наружная кольцевая выточка

Мембрана – это защемляемая по периметру эластичная (упругая) пластина (способная восстанавливать свою начальную форму после снятия нагрузки).