Силовводящая деталь.

Имеются две силовоспринимающие поверхности. Обычно говорят об одной от которой передается сила.

В зависимости от формы поверхности различают

- плоские поверхности (контакт в точке);

- внутренний конус (по кольцу);

- с промежуточным элементом (шариком);

более дешевый способ, но не удовлетворяет метрологическим требованиям.

- две плоские поверхности наиболее просты, но требуют внимания к равномерному силораспределению.

Распределитель.

Распределитель нужен тогда, когда требуемая нечувствительность к ошибкам силораспределения не обеспечивается самим преобразователем.

- зона силораспределения

Расчет сложен, оптимальные формы находят эмпирическим путем. Рекомендуется соблюдение следующих условий:

Селектор.

многостержневой

преобразователь

Селектор уменьшает передачу паразитных нагрузок на преобразователь. Он необходим только тогда когда эту функцию не выполняет сам преобразователь. Принцип действия селектора основан на отводе паразитных нагрузок через детали с малыми податливостями от действия поперечных сил и крутящих моментов.

– мембрана

Мембранные селекторы дают максимальный эффект, когда мембрана жестко закреплена в точках П (по периметру).

Защита от перегрузки.

Защита от перегрузки предохраняет преобразователь от слишком больших механических нагрузок. В качестве противоперегрузочного устройства широкое применение получил упор 3. При превышении предельного измерительного хода в цепь передачи силы включается упор с большим поперечным сечением и соответственно жесткостью. Благодаря этому преобразователь при дальнейшем увеличении силы будет испытывать пренебрежительно малую дополнительную деформацию. Для эффективной защиты необходимо чтобы жесткость n₄ упора была значительно выше жесткости n_u преобразователя.

_,

, где -абсолютное удлинение;

-первоначальная длина;

-сила;

модуль упругости;

жесткость;

Для получения необходимых метрологических характеристик тензометрических датчиков следует соблюдать следующие принципы конструирования;

Первый принцип требует, чтобы датчик представлял собой один кусок металла. Каждое место раздела ухудшает метрологические характеристики. Если нельзя избежать соединений, например, по технологическим причинам, то их влияние можно уменьшить путем:

- максимального удаления от места размещения чувствительных элементов на упругом элементе (принцип Сен-Ванана).

- размещение раздела на местах наименьших деформаций (утолщение)

- согласование свойств сопряженных частей (малая разница между поперечными сечениями и соответственно постоянными упругостей).

Исходя из сказанного необходимо все детали датчика фиксировать относительно друг друга, чтобы не допустить перемещений и соответственно дополнительных погрешностей.

На рисунке показан пример рекомендаций, вытекающих из целостности при конструировании тензорезисторного датчика силы.

Второй принцип предполагает то, что площадь поперечного сечения преобразователя должна быть минимально ограниченной, тогда об измеряемой силе можно будет составить правильное суждение. Т.е., определять усилия, посредством изменения деформаций по всей площади поперечного сечения, а лучше по всему объему. Отсюда вытекает Принцип интегрирования поля напряжений.

С этой целью используют мнимое и действительное интегрирование, которые можно комбинировать.

При мнимом интегрировании обо всем поле напряжений судят по одной точке и предполагают, что распределение напряжений в нем не зависит от точки приложения силы.

Мнимое интегрирование обеспечивают:

- удалением силовоспринимающих поверхностей от области расположения чувствительного элемента;

- ограничением области возможных точек приложения силы;

- симметрией элементов датчика.

Действительное интегрирование имеет место в случае, когда о всем поле напряжений, а следовательно, о об измеряемой силе, вызвавшей это поле, судят по состоянию многих точек, причем это состояние отображается электрическими величинами. Благодаря суммирующему устройству из отдельных величин составляется интегральный выходной сигнал.

Конструктивными решениями, обеспечивающими действительное интегрирование, являются:

- размещение чувствительных элементов по возможности на большей поверхности преобразователя;

- размещение чувствительных элементов по всему объему преобразователя;

- применение непрерывно-распределенного чувствительного элемента;

Принцип симметрии предусматривает симметричное состояние всех свойств датчика при воздействии паразитных нагрузок. Датчик силы имеет хорошие метрологические свойства, если при воздействии измеряемой силы его состояние становится максимально несимметричным: отключение от ненагруженного состояния является мерой действующей силы при прочих равных условиях.

Различают симметрии трех родов:

- первого рода обеспечивает неизменность нулевой точки (выход =0) при воздействии паразитных усилий, тепловых воздействий и т.д.

- симметрия второго рода обеспечивает нечувствительность к паразитным нагрузкам, т.е. свойства датчика изменяются симметрично

- симметрия третьего рода обеспечивает симметрию свойств датчика при изменении точки приложения силы.

Принцип оптимальных конструктивных границ. Для каждой принципиальной конструктивной схемы существует верхняя и нижняя границы реализуемых оптимальных значений измеряемой силы. Выходить за эти границы при создании однородного ряда типоразмеров датчиков нецелесообразно. В этом случае нужно принимать новую конструктивную схему. Изменение конструктивной схемы необходимо:

- при возрастании погрешностей выше приемлемого значения;

- при появлении нежелательных параметров, например, большого измерительного хода;

- по технологическим причинам;

Материал упругого элемента характеризуют его упругими свойствами и зависимостью от окружающих условий (например, от температуры), свойствами пластичности и технологическими свойствами.

Первое свойство иллюстрирует диаграмма деформирования.

(1)

_Р – предел пропорциональности

_Е – предел упругости

_А – технологический предел упругости с остаточной деформацией _А

_В – предел прочности на растяжение(диаграмма действительна для растягивающих напряжений в вязких материалах)

- модуль упругости, чем больше тем большие силы могут измеряться при данной номинальной деформации;

_Р - предел пропорциональности: при ||≤|_Р|

Зависимость δ =f(F) прямо пропорциональна, размеры упругого элемента при снятии нагрузки возвращаются в исходное состояние. Размеры упругого элемента выбираются так, чтобы выполнялось условие |_max|≤|_Р|

_Е - предел упругости – напряжение, до которого можно нагружать без возникновения остаточных деформаций;

_А - технологический предел упругости с остаточной деформацией;

_В - напряжение, при котором происходит разрушение упругого элемента. Важным свойством является температурная зависимость модуля упругости

E=E(Δt)Наиболее простые меры компенсации влияния температуры можно применить в случае линейной зависимости.

- температурный коэффициент модуля упругости.