Газоанализаторы оптико-акустического действия и газоанализаторы ультрафиолетового поглощения.
МСИ 3 – не надо
Экзаменационный билет № 19
Конструкции силоизмерителей с тензочувствительными элементами.
Промышленностью выпускается целый ряд силоизмерителей, предназначенных для измерения растягивающих или сжимающих сил.
В силоизмерителях с пределами измерения от 1 до 10 кН применяют кольцевые чувствительные элементы, а в силоизмерителях на предельные нагрузки от 20 до 500 кН – стержневые, колончатые и многостержневые.
В нижеприведенной таблице указаны основные технические данные силоизмерителей типа У (универсальные), С – для измерения сил сжатия и Р – для измерения сил растяжения. На рисунках 26 и 27 показаны силоизмерители этих типов.
Таблица 2
Номер рисунка
|
Обозначение
|
Верхний предел диапа-зона измерений, кН |
Предельная частота измеряемых сил, Гц |
Габаритные размеры, мм |
Масса, кг |
|||
L1 |
L2 |
В |
D |
|||||
61, а
|
У-0,1; У-0,2 У-0,5; У-1 |
1; 2 5; 10 |
50 |
114 |
120 |
114 |
90 |
5 |
61, б
|
У-2 У-5 У-10 У-20 |
20 50 100 200 |
225 175 175 500 |
136 167 202 246 |
143 174 209 254 |
152 174 196 213 |
120 140 160 176 |
7,5 11 16 23 |
61, в
|
С-0,1; С-0,2 С-0,5; С-1 |
1; 2 5; 10 |
50 |
108 |
114 |
114 |
90 |
5 |
62, а
|
С-2 С-5 С-10 |
20 50 100 |
225 175 175 |
122 150 184 |
127 156 192 |
140 162 178 |
115 128 145 |
6,5 9,5 14,5 |
62, б |
С-20 |
200 |
500 |
190 |
198 |
172 |
140 |
16 |
62, в |
С-50 |
500 |
300 |
184 |
192 |
160 |
135 |
14,5 |
62, е |
Р-50 |
500 |
300 |
166 |
325 |
164 |
140 |
17 |
Примечание. Максимальная деформация тензорезисторов для силоизмерителей на предельные нагрузки 1 и 2 кН — 1000 еод; выше 2 кН — 2000 еод. Допустимый разброс коэффициента преобразования и сопротивления j:0,5%. Сопротивление диагоналей моста: питания 95; 190; 380 Ом; измерительной 110; 220; 400 Ом. Напряжение питания — 4; 8; 12 В. Диапазон рабочих температур 240—285 К; 245—315 К; 235—325 К.
|
1 – чувствительный элемент; 2 – тензорезисторы; 3 – направляющая мембрана
Рисунок 26 – Тензорезисторные силоизмерители: а - с кольцевым чувствительным элементом, типа У; б – с чувствительным элементом в форме полого стержня, типа У; в – с кольцевым чувствительным элементом, типа С |
|
1— чувствительный элемент, 2 — тензорезисторы; 3 — направляющая мембрана Рисунок 27 – Тензорезисторные силоизмерители: а — с чувствительным элементом в форме полого стержня, типа С; б — с чувствительным элементом в форме сплошного стержня, типа С; в — с многостержневым чувствительным элементом, типа С; г — с чувствительным элементом в форме сплошного стержня, типа Р |
Промышленностью также выпускаются силоизмерители типа ТДС. В зависимости от диапазона измерений в этих силоизмерителях установлены чувствительные элементы разной формы: кольцевые, в виде полого или сплошного стержня.
На рисунке 28 показан силоизмеритель ТДС с чувствительным элементом в форме полого стержня. Измеряемая сила воспринимается сферической опорой чувствительного элемента. По сечению А—А на поверхности чувствительного элемента расположено восемь тензорезисторов. Тензорезисторы 2 являются активными, а тензорезисторы 3, наклеенные перпендикулярно к направлению действия силы, используются для температурной компенсации.
|
1 – чувствительный элемент; 2 – активные тензорезисторы (наклеены вдоль оси стержня); 3 – компенсационные тензорезисторы (наклеены поперек оси стержня); 4 – сферическая опора Рисунок 28 – Стержневой силоизмеритель типа ТДС |
Тензорезисторы включены в две независимые мостовые схемы. Одна из мостовых схем включена на вход прибора для измерения статической составляющей силы, а вторая – динамической составляющей. Силоизмерители ТДС выпускают нескольких типоразмеров для измерения сил в диапазоне 0,5 – 4000 кН (таблица 3).
Таблица 3 – Силоизмерители типа ТДС
Обозначение |
Диапазон измерений, кН |
Конструктивное использование чувствительного элемента |
Габаритные размеры, мм |
Масса, кг
|
|
L |
D |
||||
ТДС-0,05-0,25 |
0,5– 2,5 |
Кольцо |
110 |
54 |
0,9 |
ТДС-0,2-1 |
2– 10 |
Стержень полый |
92 |
50 |
0,6 |
ТДС-1-3 |
10– 30 |
То же |
94 |
72 |
3,3 |
ТДС-3-12 |
30– 120 |
» |
137 |
80 |
5 |
ТДС-10-40 |
100 – 400 |
» |
170 |
100 |
6 |
ТДС-30-120 |
300 – 1200 |
Стержень сплошной |
230 |
110 |
20,5 |
ТДС-100-400 |
1000 – 4000 |
То же |
322 |
170 |
37,8 |
Примечание. Допустимая нелинейность градуировочной характеристики при температуре 295 К. Температурный диапазон работы преобразователей при относительной влажности до 95%, составляет 265—325 К. Сопротивление каждого плеча моста 105±0,5Ом. Напряжение питания моста не более 5 В.
Существенными требованиями к промышленным типам силоизмерителей являются их унификация и взаимозаменяемость в отношении промежуточных преобразователей и измерительных приборов, а также минимальная температурная погрешность. Унификация и взаимозаменяемость достигаются расчетами чувствительных элементов по равным предельным деформациям, нормированием входных и выходных сопротивлений и индивидуальной подстройкой величины коэффициента преобразования. Температурную погрешность снижают введением в схему измерительного моста термочувствительных резисторов, а также схемной теркомпенсацией баланса моста. Все эти требования удовлетворяются применением соответствующих схем включения тензорезисторов и групп корректирующих резисторов. Одна из электрических схем тензорезисторного силоизмерителя показана на рисунке 29.
|
Т – тензорезисторы, наклеенные на чувствительном элементе; 1 – 1 выводы питания; 2 – 2 – выход Рисунок 29 – Электрическая схема тензорезисторного силоизмерителя промышленного назначения |
Термокомпенсацию
осуществляют включением термозависимого
резистора
,
резистор
предназначен для установления начального
баланса моста после изготовления
силоизмерителя, резистор
используют для подстройки коэффициента
преобразования, а резистор
– для
компенсации температурной зависимости
коэффициента преобразования силоизмерителя.
Резисторами
и
осуществляют подстройку входного
сопротивления силоизмерителя вместе
с комплектующими силоизмеритель
соединительными проводами.
На рисунке 30 показаны конструкции силоизмерителей непромышленного изготовления со стержневым чувствительным элементом и схема включения тензорезисторов. Такие силоизмерители довольно часто применяют при экспериментальных исследованиях, в основном для измерения растягивающих сил.
В силоизмерителе, показанном на рисунке 30, а, чувствительный элемент прямоугольного сечения, по концам упругого элемента имеются проушины для механического присоединения силоизмерителя в разрыв силовой цепи объекта исследования.
Чувствительный элемент силоизмерителя (рисунок 30, б) имеет двутавровое сечение. На стойке двутавра наклеены активные тензорезисторы. Тензорезисторы температурной компенсации наклеены на стальных пластинках, которые прикреплены к чувствительному элементу одним концом, с целью исключения возможности передачи на них деформаций чувствительного элемента.
|
1, 2 – активные тензорезисторы; 3, 4 – тензорезисторы температурной компенсации; 5 – пластинки температурной компенсации
Рисунок 30 – Силоизмерители в форме тяги со стержневыми чувствительными элементами: а – с прямоугольным сечением чувствительного элемента; б – с двухтавровым сечением чувствительного элемента. |
Для измерения давления металла на валки прокатных станов был разработан силоизмеритель со сферическим чувствительным элементом (рисунок 31) (стандартный шарикоподшипник), который покоится в консуообразном вырезе подпятника, запрессованного в корпус. Измеряемая сила на чувствительный элемент передается через цилиндрический подпятник, запрессованный в крышку. Между крышкой и корпусом имеется зазор, благодаря чему при нецентренном приложении силы крышка корпуса может самоустанавливаться на сфере чувствительного элемента и усилие всегда передается по центру. Для герметизации силоизмерителя между корпусом и крышкой установлено уплотнительное резиновое кольцо. Активные тензорезисторы наклеены на чувствительный элемент по экваториальной выточке, а тензорезисторы температурной компенсации – по меридиану.
|
Рисунок 31 – Силоизмеритель со сферическим чувствительным элементом для измерения давления валиков на прокатном стане: 1 – крышка; 2 – подпятник; 3 – чувствительный элемент; 4 – корпус; 5 – направляющий палец; 6 – резиновое уплотнение |
На рисунке 32 показаны две конструкции силоизмерителей, имеющих чувствительные элементы в виде балок, работающих на изгиб, и схемы включения установленных на них тензорезисторов. Силоизмеритель, показанный на рисунке 32, а, был разработан для динамометрирования несамоходных сельскохозяйственных машин.
|
Рисунок 32 – Силоизмерители с чувствительными элементами в виде консольных балок: а – для измерения сил тяги несамоходных машин; б – для измерения сжимающих сил; 1-4 – тензорезисторы |
Силоизмеритель (рисунок 32, б) применяют для измерения относительно небольших сжимающих сил (1–10 Н).
Чувствительный элемент силоизмерителя для измерений сжимающих сил величиной 0,5–50 кН (рисунок 33) представляет собой профилированную по толщине мембрану 1. По периметру мембраны запрессовано три шарика 3, которые являются опорами силоизмерителя. Измеряемая сила, воспринимаемая центральной цапфой 2, вызывает прогиб центра чувствительного элемента и деформацию тензорезисторов 4, наклеенных на внутренней поверхности мембраны.
|
1 – мембранная часть; 2 – цапфа; 3 – сферические опоры; 4 – тензорезисторы
Рисунок 33 – Силоизмеритель с чувствительным элементом в виде мембраны |
На рисунке 34 показан силоизмеритель с тороидальным чувствительным элементом для измерения сил до 10 кН при диаметре дисков 160 мм. Между двумя дисками 1 и 2 в кольцевых выточках установлен тор 3 трубчатого сечения. На боковые поверхности тора наклеены тензорезисторы 4. Под действием силы, прикладываемой к верхнему диску, круглое сечение трубы, образующей тор, деформируется, принимая форму эллипса, что вызывает соответствующую деформацию тензорезисторов. Начальная нагрузка тора, необходимая для равномерного распределения деформаций по периметру тора, создается стяжным болтом 5, расположенным в центре дисков. Резиновая лента 6 служит для защиты преобразователя от попадания внутрь влаги и пыли.
|
1, 2 – опорные диски; 3 – тороидальный чувствительный элемент; 4 – тензорезисторы; 5 – стяжной болт; 6 – резиновая лента
Рисунок 34 – Силоизмеритель с чувствительным элементом в форме полого тороида |
На рисунке 35 показан
комбинированный четырехкомпонентный
силоизмеритель. Он позволяет производить
измерение сил и момента, прикладываемых
к его верхней части. Силоизмеритель
имеет два цилиндрических чувствительных
элемента, жестко соединенных с упругой
скобой. Поперечная сила
измеряется с помощью тензорезисторов
7, 8.
Продольная сила
воспринимается чувствительными
элементами в форме скоб, которые не
реагируют на деформации от момента и
поперечной силы. Для измерения продольной
силы используются тензорезисторы, 5,
6, 9, 11, 16.
Момент измеряется с помощью тензорезисторов
12—15,
наклеенных под углом 45° к продольной
оси внутри цилиндрических упругих
элементов. Сила
определяется как результирующая путем
расчета.
|
1 – цилиндрические чувствительные элементы; 2 – чувствительные элементы в форме скоб; 3 – крышка; 4 – корпус; 5-16 – тензорезисторы; 17 – выводы питания; 18 – выходы
Рисунок 35 – Четырехкомпонентный силоизмеритель: а – конструкция (вид по стрелке А, со снятой крышкой); б – схема соединения тензорезисторов для измерения поперечных сил ; в – то же, для измерения продольных сил ; г – то же для измерения крутящего момента М |
При габаритных
размерах Ø178×174 мм преобразователь имеет
следующие основные технические данные:
максимальные значения
Н
(
еод);
кН
(
еод);
Нм
(
еод).
Для градуировки силоизмерителей применяют разрывные универсальные и силоизмерительные машины, для градуировки силоизмерителей с верхней границей диапазона измерений до 0,5 – 1 кН могут применяться гири.
В таблице перечислены типы отечественных разрывных, универсальных и силоизмерительных машин, которые можно использовать в качестве средств градуировки тензорезисторных силоизмерителей. Все разрывные и универсальные машины имеют погрешность 1%, а силоизмерительные 0,2%.
Таблица 4 – Средства градуировки тензорезисторных силоизмерителей
Тип машины |
Система силовоспроизведения |
Система силоизмерения |
Наибольшая нагрузка, кН |
Машины разрывные |
|||
РМУ-0,05-1 Р-0,5 Р-5
Р-5 Р-10 Р-20 Р-50 Р-100 |
Электромеханическая
Гидравлическая
|
Маятниковая
Торсионно-маятниковая |
0,5 5 50
50 100 200 500 1000 |
Универсально-испытательные машины |
|||
У-20 У-50 У-100 У-200 |
Гидравлическая |
Торсионно-маятниковая |
200 500 1000 2000 |
|
|||
ДО-2-5 ОСМ-2-50 ОСМ-100-5 ОСМ-200-10 |
Рычажно-гиревая |
— — — — |
5 500 1000 5000 |
Разрывные машины в основном применяют для градуировки силоизмерителей, работающих на растяжение; при применении специального ресивера их можно использовать при градуировках на сжимающие нагрузки.
Универсальные испытательные машины обеспечивают возможность градуировок силоизмерителей, работающих на растяжение, сжатие и изгиб.
Силоизмерительные машины применяют для градуировок преобразователей высокого класса точности.
Кроме перечисленных в таблице, для градуировок тензорезисторных силоизмерителей могут быть использованы и другие типы машин, например универсальная испытательная машина УМЭ-ЮТМ, которая позволяет воспроизводить как статические, так и медленно меняющиеся знакопостоянные и знакопеременные силы. Эта машина имеет следующие основные технические данные:
Пределы воспроизводимых сил, кН |
±100%; ±50; ±20; 0 – 100; 0 – 50; 0 – 20 |
Максимальная частота измерения воспроизводимых сил, цикл/мин |
10 |
Диапазон нагрева градуируемого силоизмерителя в термостате машины, К |
412 – 675 |