1. Тензометрические преобразователи крутящих моментов и акселерометры.

Тензорезисторные преобразователи перемещений с консольными чувствительными элементами (рисунок 36) позволяют измерять деформации на поверхности объектов исследования из материалов с модулем упругости свыше 1 ГПа. Оба типа преобразователей снабжены регулировочными винтами для начального изгиба чувствительных элементов в нужную сторону с целью смещения диапазона измерений.

1 – регулировочные винты; 2 – консольные чувствительные элементы; 3 – тензорезисторы Рисунок 36 – Тензорезисторные преобразователи перемещений: а – для измерения линейных перемещений на базе 10 и 20 мм; б – для измерения линейных перемещений в двух взаимно перпендикулярных направлениях на базе 10мм

Индикаторы перемещений (рисунок 37) предназначены для измерений взаимных смещений деталей машин и агрегатов, а также контроля состояния поверхности объектов исследования. Обеспечивают измерения перемещений до 1 – 10 мм при коэффициенте преобразования 5 – 20 тыс. еод/мм. Индикаторы перемещений можно применять для регистрации эксцентричности и биений валов при вращении.

1 – упорный штифт; 2 – чувствительный элемент; 3 – тензорезисторы Рисунок 37 – Тензорезисторные преобразователи перемещений (индикаторы) а – с консольными чувствительными элементами; б –с защемленным чувствительным элементом

Для измерения перемещений больших величин, а также прогибов элементов машин и механизмов применяют электромеханические прогибомеры; одна из конструкций прогибомера показана на рисунке 38. Прогибомеры снабжают сменными чувствительными элементами. С их помощью измеряют прогибы от 2,5 до 25,0 мм при значении коэффициента преобразования 5 – 20 тыс. еод/мм.

1 – чувствительный элемент; 2 – тензорезисторы;3 – регулировочный винт; 4 – зажимочный винт Рисунок 38 – Тензорезисторные преобразователи перемещений (прогибомер)

5.10 Преобразователи крутящего момента

Определение величины моментов сил (крутящих моментов) в приводах и трансмиссиях машин с помощью тензорезисторов производят тремя способами: непосредственным измерением деформаций закручивания вала исследуемого механизма; измерением окружной силы, передаваемой специальным силоизмерителем, встроенным в трансмиссию, и, наконец, специальным тензометрическим преобразователем крутящего момента.

Первый способ прост, однако далеко не на каждый вал можно наклеить тензорезисторы; кроме того, некоторые валы выполняют с большим запасом прочности, что уменьшает измеряемые деформации, увеличивая тем самым погрешность измерения.

Второй и третий способы обеспечивают наибольшую точность, но требуют демонтажа и даже временного (частичного) изменения конструкции исследуемого узла или разрыва силовой цепи, что не всегда осуществимо.

На рисунке 39, а показаны два варианта первого способа измерения момента силы на валу.

Т – тензорезисторы; 1 - чувствительный элемент силоизмерителя Рисунок 39 – Измерение крутящих моментов (моментов сил) а - тензометрирование вала, передающего крутящим моментом; б - измерение окружного усилия на колесе

При наклейке тензорезисторов по варианту I деформации от изгиба вала, воспринимаемые тензорезисторами, меняются в зависимости от угла поворота вала. При наклейке по варианту II оба тензорезистора включаются в два соседних плеча моста, поэтому влияние деформаций изгиба вала практически исключается, поскольку деформации обоих тензорезисторов при изгибе вала одинаковы по знаку и величине. В этом случае исключаются также погрешности, вызванные изменением температуры вала. Тензорезисторы располагают как можно ближе друг к другу.

Измерение момента силы на зубчатых колесах или звездочках производят встроенным силоизмерителем, показанным на рисунке 39, б.

На рисунке 40 показана конструкция преобразователя крутящего момента. Чувствительный элемент выполнен в виде вала, установленного в двух подшипниках в корпусе; в правой части вала установлен тонкосъемник. Такие преобразователи применяют для измерения крутящих моментов в диапазоне от 0,05 до 5 Н·м при угловых скоростях до 600-1500 рад/с.

1 – вал преобразования; 2 – тензорезисторы; 3 – токосъемные кольца; 4 – щетки Рисунок 40 – Преобразователь крутящего момента

Для измерения относительно малых значений моментов силы применяют преобразователи, где тензорезисторы наклеивают на изгибаемые чувствительные элементы, как это показано на рисунке 41.

1 - вал преобразователя; 2 – тензорезисторы; 3 - чувствительные элементы Рисунок 41 – Схема преобразователей для измерения малых значений крутящих моментов: а - вал с двухконсольными чувствительными элементами; б - измерение деформации изгиба спиц;

АКСЕЛЕРОМЕТРЫ

На рисунке 45 показаны основные схемы тензорезисторных ускорениемеров. Первый тип ускорениемера (рисунок 45, а) является наиболее простым по конструкции и состоит из основания, чувствительно элемента в виде консольной балки с наклеенными на нее тензорезисторами и укрепленной на конце балки инерционной массы.

Изображенная на рисунке 45, б конструкция ускорениемера отличается тем, что чувствительный элемент содержит инерционную массу, укрепленную на двух параллельно расположенных консольных балках. По сравнению с предыдущей схемой ускорениемера, в этом ускорениемере может быть достигнуто более высокое значение коэффициента преобразования при той же собственной частоте. Кроме того, такая конструкция обеспечивает параллельность перемещения инерционной массы, что, в свою очередь, дает возможность измерять с помощью тензорезисторов не деформации изгиба консолей, а перемещения инерционной массы с помощью преобразователей перемещения или подвесных тензорезисторов (рисунок 45, в). Такие ускорениемеры имеют наиболее высокое значение коэффициента преобразования. Их используют для измерений малых ускорений. Ускорениемеры, выполненные по схеме, показанной на рисунке 45, г, применяют для измерения больших по величине ускорений. Чувствительный элемент этого ускорениемера выполнен в виде двух цилиндрических стаканов, соединенных днищами. По образующим стаканов наклеены тензорезисторы. Роль инерционной массы выполняют днища стаканов и масса, укрепленная на них.

1 – инерционная масса; 2 – чувствительный элемент; 3, 4 – тензорезисторы Рисунок 45 –Основные схемы тензорезисторных ускорениемеров: а – одноконсольный; б – двухконсольный; в – двухконсольный с безосновными тензорезисторами; г – с чувствительными элементами в форме стаканов для измерения больших ускорений

На рисунке 46 показаны две конструкции ускорениемеров показаны две конструкции ускорениемеров. В ускорениемере типа АП-2 (рисунок 46, а) перемещения инерционной массы измеряют с помощью тензорезисторного преобразователя перемещения. Корпус ускорениемера для демпфирования залит поликсилоксановой жидкостью. По аналогичной схеме выполнен ускорениемер типа МП-02 (рисунок 46, б). Для измерения перемещения инерционной массы в этом ускорениемере использованы подвесные тензорезисторы. Тонкая тензометрическая проволока в месте контакта с опорными штифтами вызывает значительные контактные давления. Для исключения деформаций опорных штифтов, что вызывает снижение чувствительности и появление гистерезиса, эти штифты выполнены из рубина. Начальное натяжение решеток осуществляется с помощью регулировочного винта, который позволяет несколько разжимать боковины корпуса. Чувствительный элемент ускорениемера МП-02 размещен в герметизированном корпусе, также заполненном поликсилоксановой жидкостью.

1 – плоские пружины; 2 – инерционная масса; 3 – чувствительный элемент; 4 – тензорезисторы; 5 – корпус ускорениемера; 6 – рубиновые штифты; 7 – подвесные тензометрические решетки; 8 – регулировочный винт Рисунок 46 – Тензорезисторные ускорениемеры для измерения относительно малых значений ускорений а – типа АП-2; б – типа МП-02

Конструкция ускорениемера для измерения больших ускорений показана на рисунке 47.

1 – корпус; 2 – цилиндрические стаканы; 3 – болт; 4 – тензорезисторы; 5 – гайка; 6 – опорная шайба; 7 - болт крепления ускорениемера Рисунок 47 – Тензоризисторный ускорениемер для изменения относительно больших ускорений

Для выполнения инерционных виброметров могут быть использованы те же принципиальные схемы, что и для ускорениемеров (см. рисунок 45). Принципиальная разница между ускорениемерами и инерционными виброметрами состоит лишь в соотношении их собственных частот с частотами исследуемых процессов.

На рисунке 48 приведена конструкция виброметра с чувствительным элементом, выполненный в виде консоли с инерционной массой на конце. Для повышения эффективности демпфирования по бокам чувствительного элемента с зазором установлены щитки демпфирования.

1 - инерционная масса; 2 - чувствительный элемент; 3 – основание; 4 - щетки демпфирования; 5 - тензорезисторы Рисунок 48 – Инерционный тензорезисторный виброметр с консольным чувствительным элементом	1 – основание; 2 - направляющая ось; 3 - инерционная масса; 4 - спиральная пружина; 5 - тензорезисторный преобразователь перемещения; 6 - фиксатор Рисунок 49 – Инерционные тензорезисторные виброметры с чувствительным элементом в форме спиральной пружины

Применяют также тензорезисторные виброметры, в которых чувствительный элемент выполнен в виде инерционной массы, подвешенной на спиральной пружине (рисунок 49).