RU2010155C1

RU2010155C1 - Device for measurement of deformations and forces

Info

Publication number: RU2010155C1
Authority: RU
Inventors: Л.Л. Дубровин; В.Н. Абатурин; Т.А. Дубровина; А.Г. Ким
Original assignee: Научно-производственное объединение "ВНИИФТРИ"
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has sensitive element made in form of flexible ring with resistance strain gauges, bearing rods and output signal recorder. Device is provided with appliance for preliminary tension of sensitive element which is made in form of frame with two holes: one hole has micrometer thread and other hole is plain; these holes are provided in diametrically opposite jumpers of frame. By means of these holes, frame is engageable with two detachable bearing rods provided with ball end-pieces which are rigidly connected with flexible ring in diametrically opposite points. Connecting members are made in form of micrometer screw at one rod and in form of screw head at other rod. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к технике натурной тензометрии, и может быть использовано при измерении сил и перемещений в различных системах, подвергающихся воздействию механических нагрузок. The invention relates to a testing technique, and in particular to a full-scale strain gauge technique, and can be used to measure forces and displacements in various systems exposed to mechanical loads.

Известны устройства [1] для измерения деформаций и сил (тензообразователи), в которых чувствительным элементом является упругий элемент (в дальнейшем - тензоэлемент) с установленными на нем тензорезисторами. В этих устройствах изменение механического сигнала создает соответствующую деформацию упругого элемента и тензорезисторов (преобразователи сила-деформация, сила-перемещение, давление -деформация, давление-перемещение и др. ). Known devices [1] for measuring deformations and forces (strain gauges), in which the sensitive element is an elastic element (hereinafter referred to as the strain gauge) with strain gauges installed on it. In these devices, a change in the mechanical signal creates the corresponding deformation of the elastic element and strain gages (force-strain transducers, force-displacement, pressure-deformation, pressure-displacement, etc.).

К преобразователям силы, например, относятся упругие элементы в виде сплошных или полых стержней, балок равного сечения и равного сопротивления, колец постоянного и переменного сечения и др. Force converters, for example, include elastic elements in the form of solid or hollow rods, beams of equal cross section and equal resistance, rings of constant and variable cross section, etc.

Недостатком стержневых упругих элементов является малая величина перемещения и невозможность выполнить одинаковые условия для установки тензорезисторов, воспринимающих деформации разного знака (из-за изгиба стержней), ограниченная чувствительность. The disadvantage of rod elastic elements is the small amount of displacement and the inability to fulfill the same conditions for installing strain gages that perceive deformations of different signs (due to the bending of the rods), limited sensitivity.

Недостатками изгибаемых упругих элементов (балок) являются значительные трудности при фиксации точек и направления приложения силы, трудности жесткой заделки второго конца балки (при консоли), перемещение по дуге точки приложения силы и конца балки и др. The disadvantages of flexible elastic elements (beams) are significant difficulties in fixing the points and the direction of application of force, difficulties in rigidly sealing the second end of the beam (at the console), moving along the arc of the point of application of force and the end of the beam, etc.

Известно устройство [2] , содержащее тензорезисторный преобразователь в виде сплошного упругого кольца с установленными на нем тензорезисторами, опорные резьбовые стержни для соединения с испытуемым объектом и электронный регистратор (вторичная аппаратура) выходных сигналов тензорезисторов. A device [2] is known that contains a strain gauge transducer in the form of a continuous elastic ring with strain gauges installed on it, supporting threaded rods for connection with the test object, and an electronic recorder (secondary equipment) of the output signals of the strain gauges.

Однако кольцевые упругие элементы имеют следующие недостатки. Они выполнены сплошными, т. е. резьбовые опорные стержни выполнены заодно с кольцом, что является нетехнологичным. Кроме того, резьбовые опорные стержни не обеспечивают достаточно соосного приложения нагрузки сжатия. В кольце не предусмотрена регулировка предварительного натяжения и отсутствует арретир для предотврщения поломки кольца или для предохранения от слишком большой нагрузки, при которой материал кольца переходит в пластическое состояние, а тензорезисторы получают недопустимо большую деформацию, которая может привести к их разрушению, что приводит к снижению точности измерения деформаций и сил. However, annular elastic elements have the following disadvantages. They are solid, that is, threaded support rods are made integral with the ring, which is non-technological. In addition, threaded support rods do not provide a sufficiently coaxial application of the compression load. The ring does not provide for pre-tensioning and there is no arrester to prevent breakage of the ring or to protect it from too high a load, in which the material of the ring becomes plastic, and the strain gauges get an unacceptably large deformation, which can lead to their destruction, which leads to a decrease in accuracy strain and force measurements.

Целью изобретения является повышение точности изменения и упрощение технологичности изготовления устройства. The aim of the invention is to improve the accuracy of changes and simplify the manufacturability of the device.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций и сил, содержащем чувствительный элемент в виде упругого кольца с тензорезисторами, опорные стержни и регистратор выходных сигналов, обеспечена регулировка предварительного натяжения чувствительного элемента с помощью рамы с двумя отверстиями - с микрометрической резьбой и гладким, расположенными каждое в прямопротивоположных перемычках рамы. This is achieved by the fact that in the device for measuring deformations and forces containing a sensing element in the form of an elastic ring with strain gauges, support rods and an output signal recorder, the tension of the sensing element is adjusted using a frame with two holes - with micrometer thread and smooth, located each in directly opposite frame jumpers.

Посредством этих отверстий рама взаимодействует с двумя съемными опорными стержнями с шариковыми наконечниками, жестко связанными с упругим кольцом в прямопротивоположных местах, при этом соединительные элементы выполнены у одного стержня в виде микрометрического винта, а у другого - головки винта. Through these holes, the frame interacts with two removable support rods with ball tips rigidly connected to the elastic ring in directly opposite places, while the connecting elements are made on one rod in the form of a micrometer screw, and on the other - the screw head.

На фиг. 1 схематично показано предлагаемое устройство; на фиг. 2 и 3 - сечения А-А и Б-Б соответственно на фиг. 1. In FIG. 1 schematically shows the proposed device; in FIG. 2 and 3 are sections AA and BB respectively in FIG. 1.

Устройство содержит чувствительный элемент в виде упругого кольца 1, на котором установлены тензорезисторы 2, связанные с упругим кольцом съемные опорные стержни 3 и 4, устройство для регулировки предварительного натяжения чувствительного элемента, выполненное в виде рамы 5. The device comprises a sensing element in the form of an elastic ring 1, on which strain gages 2 are mounted, removable support rods 3 and 4 connected to the elastic ring, a device for adjusting the prestressing of the sensitive element, made in the form of a frame 5.

Рама имеет два отверстия в прямопротивоположных перемычках, одно - с микрометрической резьбой, другое - гладкое. Рама взаимодействует с опорными стержнями 3 и 4 с возможностью свободного углового перемещения через соединительные элементы, выполненные в виде шайб 6 и сегментов 7. Одна из поверхностей сегмента 7, та, которая прикасается к внутренней поверхности кольца, имеет форму окружности, радиус которой равен внутреннему радиусу кольца. Для надежной фиксации опорных стержней 3 и 4 сегменты 7 выполнены с буртиками 8 (см. сечение Б-Б), расстояние между которыми равно ширине кольца. С целью уменьшения чувствительности устройства к отклонению направления действия силы Р от заданного (несоосности действия силы Р) опорные стержни 3 и 4 снабжены шариковыми наконечниками 9. Один из соединительных элементов рамы имеет винтовую микрометрическую резьбу и связан с опорным стержнем 3, а другой - гладкую цилиндрическую головку 10 и связан с опорным стержнем 4. The frame has two holes in directly opposite jumpers, one with a micrometer thread and the other smooth. The frame interacts with the support rods 3 and 4 with the possibility of free angular movement through the connecting elements made in the form of washers 6 and segments 7. One of the surfaces of segment 7, the one that touches the inner surface of the ring, has the shape of a circle whose radius is equal to the inner radius rings. For reliable fixation of the support rods 3 and 4, segments 7 are made with shoulders 8 (see section BB), the distance between which is equal to the width of the ring. In order to reduce the sensitivity of the device to deviation of the direction of action of the force P from the predetermined (misalignment of the force P) support rods 3 and 4 are equipped with ball tips 9. One of the connecting elements of the frame has a helical micrometric thread and is connected to the support rod 3, and the other is smooth cylindrical the head 10 and is connected with the support rod 4.

Тензорезисторы 2 соединены монтажными электропроводами в мостовую схему и подключены к регистратору выходных сигналов - информационно-измерительной системе, например, СИИТ-3. Strain gages 2 are connected by mounting wires to the bridge circuit and connected to the output signal recorder - an information-measuring system, for example, SIIT-3.

Прогиб кольца f_х и деформацию ε кольца и тензорезисторов определяют по формулам:
f_x= 0.149Pr³/EI; ε= PD/11·E·W где Р - измеряемая сила сжатия; r - радиус кольца; Е - модуль упругости материала кольца; I, W - соответственно момент инерции и момент сопротивления сечения кольца; D - диаметр кольца.The deflection of the ring f _x and the strain ε of the ring and strain gauges are determined by the formulas:
f _x = 0.149 Pr ³ / EI; ε = PD / 11 · E · W where P is the measured compression force; r is the radius of the ring; E is the elastic modulus of the material of the ring; I, W - respectively, the moment of inertia and the moment of resistance of the cross section of the ring; D is the diameter of the ring.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Тензорезисторы подключают к регистрирующему устройству и отмечают показания их в ненагруженном состоянии кольца. Поворотом рамы 5 по часовой стрелке производят предварительное натяжение кольца, величина которого контролируется по показаниям регистрирующего устройства. Натяжение осуществляется за счет того, что рама 5 при повороте свободно перемещается в угловом направлении относительно цилиндрической головки 10 соединительного элемента, связанного с опорным стержнем 4. При этом на головку действует определенная осевая нагрузка, которая передается на противоположную перемычку рамы, в результате чего опорный стержень завертывается в перемычку рамы , в результате чего опорный стержень завертывается в перемычку рамы, создавая натяжение кольца. Strain gages are connected to the recording device and note their readings in the unloaded condition of the ring. By turning the frame 5 clockwise, the ring is pre-tensioned, the value of which is controlled by the readings of the recording device. The tension is due to the fact that the frame 5 during rotation rotates freely in the angular direction relative to the cylindrical head 10 of the connecting element connected to the support rod 4. In this case, a certain axial load acts on the head, which is transmitted to the opposite bridge of the frame, as a result of which the support rod wrapped in a frame jumper, as a result of which the supporting rod is wrapped in a frame jumper, creating a ring tension.

После создания необходимого предварительного натяжения устройство устанавливают на испытуемый объект таким образом, что шариковые опоры соприкасаются с измерительной поверхностью - опорными плитами объекта (на чертеже не показаны). Отмечают показания ε_oтензорезисторов в этом начальном положении.After creating the necessary preliminary tension, the device is installed on the test object in such a way that the ball bearings are in contact with the measuring surface - the base plates of the object (not shown in the drawing). The readings ε _{o of the} strain gages in this initial position are noted.

При воздействии нагрузки сжатия на измеряемый объект расстояние между его опорными плитами уменьшается, что привод к уменьшению базы l_o(см. чертеж). При этом тензорезисторы получают линейную деформацию по направлению своих главных осей. Изменение выходного сигнала тензорезисторов регистрируется информационно-измерительной системой. По этому изменению сигнала можно определить изменение базы l_o исследуемого объекта.When a compression load affects the measured object, the distance between its base plates decreases, which leads to a decrease in the base l _o (see drawing). In this case, the strain gauges receive linear deformation in the direction of their main axes. The change in the output signal of the strain gages is recorded by the information-measuring system. From this change in the signal, it is possible to determine the change in the base l _{o of the} investigated object.

Таким образом, предлагаемое устройство для изменения деформаций и сил по сравнению с известным обеспечивает повышение точности измерения, обусловленное возможностью установки нуля при измерениях деформаций, а также уменьшением чувствительности устройства к отклонению направления действия силы Р от заданного. Возможность надежной фиксации нулевого отсчета и устранение люфтов обеспечивают повышение точности измерения примерно в 1,5 раза. Thus, the proposed device for changing strains and forces compared to the known one provides an increase in the measurement accuracy due to the possibility of setting zero for strain measurements, as well as a decrease in the sensitivity of the device to a deviation of the direction of action of the force P from the given one. The possibility of reliable fixation of the zero reading and elimination of backlashes provide an increase in the measurement accuracy of about 1.5 times.

Выполнение опорных стержней съемными с резьбой на одном конце обеспечивает упрощение технологичности изготовления устройства. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 868336, кл. G 01 B 7/18, 1980. The implementation of the support rods removable with a thread at one end provides a simplification of the manufacturability of the device. (56) 1. USSR author's certificate N 868336, cl. G 01 B 7/18, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР N 1474450, кл. G 01 B 7/18, 1986. 2. Copyright certificate of the USSR N 1474450, cl. G 01 B 7/18, 1986.

Claims

DEVICE FOR MEASURING DEFORMATIONS AND STRENGTHS, containing a sensitive element in the form of an elastic deformation ring with strain gauges, support rods rigidly connected to an elastic deformation ring in its diametrically opposite points, and it ensures an increase in the accuracy of the signal a mechanism for adjusting the initial tension of the sensitive element, made in the form of a closed frame with openings on opposite shelves, one of the openings is made with micrometer thread d, and the other is smooth, the support rods at one end are installed in these holes with the possibility of moving along the axis of the holes and are made with mating parts, respectively: one with micrometer threading, and the other is smooth with a limiter located on the other side, closed the ends of the support rods are made with spherical tips.