×
27.02.2013
216.012.2c2f

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения деформаций и перемещений, и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся радиальных перемещений. Многокомпонентный датчик перемещений содержит корпус, чувствительный элемент с пьезодатчиками. Силоприемный элемент выполнен из двух продольно соединенных упругих стержней, соединенных торцами посредством шарового шарнира, на котором размещен элемент передачи усилий в виде шарикоподшипника, установленного внутренним кольцом на силовоспринимающем элементе в зоне наибольшего прогиба, чувствительный элемент выполнен в виде деформируемого внешнего кольца упомянутого подшипника, расположенного концентрично внутреннему кольцу. На внутренней поверхности деформируемого кольца выполнены окна для размещения пьезоэлементов, а сепаратор подшипника фиксирован от кольцевого перемещения относительно опорного кольца так, что каждый шарик подшипника соприкасается с рабочей поверхностью пьезоэлемента, так что центры шариков совпадают с направлением радиальных перемещений чувствительного элемента датчика. Техническим результатом, достигаемым от реализации заявленного изобретения, является расширение функциональных возможностей устройства. 3 ил.
Основные результаты: Многокомпонентный датчик перемещений, содержащий корпус, силоприемный элемент, чувствительный элемент с пьезодатчиками, отличающийся тем, что силоприемный элемент выполнен из двух продольно соединенных упругих стержней, соединенных торцами посредством шарового шарнира, на котором размещен элемент передачи усилий в виде шарикоподшипника, установленного внутренним кольцом на силовоспринимающем элементе в зоне наибольшего прогиба, чувствительный элемент выполнен в виде деформируемого внешнего кольца упомянутого шарикоподшипника, расположенного концентрично внутреннему кольцу, на внутренней поверхности деформируемого кольца выполнены окна для размещения пьезоэлементов, причем сепаратор подшипника фиксирован от кольцевого перемещения относительно опорного кольца так, что каждый шарик подшипника соприкасается с рабочей поверхностью пьезоэлемента, так что центры шариков совпадают с направлением радиальных перемещений чувствительного элемента датчика, при этом все пьезоэлементы, расположенные во внешнем кольце чувствительного элемента в области его меньшей жесткости, ориентированы и подключены в электрические схемы таким образом, что выходной сигнал каждой схемы зависит лишь от одной составляющей перемещения, которую измеряет данный канал, а упомянутый силоприемный элемент выполнен из двух стержней разной жесткости, причем первый стержень малой жесткости защемлен в резьбовой втулке корпуса с возможностью осевого перемещения, а второй стержень с одной стороны скреплен с первым стержнем с помощью шарового шарнира и посредством контакта с чувствительным элементом с возможностью радиальных перемещений, а с другой стороны шарнирно закреплен в выходной части корпуса с помощью резьбовой конической втулки.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения деформаций и перемещений, и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся радиальных перемещений.

Известен «Датчик силы» (SU №1723468 A1, 30.03.1992, G01L 1/22), содержащий корпус с закрепленным в нем упругим элементом, выполненным в виде соосно расположенных колец, соединенных между собой радиальными перемычками, на которых размещены тензодатчики, при этом радиальные перемычки упругих элементов выполнены со встречным углом наклона к центральной оси датчика. Недостатком этой конструкции является взаимовлияние упругих элементов при их совместной деформации, ухудшающее качество датчика по показателю нелинейности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является «Упругий элемент устройства для измерения радиальных давлений» (RU №2293294 C2, 10.02.2007, G01L 1/22), содержащий полое тело цилиндрической формы с расположенными прорезями минимальной ширины, а перемычки между ними представляют собой консольные балки с закрепленными на них тензорезисторами. Недостатками данного технического решения является сложность тарирования датчика, зависимость деформаций упругих элементов от перекоса датчика.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет непрерывного измерения составляющих радиальных перемещений по всем направлениям.

Задача изобретения решается тем, что многокомпонентный датчик перемещений выполнен следующим образом. Силоприемный элемент выполнен из двух продольно соединенных упругих стержней, соединенных торцами посредством шарового шарнира, на котором размещен элемент передачи усилий в виде шарикоподшипника, установленного внутренним кольцом на силовоспринимающем элементе в зоне наибольшего прогиба, чувствительный элемент выполнен в виде деформируемого внешнего кольца упомянутого шарикоподшипника, расположенного концентрично внутреннему кольцу, на внутренней поверхности деформируемого кольца выполнены окна для размещения пьезоэлементов, причем сепаратор подшипника фиксирован от кольцевого перемещения относительно опорного кольца так, что каждый шарик подшипника соприкасается с рабочей поверхностью пьезоэлемента, так что центры шариков совпадают с направлением радиальных перемещений чувствительного элемента датчика, при этом все пьезоэлементы, расположенные во внешнем кольце чувствительного элемента в области его меньшей жесткости, ориентированы и подключены в электрические схемы таким образом, что выходной сигнал каждой схемы зависит лишь от одной составляющей перемещения, которую измеряет данный канал, а упомянутый силоприемный элемент выполнен из двух стержней разной жесткости, причем первый стержень малой жесткости защемлен в резьбовой втулке корпуса с возможностью осевого перемещения, а второй стержень, с одной стороны, скреплен с первым стержнем с помощью шарового шарнира и посредством контакта с чувствительным элементом с возможностью радиальных перемещений, а с другой стороны, шарнирно закреплен в выходной части корпуса с помощью конической резьбовой втулки.

На фиг.1 представлено устройство в разрезе, на фиг.2 - силовая схема датчика, а на фиг.3 - распределение радиальных перемещений при нагружении в направлении оси OY.

Устройство содержит разъемный цилиндрический корпус 1, резьбовую втулку 2, размещенную в торце корпуса с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и фиксируемую с помощью стопорной гайки, силоприемный элемент 3, выполненный в виде составного упругого цилиндрического стержня. В своей передней части, контактирующей с силоприемным элементом 3, корпус 1 имеет коническую разрезную втулку 4 для крепления силоприемного элемента 3. Упругий стержень 3 выполнен из двух стержней 5, 6, соединенных торцами с помощью шарового шарнира 7. Первый стержень 5 малой жесткости защемлен в резьбовой втулке 2 корпуса с возможностью осевого перемещения. Его назначение - ограничить прогиб силоприемного элемента 3 в зоне максимального прогиба с целью предотвращения разрушения пьезоэлементов. Второй стержень 6 собственно является силоприемным элементом датчика. В крайней левой части его, в зоне максимальных прогибов на корпусе шарового шарнира 7 размещен элемент передачи усилий к чувствительному элементу в виде шарикоподшипника качения 8, который внутренним опорным кольцом 9 запрессован на левой оконечности стержня 6. Сепаратор 10 подшипника 8 зафиксирован относительно опорного кольца 9. Собственно силопередающим элементом являются шарики 11 подшипника 8, передающие усилие от опорного кольца 9 к чувствительному элементу. Чувствительным элементом датчика является наружное деформируемое кольцо 12 подшипника 8, расположенное концентрично внутреннему опорному кольцу 9. Наружное деформируемое кольцо 12 состоит из внешней тонкостенной металлической втулки 13 и скрепленной с ней посредством контакта обоймы 14, из диэлектрического материала, в которой выполнены сквозные окна для размещения пьезодатчиков перемещения 15.

В качестве датчиков перемещений 15 использованы пьезоэлементы прямого пьезоэффекта [1], включенные в измерительную схему, причем электрическая ось пьезоэлемента совпадает с силочувствительной осью, проходящей через центр каждого шарика 11, точку контакта пьезоэлемента и шарика до пересечения с продольной осью датчика. Пьезодатчики 15 установлены с равным шагом дискретности соосно с шариками 11 в окнах обоймы 14. При преобразовании сигналов перемещения в электрические сигналы применяют способ, основанный на использовании прямого пьезоэффекта, когда сигнал перемещения воздействует на пьезоэлемент и вызывает изменение электрического сигнала на выходе пьезоэлемента [2]. Для этого в конструкции датчика пьезоэлементы предварительно поджаты с помощью винтов 16, а измеряемое перемещение прикладывается через упругий преобразователь, которым является тонкостенная втулка 13. При ввинчивании регулировочного винта 16 его концевая часть прогибает оболочку тонкостенной втулки 13 и создает усилие, пропорциональное перемещению, от этого усилия в зоне соприкосновения шарика 11 и пьезоэлемента 15 возникает усилие предварительного нагружения. С помощью выводов каждый пьезодатчик 15 соединяется с внешней электрической схемой, не показанной на чертеже. Индивидуальная тарировка каждого пьезоэлемента позволяет устранить погрешность измерений из-за технологических погрешностей сборки и отклонения параметров пьезоэлементов.

Устройство работает следующим образом. При закреплении силоприемного элемента 3 в корпусе 1 коническая разрезная втулка 4 и резьбовая втулка 2 обеспечивают совместную деформацию изгиба упругих цилиндрических стержней 5, 6 под действием сил, приложенных к измерительной консоли силоприемного элемента 3 датчика.

Перед началом испытаний датчик тарируется по каждому каналу измерений, для этого каждый пьезодатчик нагружается с помощью регулировочных винтов 16. При ввинчивании винта 16 его концевая часть прогибает оболочку тонкостенной втулки 13 и создает усилие, пропорциональное перемещению, что фиксируется регистрирующим прибором. Датчик по всем направлениям перемещений работает идентично, поэтому рассмотрим его работу в направлении одной из осей. На фиг.2 показан совместный прогиб упругих стержней 5 и 6, передача усилия на пьезодатчики перемещений 15, лежащие в плоскости чертежа. При перемещении иглы силоприемного элемента 3, связанной посредством контакта с исследуемым объектом, в радиальном направлении, например в направлении оси Y (на фиг.2 показано стрелкой), правая консольная часть силоприемного стержня 6 изгибается относительно узла шарнирного закрепления, а элемент передачи усилия в виде подшипника 8 перемещается вверх, при этом усилие через шарик 11 передается на верхний пьезодатчик 15, который сжимается вдоль силочувствительной оси, а нижний пьезодатчик 15 разгружается относительно усилия предварительного нагружения, остальные датчики нагружаются промежуточными усилиями. Нагружение пьезодатчиков 15 вызывает появление электрических сигналов на выходе пьезоэлемента, пропорциональных радиальному перемещению. Максимальный коэффициент преобразования достигается при приложении усилия в направлении силочувствительной оси пьезоэлемента. Электрические сигналы с пьезодатчиков 15 каждого измерительного канала регистрируются и записываются регистрирующим прибором. На диаграмме (фиг.3) показано распределение сигналов при нагружении в направлении оси OY.

Предлагаемое техническое решение обладает рядом преимуществ, обеспечивающих положительный эффект:

- предотвращает выход из строя пьезоэлементов чувствительного элемента, ограничивая радиальные деформации;

- обеспечивает удобство тарировки пьезоэлементов;

- позволяет создать датчик перемещений с малыми габаритами.

Наряду с этим устройство сохраняет положительные свойства прототипа, а именно может быть использовано для измерения перемещений по выбранным направлениям, кроме этого, производит измерение радиальных составляющих перемещений независимо от ориентации датчика в пространстве.

Таким образом, в расширении функциональных возможностей устройства за счет избирательного по всем направлениям пространства измерения радиальных перемещений конкретно выражается положительный эффект предлагаемого устройства.

Литература

1. Фесенко Е.Г. и др. Новые пьезокерамические материалы. - Ростов-на-Дону: Изд. Ростовского ГУ, 1983. - С.18.

2. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении. - Л.: Машиностроение, 1986. - С.185.

Многокомпонентный датчик перемещений, содержащий корпус, силоприемный элемент, чувствительный элемент с пьезодатчиками, отличающийся тем, что силоприемный элемент выполнен из двух продольно соединенных упругих стержней, соединенных торцами посредством шарового шарнира, на котором размещен элемент передачи усилий в виде шарикоподшипника, установленного внутренним кольцом на силовоспринимающем элементе в зоне наибольшего прогиба, чувствительный элемент выполнен в виде деформируемого внешнего кольца упомянутого шарикоподшипника, расположенного концентрично внутреннему кольцу, на внутренней поверхности деформируемого кольца выполнены окна для размещения пьезоэлементов, причем сепаратор подшипника фиксирован от кольцевого перемещения относительно опорного кольца так, что каждый шарик подшипника соприкасается с рабочей поверхностью пьезоэлемента, так что центры шариков совпадают с направлением радиальных перемещений чувствительного элемента датчика, при этом все пьезоэлементы, расположенные во внешнем кольце чувствительного элемента в области его меньшей жесткости, ориентированы и подключены в электрические схемы таким образом, что выходной сигнал каждой схемы зависит лишь от одной составляющей перемещения, которую измеряет данный канал, а упомянутый силоприемный элемент выполнен из двух стержней разной жесткости, причем первый стержень малой жесткости защемлен в резьбовой втулке корпуса с возможностью осевого перемещения, а второй стержень с одной стороны скреплен с первым стержнем с помощью шарового шарнира и посредством контакта с чувствительным элементом с возможностью радиальных перемещений, а с другой стороны шарнирно закреплен в выходной части корпуса с помощью резьбовой конической втулки.
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 11 items.
20.02.2013
№216.012.27c3

Устройство для измерения параметров движения пишущего узла

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров перемещения пишущего узла при записи рукописного текста. Устройство для измерения параметров движения пишущего узла содержит корпус, чувствительный элемент с пьезодатчиками, включенными в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475699
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2852

Цифровой многокомпонентный датчик перемещений

Изобретение относится к устройствам для измерения деформаций и перемещений и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся перемещений. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет избирательного по всем направлениям...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475842
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.12.2013
№216.012.89e8

Цифровой многокомпонентный датчик перемещений

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения деформаций и перемещений, и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся перемещений. Цифровой многокомпонентный датчик перемещений, содержащий корпус, пишущий узел, чувствительный элемент с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500986
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.05.2014
№216.012.bf76

Устройство для электрохимической маркировки внутренней поверхности ствола оружия

Изобретение относится к устройству для электрохимической маркировке деталей, в частности для маркировки внутренней поверхности ствола оружия. Устройство содержит корпус цилиндрической формы из диэлектрического материала, размещенный внутри него катод-инструмент, снабженный цилиндрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514763
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.06.2014
№216.012.cfef

Способ диагностики ровности поверхности дорожного покрытия

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению показателей ровности поверхности дорожного покрытия. В отличие от известных способов контроля неровностей профиля дорожного покрытия, основанных на измерении отклонений профиля каким-либо способом, в предлагаемом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519002
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.07.2014
№216.012.da60

Способ прогнозирования срока эксплуатации дорожного покрытия

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к определению показателей ровности поверхности дорожного покрытия. В отличие от известных способов контроля неровностей профиля дорожного покрытия, в предлагаемом изобретении качество дорожного покрытия определяют по вибрационным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521682
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.02.2015
№216.013.25ce

Способ динамической биометрической аутентификации личности по особенностям почерка

Изобретение относится к области цифровой обработки рукописного текста и предназначено для аутентификации пользователя по рукописному почерку в системах контроля доступа. Техническим результатом является повышение надежности санкционированного допуска в системах, требующих использования средств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541131
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.06.2015
№216.013.5445

Способ идентификации личности по рукописному тексту

Изобретение относится к области идентификации личности по рукописному тексту. Техническим результатом является повышение достоверности идентификации личности. Способ идентификации личности по рукописному тексту заключается в том, что предварительно формируют базу данных из преобразованных в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553094
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.05.2016
№216.015.3d74

Способ статистического приемочного контроля крупногабаритных цилиндрических оболочек топливных баков ракет

Изобретение относится к области управления качеством продукции, в частности, крупногабаритных топливных баков ракет. Способ заключается в выборе информативных параметров качества (ИПК) изготовления тонкостенной оболочки бака. При этом выделяют так называемые реперные точки, определяющие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583421
Дата охранного документа: 10.05.2016
13.01.2017
№217.015.91fc

Способ измерений и обработки начальных неправильностей формы тонкостенных цилиндрических оболочек

Изобретение относится к измерительной технике в машиностроении и может быть использовано для контроля формы цилиндрических поверхностей тонкостенных цилиндрических оболочек в научных исследованиях и производственной практике. Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605642
Дата охранного документа: 27.12.2016
Showing 1-10 of 146 items.
20.01.2013
№216.012.1ce9

Способ формирования профиля головки рельсов

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности. Способ формирования профиля головки рельсов заключается в том, что в качестве инструмента используют энергетический луч или струю гидроабразивной жидкости, подаваемую под высоким давлением. Инструмент ориентируют под углом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472895
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.20e1

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике, в частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Техническим результатом заявленного изобретения является...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473918
Дата охранного документа: 27.01.2013
10.02.2013
№216.012.246e

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промэлектронике. В частности, оно позволяет определять параметры четырехэлементных двухполюсников или параметры датчиков с четырехэлементной схемой замещения. Техническим результатом является обеспечение возможности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474828
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.2662

Устройство стабилизации режима резания при токарной оработке деталей на оборудовании с чпу

Изобретение относится к области станкостроения, в частности к системам контроля и управления точностью обработки деталей. Устройство стабилизации режима резания при токарной обработке деталей на оборудовании с ЧПУ содержит резцедержательный блок с электродвигателем и исполнительные механизмы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475346
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.26cf

Способ сорбционной очистки сточных вод от красителей

Изобретение может быть использовано для очистки сточных предприятий текстильной и легкой промышленности, предприятий бытовой химии, кожевенных заводов от промышленных красителей. Для осуществления способа в качестве сорбента используют карбонатную породу с содержанием карбоната кальция, равным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475455
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.27c3

Устройство для измерения параметров движения пишущего узла

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров перемещения пишущего узла при записи рукописного текста. Устройство для измерения параметров движения пишущего узла содержит корпус, чувствительный элемент с пьезодатчиками, включенными в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475699
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2803

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, автоматике и промышленной электронике. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор импульсов с изменением напряжения в течение их длительности по закону степенных функций, мостовую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475763
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2804

Мостовой измеритель параметров двухполюсников

Изобретение относится к промышленной электронике, автоматике, информационно-измерительной технике и может быть использовано для контроля и определения параметров двухполюсников. Мостовой измеритель параметров двухполюсников содержит последовательно соединенные генератор питающих импульсов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475764
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2852

Цифровой многокомпонентный датчик перемещений

Изобретение относится к устройствам для измерения деформаций и перемещений и предназначено для измерения статических или плавно меняющихся перемещений. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет избирательного по всем направлениям...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475842
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2a65

Способ получения основного хлорида или нитрата меди (ii)

Изобретение относится к технологии получения солей меди (II). Способ включает прямое взаимодействие оксида металла с водными растворами соляной или азотной кислоты при интенсивном перемешивании, в том числе и в присутствии стеклянного бисера в качестве перетирающего агента. Процесс проводят при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476380
Дата охранного документа: 27.02.2013
+ добавить свой РИД