ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕНЗОМЕТР
ELECTROMECHANICAL STRAIN GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения деформаций и перемещений.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к настоящему изобретению является электромеханический тензометр, содержащий несущую скобообразную раму, один конец которой соединен с чувствительным упругим элементом равного сопротивления, снабженным тензорезисторами и связанным с подвижной опорной ножкой, а другой конец несущей скобообразной рамы соединен с неподвижной опорной ножкой (а.с. СССР №1539514, МПК G01B 7/18, опубл. 30.01.1990).
Недостатком известного электромеханического тензометра является невысокая точность измерения, что объясняется наличием люфтов в подвижно соединенных между собой элементах, а также сложность и длительность технологии изготовления электромеханического тензометра.
Технической проблемой настоящего изобретения является создание электромеханического тензометра, который характеризуется высокой точностью измерения при одновременном упрощении и ускорении технологии его изготовления.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения деформаций и перемещений за счет исключения люфтов в подвижно соединенных элементах электромеханического тензометра, а также путем увеличения деформации изгиба и уменьшения продольной деформации чувствительного упругого элемента равного сопротивления. Кроме этого, техническим результатом является упрощение и ускорение технологии изготовления электромеханического тензометра.
Указанный технический результат достигается тем, что известный электромеханический тензометр, содержащий несущую скобообразную раму, один конец которой соединен с чувствительным упругим элементом равного сопротивления, снабженным тензорезисторами и связанным с подвижной опорной ножкой, а другой конец несущей рамы соединен с неподвижной опорной ножкой, согласно настоящему изобретению снабжен упругим продольным компенсатором и разноплечим рычагом, при этом упругий продольный компенсатор соединен через упругий шарнир с чувствительным упругим элементом равного сопротивления и сопряжен с длинным плечом рычага, короткое плечо которого связано посредством упругого шарнира с подвижной опорной ножкой, а конец несущей скобообразной рамы с неподвижной опорной ножкой соединен с разноплечим рычагом посредством упругого шарнира, который является точкой опоры упомянутого рычага, при этом чувствительный упругий элемент равного сопротивления, упругий продольный компенсатор, разноплечий рычаг, упругие шарниры, подвижная и неподвижная опорные ножки выполнены заодно с несущей скобообразной рамой в виде, единого монолитного изделия из эластичного полимерного материала, причем упругий продольный компенсатор представляет собой замкнутую дугообразную перемычку прямоугольного сечения, а упругие шарниры выполнены в виде стержневых перемычек прямоугольного сечения.
Кроме этого, единое монолитное изделие из эластичного полимерного материала выполнено методом аддитивной 3D-печати.
Кроме этого, единое монолитное изделие из эластичного полимерного материала выполнено методом литья.
Кроме этого, в качестве эластичного полимерного материала использован пластик ABS.
Отличительный признак настоящего изобретения, касающийся введения в электромеханический тензометр упругого продольного компенсатора, выполненного в виде замкнутой дугообразной перемычки прямоугольного сечения, позволяет уменьшить продольную деформацию чувствительного упругого элемента равного сопротивления и, соответственно, повысить точность измерения.
Отличительный признак настоящего изобретения, касающийся введения в электромеханический тензометр разноплечего рычага, позволяет увеличить деформацию изгиба чувствительного упругого элемента равного сопротивления и, соответственно, повысить его чувствительность, что способствует повышению точности измерения.
Отличительный признак настоящего изобретения, заключающийся в использовании упругих шарниров, выполненных в виде стержневых перемычек прямоугольного сечения, для соединения элементов электромеханического тензометра позволяет исключить люфты в подвижно соединенных элементах электромеханического тензометра путем обеспечения возможности создания единого монолитного изделия, исключающего люфты между соединенными подвижно элементами, и. следовательно, повысить точность измерения.
Отличительный признак настоящего изобретения, заключающийся в выполнении элементов электромеханического тензометра (за исключением тензодатчиков) заодно с несущей скобообразной рамой в виде единого монолитного изделия из эластичного полимерного материала, позволяет исключить люфты между подвижно соединенными элементами, т.е., повысить точность измерения.
Кроме этого, отличительные признаки, касающиеся использования для создания единого монолитного изделия из эластичного полимерного материала метода аддитивной 3D-печати или метода литья, позволяет упростить и ускорить процесс изготовления электромеханического тензометра.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан электромеханический тензометр (общий вид), а на фиг. 2 представлен электромеханический тензометр (вид сбоку).
Электромеханический тензометр выполнен из эластичного полимерного материала, например из пластика ABS, методом аддитивной 3D-печати или методом литья, в виде единого монолитного изделия и содержит несущую скобообразную раму 1, чувствительный упругий элемент равного сопротивления 2 с наклеенными на двух противоположных его сторонах тензорезисторами 3, упругий продольный компенсатор 4, разноплечий рычаг 5, подвижную опорную ножку 6, неподвижную опорную ножку 7 и упругие шарниры 8, 9, 10. Один из двух концов несущей скобообразной рамы 1 соединен с чувствительным упругим элементом равного сопротивления 2, а другой конец несущей скобообразной рамы 1 соединен с неподвижной ножкой 7. Чувствительный упругий элемент равного сопротивления 2 подвижно связан с подвижной опорной ножкой 6, при этом чувствительный упругий элемент равного сопротивления 2 соединен через упругий шарнир 8 с упругим продольным компенсатором 4, который сопряжен с длинным плечом разноплечего рычага 5, короткое плечо которого связано посредством упругого шарнира 9 с подвижной опорной ножкой 6. Конец несущей скобообразной рамы 1 с неподвижной опорной ножкой 7 соединен с разноплечим рычагом 5 посредством упругого шарнира 10, который является точкой опоры упомянутого рычага 5. Упругий продольный компенсатор 4 выполнен в виде замкнутой дугообразной перемычки прямоугольного сечения и характеризуется пониженной жесткостью в продольном направлении движения чувствительного упругого элемента равного сопротивления 2 и разноплечего рычага 5. Упругие шарниры 8, 9, 10 выполнены в виде стержневых перемычек прямоугольного сечения. Перемычка имеет значительно меньшую по сравнению с основным телом изделия жесткость в плоскости деформирования, при этом сечение перемычки выбрано из условия ее работы на изгиб в плоскости тензометра в области упругих деформаций (при работе электромеханического тензометра в допустимом диапазоне измерения). Тензорезисторы 3 скоммутированы по схеме полумоста (на чертеже не показано). Регистрация выходного сигнала тензометрического полумоста выполнена посредством измерительного усилителя (на чертеже не показано).
Электромеханический тензометр работает следующим образом.
С помощью адгезивного вещества, например цианоакрилатного клея, электромеханический тензометр фиксируют на двух взаимно смещающихся поверхностях контролируемого изделия, для этого на упомянутые поверхности наклеивают подвижную опорную ножку 6 и неподвижную опорную ножку 7. Тензорезисторы 3 по схеме полумоста подключают к измерительному усилителю (на чертеже не показано). На измерительном усилителе устанавливают текущий сигнал с тензорезисторов 3 в качестве нулевого и включают режим регистрации. При взаимном смещении двух поверхностей контролируемого изделия происходит смещение подвижной опорной ножки 6 относительно неподвижной опорной ножки 7 и несущей скобообразной рамы 1, что вызывает деформацию чувствительного упругого элемента равного сопротивления 2, механически увеличенную за счет работы разноплечего рычага 5. Тензорезисторы 3 регистрируют деформацию поверхностей чувствительного упругого элемента равного сопротивления 2 в виде сигнала тензометрического полумоста. Значение взаимного перемещения поверхностей с подвижной и неподвижной опорными ножками 6, 7 определяют по известным из уровня техники зависимостям.