Линейный дорожный датчик для автоматических систем весогабаритного контроля на основе электропроводящего шинного регенерата

Область, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к измерительным тензометрическим датчикам для автоматических систем весогабаритного контроля.
Уровень техники
В настоящее время известно много различных дорожных датчиков для автоматических систем весогабаритного контроля, которые в основном изготавливаются из тензорезистивных и пьезорезистивных чувствительных элементов фольгированного типа, находящихся внутри металлической рубашки.
Известна конструкция линейного дорожного датчика [Речицкая Л.В., Речицкий В.И. Линейный дорожный датчик веса // патент РФ, № RU 2 564 151 C1, от 27.09.2014], который содержит чувствительные элементы, нижний концентратор, верхний концентратор, набор крепежных средств. Отличительная особенность данного изобретения состоит в том, что каждый из упомянутых чувствительных элементов может быть выполнен интегральным с использованием любого средства, выбранного из группы, включающей в себя пьезокабель, оптоволоконный кабель, вакуумную трубку или гидравлическую трубку. Недостатком данной конструкции является использование большого количества дорогостоящих чувствительных элементов в виде тензодатчиков и пьезоэлементов.
Известен датчик динамического измерения веса транспортного средства [Сафьянов И.В., Гематудинов Р.А., Джабраилов Х.А. Датчик динамического измерения веса транспортного средства // патент РФ, № RU2757202C1, от 12.10.2021], который применяется для автоматических систем весогабаритного контроля, содержащих приемный элемент, подложку и расположенный между ними чувствительный элемент в качестве преобразователя усилия нагрузки в электрический сигнал. Отличительной особенностью данного датчика является то, что чувствительный элемент выполнен в виде пьезоэлектрического, либо тензорезистивного, либо емкостного, либо оптического, либо магнитоупругого кабеля. Недостатками известной конструкции является использование дорогостоящих чувствительных элементов и невозможностью охватить всю площадь дорожной полосы.
Наиболее близкой по технической сущности является датчик [Ичкитидзе Л.П., Герасименко А.Ю., Кицюк Е.П., Петухов В.А., Селищев С.В., Терещенко С.А. Униполярный датчик деформации // патент РФ, № RU2685570C1, от 22.04.2019], который содержит гибкую подложку, стекловолокно, на который нанесена смесь углеродных нанотрубок и графитового порошка. Этот датчик обладает высокой чувствительностью, гибкостью и эластичностью. Недостатками данного датчика являются сложная технология изготовления и высокая стоимость компонентов. Этот датчик подходит только для измерения деформаций в биологических объектах, что не позволяет его использовать в качестве дорожного тензодатчика.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в удешевлении стоимости и расширении возможностей при изготовлении габаритных измерительных тензометрических датчиков для автоматических систем весогабаритного контроля.
Поставленная задача решается за счет того, что дорожный датчик содержит наполненную электропроводящим техническим углеродом тензорезистивную резину 1, полученную из шинного регенерата, с верхней и нижней части которой установлены два электрода 2 и 3 из нержавеющей стали, с контактными выходами 5, 6 для измерения удельного сопротивления, покрытую электроизоляционной оболочкой 4, выполненной из ненаполненного (непроводящего) шинного регенерата.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности регистрируемых сигналов тензорезистивного дорожного датчика.
Для проверки работоспособности электропроводящего регенерата в качестве тензорезистора были исследованы вольтамперные характеристики при деформации материала. Тензорезистивность наполненных регенератов, т. е. изменение омического сопротивления при их механической деформации, исследована на разрывной машине в режиме сжатия, снимая показания электрического тока при постоянном напряжении 10 вольт. Для этого образец электропроводящего регенерата в виде цилиндрического столбика высотой 15 мм и диаметром 15 мм был закреплен между токопроводящими пластинами из меди и через диэлектрическую подложку подвергнут сжатию. По мере деформирования образца одновременно фиксировалась нагрузка и электрический ток.
Результаты измерения удельного сопротивления образцов электропроводящих регенератов в зависимости от нагрузки на сжатие показали (фиг. 2), что по мере увеличения степени сжатия образцов регенератов с электропроводящим ТУ, удельное сопротивление снижается, что свидетельствует об увеличении проводимости.
Уменьшение сопротивления образцов регенератов при сжатии связано с проявлением эффекта туннелирования электронов вследствие сокращения расстояния между электропроводящими частицами. Известно, что электропроводимость у резин возникает за счет туннельного тока, когда между частицами электропроводящего наполнителя существуют зазоры, заполненные резиной. Этот зазор работает как потенциальный барьер, по которому проходят электроны за счет тепловых флуктуаций, что вызывает электропроводность. Туннельный ток чувствителен к расстоянию, т. к. он изменяется обратно пропорционально по экспоненте в зависимости от изменения расстояния. При сжатии материала расстояние между частицами электропроводящего наполнителя сокращается, и интенсивность тока электронов повышается.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1. представлено схематическое изображение линейного дорожного датчика в поперечном разрезе, который состоит из тензорезистора на основе электропроводящего шинного регенерата (1), двух электродов из нержавеющей стали (2 и 3), электроизоляционной оболочки из шинного регенерата (4) и двух контактов для измерения удельного сопротивления (5, 6).
На Фиг. 2 представлены результаты измерения удельного сопротивления образцов электропроводящих регенератов в зависимости от нагрузки на сжатие.