ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Расчет и конструирование упругих элементов из "Автоматизированные системы взвешивания и дозирования " Упругий элемент является одним из основных узлов тензодатчика, который предназначен для преобразования внешней силы в деформированное состояние. Следовательно, входной величиной упругого элемента является сила, а выходной — деформация или перемещение. Деформацию будем определять как перемещение точек, расположенных на поверхности упругого элемента (УЭ). Перемещение определяют как прогиб характерных точек УЭ в направлении действия измеряемой силы или в другом направлении, однозначно связанном с направлением ее действия. [c.107] В настоящее время не существует общей теории, позволяющей рассчитывать погрешности нелинейности, гистерезиса и коэффициенты влияния различных факторов. Вместе с тем на основании опыта проектирования ТДС выработаны некоторые рекомендации. Так, при проектировании следует стремиться исключить в активной части УЭ сложную деформацию. Активную часть УЭ (зону, где расположены тензорезисторы) целесообразно выполнять в поле однородного напряженного состояния, а напряжения должны быть более высокими, чем в местах ввода нагрузки. В качестве материалов УЭ следует применять сплавы, деформация которых хорошо описывается законом Гука. [c.108] При разработке УЭ тензодатчиков для прецизионной тензометрии уточнение конструкции осуществляется в результате экспериментальных исследований. [c.108] Другой важной характеристикой УЭ является собственная частота колебаний. Выражения для чувствительности и собственной частоты колебаний упругих элементов различных типов приведены в работе [27]. [c.109] Простейщим видом продольного УЭ является четырехстолбиковый УЭ (рис. 72, а). Столбики 2 с наклеенными на них тензорезисторами 3 установлены на плите 1. Основание столбиков притирают к плите 1. Измеряемая сила Р передается через сферическую опору 4 для центрирования нагрузки при небольших наклонах датчика. Верхнюю пяту 5 также притирают к торцам столбиков. Все перечисленные части размещают в корпусе 7 ТДС, который герметизируют с помощью диафрагмы 6. При отношении высоты столбика к ширине 3 1 погрешность нелинейности не превышает 0,2 %. [c.109] Достоинства рассматриваемого УЭ — простота изготовления деталей и наклейки тензорезисторов, а недостатки — зависимость погрешности от качества притирки торцов столбиков к плитам и значительная чувствительность к поперечным силам. Для уменьшения влияния поперечных сил располагают тензорезисторы по нейтральной оси увеличивают момент сопротивления изгиба УЭ уменьшают действие поперечных сил на УЭ с помощью одной (рис. 72, б) или двух диафрагм уменьшают действие поперечных сил на УЭ с помощью специальных стоек (рис. 72, в) или качающихся суппортов. [c.109] Существует большое число патентов на конструкции, уменьшающие влияние поперечных сил и улучшающие метрологические параметры датчиков [ 12]. [c.109] Характеристика датчика сжатия с ростом нагрузки имеет отрицательную нелинейность, поэтому резистор с уменьшающимся под нагрузкой сопротивлением, включенный в цепь питания, может снизить эту нелинейность. Для уменьшения нелинейности применяют также различные способы наложения дополнительных полей напряжений, например за счет выточек, отверстий и т.д. В этом случае изменяется жесткая связь между е и ie. [c.110] Тензорезисторы целесообразно наклеивать в месте минимальных значений изгибающего момента. При этом середина тензорезистора должна совпадать с сечением УЭ, в котором изгибающий момент равен нулю. Тогда сигнал тензодатчика, вызванный действием изгибающего момента, должен быть равен нулю. Длину рубашки Ь выбирают с учетом допускаемого увеличения габаритного размера тензодатчика и уменьшения значения изгибающих моментов, действующих на УЭ. Длина УЭ 1 = 3(1, где — диаметр или наибольший размер основания УЭ. [c.111] Рассмотренная конструкция позволяет уменьшить величину изгибающего момента, действующего на УЭ, в 10—15 раз. [c.111] Применение одной диафрагмы менее эффективно — расчеты показывают, что влияние поперечных сил уменьшается только в 1,5-3 раза. Наклейку тензорезисторов следует осуществлять в зоне минимальных моментов. [c.111] Мембрана воспринимает часть внешней продольной силы, что приводит к потере чувствительности УЭ. Отношение силы, воспринимаемой мембраной, к внешней силе Р называют коэффициентом потери чувствительности УЭ. Допускаемые значения этого коэффициента зависят от нелинейности и упругих несовершенств мембраны, а также от класса точности ТДС. [c.111] Рассмотрим нелинейность характеристики продольных УЭ, которая возникает вследствие влияния трения и перераспределения напряжений в опоре УЭ упругих несовершенств материала УЭ изменения геометрических размеров УЭ. [c.111] Расчет аналитическим путем влияния первых двух факторов представляет значительные трудности. Рекомендации на проектирование УЭ, позволяющие свести к минимуму влияние приведенных выще факторов, основываются на опыте разработки ТДС и экспериментальных исследованиях. [c.112] Оценка составляющей нелинейности, возникающей вследствие изменения геометрических размеров и перемещения точки приложения внещних сил, может быть выполнена аналитически. При определении нелинейности будем исходить из того, что при юстировке добиваются наименьшей величины максимальной погрешности в диапазоне измерения. [c.112] Коэффициент нелинейности определяют как наибольшую относительную погрешность при наилучшем приближении кривой зависимости показаний прибора от нагрузки в диапазоне - -Р/и к прямой, проходящей через начало координат, где ХРщ - наименьшее значение нагрузки, начиная с которой допускаются измерения. [c.112] Изгибные УЭ выполняют в виде консольных балок, мембран различного профиля, колец, рамок и др. УЭ в виде консольной балки равного сопротивления изгибу применяют на нагрузки от 10 И до 10 кН. Такой УЭ прост в изготовлении. Его недостатки - нелинейность, связанная с изменением плеча измеряемой силы, и малая жесткость. Выполнение УЭ по схеме, показанной на рис. 75, позволяет компенсировать нелинейность. При деформации УЭ (рис. 75, а) точкаЬ переместится в точку 6 что приведет к уменьшению плеча силы Р и нелинейности выходного сигнала тензодатчика. Изменение угла наклона у участка Ьа, вызванное деформацией УЭ, компенсирует это изменение плеча. При разработке УЭ такого типа следует найти необходимый угол у и длину Для УЭ (рис. 75, б) компенсация нелинейности происходит при 0,3/ / к 0,6/. [c.112] Другой способ компенсации нелинейности [Пат. 1573792 (ФРГ)] состоит в смещении точки приложения силы (рис. 75, в) относительно нейтральной оси балки при юстировке. В работе [12] дан анализ и приведены различные схемные решения изгибных и сдвиговых УЭ. [c.112] Рассмотрим наиболее характерные УЭ. В упругом элементе фирмы Эллиот (Elliot, Англия) при небольших смещениях точки приложения силы (рис. 76, а) не изменяется величина выходного сигнала. Это достигается за счет того, что изгибающие моменты в местах размещения тензорезисторов 1 и2 (сечения АА иВВ) остаются постоянными, не зависящими от точки приложения нагрузки. [c.113] В УЭ (рис. 76, б) фирмы BLH (США) использована идея параллелог-раммного механизма для уменьшения влияния эксцентриситета измеряемой силы. Такая конструкция находит применение в торговых весах с одним центрально установленным датчиком. [c.113] Вернуться к основной статье