175095. lajstromszámú szabadalom • Nyúlásmérő bélyeges erőérzékeny mérőátalakító és eljárás annak beállítására
3 175095 4 paralelogrammás elrendezés lehetővé teszi, hogy függőleges erőkomponenst a támadáspont változástól függetlenül mérjük, feltéve, hogy a nyúlásmérő bélyegeket nagy pontossággal helyezték el oly módon, hogy azok két vagy több ponton mérjék a paralelogramma elrendezés mentén a feszültséget. Még nagyobb pontosság érhető el a nyúlásmérő bélyegek elhelyezéséből eredő kismértékű eltérések villamos kompenzálásával (pl. az amerikai egyesült államokbeli 3 576 128 számú szabadalmi leírás). A paralelogramma elrendezésben a nyúlásmérő bélyegeket úgy helyezik el, hogy azok a paralelogramma két vagy több helyén mérjék a hajlító feszültséget, de ez nem jelenti azt, hogy az egész rendszerben fellépő hajlító nyomatékot is mérnék. A valóságban a nyúlásmérő bélyegek kimenetét úgy kapcsolják egymáshoz, hogy a hajlító nyomaték hatása a mérés során kiegyenlítődik, s így kizárólag a mérőátalakítóra ható függőleges (nyíró) erők hatását mérik. A megfelelő mérőelrendezéssel ellátott paralelogramma elrendezés alapvető előnye, hogy lehetővé teszi a függőleges erőknek a támadáspont változásától független mérését. A paralelogramma elrendezés alkalmas kisebb súlyok mérésére, azonban nem alkalmazható nagyobb súlyok ill. erők méréséhez (pl. 5000 kp vagy nagyobb súly esetén). Nyilvánvaló, hogy egy olyan masszív paralelogramma elrendezés elképzelhető, amelynek alacsony a támadáspont érzékenysége nagy erők esetén is, de az ilyen berendezés a legtöbb felhasználáshoz nem kívánatos mértékben robusztus lenne. Nagyobb erők mérésére szolgáló olyan nyúlásmérő bélyeges mérőátalakítókat, amelyeknél a nyúlásmérő bélyegek elhelyezésük következtében közvetlenül mérnek függőleges erőt nyíróerő mérése útján, eddig csak mérsékelt sikerrel alkalmaztak. A nyíróerőt rendszerint úgy mérik, hogy a nyúlásmérő bélyegeket úgy helyezik el, hogy azok mind a húzó, mind pedig a nyomó fő feszültségeket is mérjék. A nyírás mérése céljából a nyúlásmérő bélyegeket általában úgy helyezik el, hogy azok annak a tartórúdnak, amelyben a nyírófeszültséget mérik, a hossztengelyével 45°-os, illetve 135°-os szöget zárjanak be. Ámbár ilyen szög esetén a nyírófeszültséget mérő nyúlásmérő bélyegek a hajlító feszültséget is mérik, hacsak nincsenek tökéletesen a semleges hajlítási vonalban elhelyezve, mivel a hajlító feszültség a semleges vonal fölött mint vízszintes húzó feszültség, a semleges vonal alatt mint vízszintes nyomófeszültség hat. Abban az esetben, ha a nyúlásmérő bélyegeket a semleges vonalban helyezzük el, ez a hatás kiesik, mivel ekkor a nyúlásmérő bélyeg egyik fele a felső (feszített), a másik fele pedig az alsó (nyomásnak kitett) területére esik a hajlító feszültségnek, s így a hajlító feszültség elméletileg kiesik a mérésből. Hasonló eredmény elérésére szolgáló másik megoldás az, amikor két nyomott és két húzott nyúlásmérő bélyeget helyeznek el a nyírófeszültség mérésére úgy, hogy egy feszített és egy nyomásnak kitett bélyeg a semleges vonal fölött és egy hasonló bélyegpár a semleges vonal alatt helyezkedik el. Ilyen elrendezéssel elméletileg a hajlító feszültségnek a nyúlásmérő bélyegekre gyakorolt hatása kiküszöbölhető. Az amerikai egyesült államokbeli 3 554 025 számú szabadalmi leírás tartalmazza mindkét fenti, a nyíró és a hajlító feszültségek szétválasztására vonatkozó módszert. Ez a szabadalmi leírás két további módszert is ismertet a hajlító feszültség hatásának kiküszöbölésére, illetve minimalizálására. Ezek egyike egy kettős tartórudat javasol, amely egy alap tartórúdból és egy az ennek a szabad végéhez csatlakoztatott második tartórúdból áll, amely visszanyúlik az alaptartórúd fölé. Ennél az elrendezésnél a nyúlásmérő bélyegeket az alap tartórúd egy olyan pontjához rögzítik, hogy azok egyvonalban legyenek a terhelés támadási tengelyével (vagy annak két oldalán kiegyenlítve helyezkedjenek el). Ily módon a nyúlásmérő bélyegek csak a nyírófeszültséget mérik, és ha a támadáspont helyzete változik, az emelő kar változása, amely a hajlító nyomaték változását és így a nyírásmérés torzítását okozza, olyan kicsi, hogy hatása elhanyagolható. További eredmények érhetők el olyan keresztmetszetű geometria választásával, amelynél léteznek olyan helyzetek a nyúlásmérő bélyegek számára, ahol a hajlító feszültség minimális és a nyíró feszültség maximális. Ez tipikusan egy I-keresztmetszetű tartórúd elrendezésnél áll fenn. Az I-keresztmetszetű tartórúd esetében a nyíró feszültség az I-szárában a legmagasabb és viszonylag egyenletes, ezért javasolják az amerikai egyesült államokbeli 3 554 025 számú szabadalmi leírásban az I-keresztmetszetű tartórudat olyan esetekben, amikor a cél a hajlító feszültség viszonylag kis értéken való tartása és a nyírófeszültség maximálása. Természetesen e mögött az az alapvető szándék húzódik meg, hogy a nyírófeszültség mérését javítsák, és a mérőátalakítónak a támadáspont változásra való érzékenységét csökkentsék. Tény azonban, hogy az eddigi mérések nem érték el célkitűzéseiket. Az amerikai egyesült államokbeli 3 554 025 számú szabadalmi leírásban ismertetett kétszeres (vagy háromszoros) tartórúd elrendezés nem megfelelő igen nagy terhelések esetében, hacsak nem szinte megvalósíthatatlanul masszív alkatrészeket alkalmaznak. Továbbá azoknak az eljárásoknak az alkalmazása, mint például a nyúlásmérő bélyegek gondos pozicionálása, és a speciális keresztmetszet választása szintén nem sikeresek. Egy tipikus hagyományos elrendezést alkalmazva egyenes konzolos tartórúddal a mérőátalakító támadáspont érzékenysége rendszerint 0,3%-nál nem kisebb 6,35 mm támadásponteltolás esetén. Első pillantásra úgy tűnhet, hogy egy ilyen mértékű érzéketlenség meglehetősen jó érték, de a gyakorlatban a nagy 5000 kp feletti terhek mérésénél, úgy tűnik lehetetlen a támadáspont elkerülhetetlen változását 12,7 mm alá csökkenteni. Ez elsősorban a mérőlap méreteinek egyrészt a hőfokfüggés, másrészt a terhelésváltozás miatt keletkező változásainak köszönhető. Szélsőségesen nagy erők ese5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
