186681. lajstromszámú szabadalom • Elektromechanikus erő-villamosjelátalakító
1 186 681 2 Az utóbbi időben mind jobban terjed az erőmérőátalakítókban a tartó vagy tengely típusú mérőtest. A mérőtest egyik végén befogott tartó, két végén alátámasztott tartó, vagy két végén megfogott tartó lehet. Ritkán többtámaszú tartó is lehet. Általános esetben, egy mérőtestre az F mérendő erő a D támadáspontban fejti ki hatását (3., 4. ábrák). A mérőtest és az F mérendő erő egy (x, y, z) koordinátarendszerben helyezhető el. A mérőtest geometriája, a hatásvonal iránya, a támadáspont és az F mérendő erő nagysága meghatározza a mérőtest igénybevételét. Hz az igénybevétel a geometriai méretekiől függően elemi igénybevételekből tevődik össze, ezek nyomás, húzás, nyírás, hajlítás, csavarás. Ezek az igénybevételek a mérőtestben egy p(v) feszültség vektor teret létesítenek, amin keresztül a befogásban (vagy befogásokban) az alátámasztásban (vagy alátámasztásokban) az erő folyam az R reakció erővel (több reakció erővel) záródik. A csaptípusú mérőérzékelő egy példakénti alkalmazását mutatja az 1. ábra. Az 1 tartályt 2 lábakon rögzítik az alaphoz. Az 1 tartály és a 2 lábak között helyezkednek el a 3 mérőérzékelők. A 3 mérőérzékelők olyan befogószerkezetekben helyezkednek el, amelyek biztosítják a szilárd kapcsolatot, mind az 1 tartállyal, mind a 2 lábakkal. A befogószerkezet a 2. ábrán látható. A 2 lábhoz 4 alaplemez van erősítve, a bemutatott megoldásnál oldható kötéssel. A 4 alapiemezre 5 tartóbakok vannak csavarozva és ezekbe van a 3 mérőérzékelő befogva. így a 3 mérőérzékelő és a 4 alaplemez között merev kapcsolat van: a 3 mérőérzékelő két végén befogott tartóként működik. Középső részére illeszkedik a középső 6 tartóelem, amely viszont 7 felső tartólemezzel van mereven összekapcsolva. A 7 felső tartólemez biztosítja a csatlakozást az 1 tartályra erősített 8 konzolhoz. A 3 mérőérzékelőt a mérőegységgel 9 kábel köti össze. A terhelés hatására mind az 1 tartály, mind a 2 lábak deformálódnak. A deformációkhoz járulnak a 3 mérőérzékelők deformációja. Ezek a merev kapcsolat révén egymásra hatással vannak. Megvizsgálva a mérőérzékelők elvileg lehetséges deformálódását, befogott tartókkal a következőket nyerjük: A mérendő erő és a reakció erő térbeli elhelyezkedése és relatív helyzete a mérőtesthez képest a mérőtest lehetséges geometriai alakjával a mérőátalakítók végtelen nagy sokaságát teszi megvalósíthatóvá. Ezen erők között a mérötestben kialakult feszültségtér, valamint a mérőtest anyagára jellemző rugalmassági és csúsztató rugalmassági modulusán keresztül relatív nyúlásként (rövidülés) és/vagy relatív szögelfordulásként jelentkezik. Ugyanígy a 3 mérőérzékelőkhöz kapcsolódó valamennyi szerkezeti elemben létrejön az igénybevétel hatására valamilyen deformáció. E deformációk végülis egy eredőt adnak, amely elmozdulás és elfordulás komponensekben figyelhetők meg. A mérőtestben mindenkor kijelölhető egy irány, egy tengely pl. a hajlítás semleges tengelye, vagy a csavarás tengelye. Hasonló szemlélettel az említett erők hatásvonalai által meghatározott síkban fekvő és az adott koordináta-rendszer egy választott irányához rendelt irányú „tengely” vonal is kijelölhető a mérőtestben. A mérőátalakítón kijelölhető egy hatásvonal és egy támadáspont. Ez a hatásvonal a „mérőirány”. A mérőátalakító alkalmazása során, szükséges a mérőirány és a mérendő ere hatásvonala kölcsönös helyzetének változatlansága biztosítása. A helyes méréshez szükséges tehát a mérőátalakítók olyan kialakítása, amelyik biztosítani tudja ezt a követelményt. Egy-egy mérőátalakító e feltételt csak „közelítőleg” tudja teljesíteni, mert az elmozdulás vagy a lehajlás és az elfordulás mindig jelen van. A fentieket egyszerűen beláthatjuk például a 3. ábrán bemutatott befogott tartó esetén. Az F mérendő erő merőleges a semleges szálra, és a hatásvonala önmagával páihuzamosan elmozdulhat tartóra felfüggesztett G tömeg esetén. Az F mérendő erőt a G tömeg és a rá ható g nehézségi gyorsulás határozza meg. A G tömeg a tartó D függesztési pontjában kapcsolódik oly módon, hogy a G tömeg S súlypontja és a függesztési pont által meghatározott egyenes mindig egybe esik a g nehézségi gyorsulás — azaz az F erőhatásvonal — irányával. A tartó hajlítási karja terheletlen állapotban 10 hosszúságú. A terhelés hatására a tartó v értékű lehajlást szenved, de az 10 hossz nem változik. Változik azonban a D függesztési pont távolsága a befogás helyétől, azaz rövidebb lesz:lx. Az eredeti lineáris jelleggörbe, a rövidülés miatt nem lineárissá válik, és a megváltozás mértéke túllépi a megengedett hibahatárokat. A rövidülést kell kiküszöbölni, a függesztés megtartásával. Ez egy gömbcsuklós, kettős kulisszás szerkezettel megoldható (lásd a 4. ábrát). A gömbcsukló biztosítja az elfordulást, így a DS egyenes mindig párhuzamos lesz a nehézségi gyorsulással (vagy más kijelölt iránnyal). A 10 kulisszamű biztosítja az 10 távolság állandóságát és all kulisszamű biztosítja a lehajlásból adódó rövidülésnek megfelelő elmozdulást. A fenti elveket alkalmaztuk a bemutatott példán is. Az 1. ábrán bemutatott 1 tartályt a 3A, 3B és3C mérőérzékelőkkel támasztottuk alá, a 2. ábrán látható módon. A 3A, 3B és 3C mérőérzékelők beépítésének kinematikai vázlatát mutatja az 5. ábra. Az 1 tartály 2 lábain elhelyezett 5 tartóbakokban vannak a 3A, 3B, 3C mérőérzékelők tengelyvégei befogva. Az 1 tartályhoz erősített 7 felső tartólemezen lévő 6 tartóelemben 12 gömbfészkek vannak kialakítva és ebbe illeszkednek a 3A, 3B és 3C mérőérzékelők palástjára illesztett, vagy azon kialakított gömbpalást felületek. A 3A mérőérzékelőn közvetlenül van gömbpalástfelület kialakítva, így ez a 12 gömbfészekben csak térbeli elfordulásra képes. A 3B és 3C mérőérzékelők palástjára gömbpalást felületű 13 betétek vannak felhúzva, ennek megfelelően ezekben az alátámasztási pontokban a térbeli elfordulás mellett tengelyirányú elmozdulás is lehetséges. Szerelt állapotban a 3A, 3B, 3C mérőérzékelők R sugarú körön helyezkednek el, és hossztengelyeik a Kj középpontban metszik egymást. A terhelés, a hőmérséklet hatására az alátámasztó szerkezet (2 lábazat) és a mérendő anyagot hordozó tartály különböző módon deformálódik — minthogy abszolút merevre egyiket sem lehet megvalósítani. Ez a különbözőség a mérőérzékelőkre a súlyerőn kívül, járulékos erőket létesít, amit a helyes működéshez ki kell küszöbölni. Minthogy a 3A mérőérzékelőnél az 1 tartály sugárirányban nem mozdulhat el, csupán a 3A mérőérzékelő gömbpalástjának középpontjától számított R sugarú kör mentén billenhet el. A 3B és 3C mérőérzékelők sugár-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
