189359. lajstromszámú szabadalom • Komplex mérőelem nyúlásmérőbélyeges erőmérő cellához
1 189.359 2 A találmány tárgya komplex mérőelem nyúlásmérőbélyeges erőmérőcellához, ahol a mérőelem alaptestben elhelyezett legalább négy nyúlásméröbéiyeget tartalmaz, amelyeknek jelét azutan a Wheatstone hiúba kapcsolt bélyegekkel lehet tovább feldolgozni. A nyúlásmérőbélyeggel ellátott mérőelemeket, illetőleg az ezeket a méröelemeket tartalmazó erömérőcellákat általában 5N és 10 MN méréshatárra szokás gyártani úgy, hogy a velük elérhető mérési pontosság 0,03-0,5. Dyen jellegű erőmérőcellakat széles körben szerte a világon gyártanak. Az utóbbi években azonban a takarékos gyártás, az automatizálás, illetőleg a szabályozástechnika lejlődése következtében a pontosabb mérlegelés iránt megnövekedtek az igények, ami értelemszerűen magával vonta azt is, hogy az addigieknél pontosabb mérőátalakítókra is egyre nagyobb igény nyilvánul meg. Ezeknek a tokozott pontossági követelményeknek azonban csak igen kevés erőmérő. cella képes eleget tenni, és azok is csak a méréshatár középtartományában. Ennek oka az, hogy az ismert erőmérőcellák úgy vannak kiképezve, hogy az erő hatására ébredő mérendő legnagyobb feszültség helye egyben a legnagyobb terhelési igénybevételnek kitett hely is. Ismeretes, hogy az erőmérőcellak a megadott specifikációnál jobb relatív paramétereket mutatnak (például linearitás, ismétlési hiba), ha a méréshatáruknak csak egy részét használjuk ki. Ez két dologra vezethető vissza. Egyrészt arra, hogy az anyag lényegesen kisebb részben van igénybevéve, mint a rugalmassági határ, másrészt pedig ha nagy mechanikai terhelésnek tesszük ki az erőmérőcellát, akkor ez gyakran olyan deformációval jár, amely visszahat az igénybevételre, illetve a cellának valamilyen sajátos, a kialakításából adódó tendenciózus hibája van. Ilyenkor a hibagörbe lényegében szabályosnak nevezhető, azaz nincs inflexiós pontja. Ennek egy részét használva, viszonylag pontosabban lehet merni. Ez utóbbi esetben azonban, mivel alacsony jelszintű kimenő jeleket mérhetünk, nagypontosslgú jelfeldolgozó elektronikai áramkörökre van szükség. Az erőmérőcelláknak vannak állandó hibái is, ilyen például a nullhelyzeti hiba, vagy a hömérsékletfüggés. Ezek a hibák kis jelszint mellett nagyobb relativ hibaként jelentkeznek, ami szintén hátrányos. Az erömérőcella hiszterézise által okozott hiba lehet relatív illetőleg abszolút hiba, attól függően, hogy az anyag belső súrlódásából vagy pedig egymással érintkező (például erőbevezetö) elemek közötti súrlódásból adódik. A jelenleg ismert erőmérőcellák tehát úgy vannak kialakítva, hogy lehetőleg törekednek a kis mechanikai igénybevételre, de ugyanakkor a lehető legnagyobb elérhető kimenő jelre is. Egy adott erőmérőceila kialakítása mindig ezen két paraméter közötti komp. romisszum eredményeként van kidolgozva. A találmányunkkal az volt a célunk, hogy egy olyan komplex mérőelemet hozzunk létre erömérőcellákhoz, amely a fent említett hiányosságokat úgy küszöbök ki, hogy a két, lényegében egymásnak ellentmondó fent említett követelményt egyesítjük azáltal, hogy a mérőelem fő teherviselő elemében a mechanikai feszültség alacsony, és a nagy kimenőjelszintet egy a főteherviselő elemhez kapcsolódó, nála lényegében kisebb kényszerdeiörmációs tartóelemben keletkezett nagy mechanikai feszültség biztosítja. A tő teherviselő elem deformációja így lineáris és nagymértékben stabil, amit azután «kényszerít egy nála lényegesen kisebb kényszerdeiörmációs tartóra, amire a nyúÖsmérőbélyegek is el vannak helyezve. Ez a megoldás, amely teljesen ellentétes a szokásos minimális méretre való tervezési törekvésekkel, a pontosság növelése érdekében lett igy kialakítva. A találmány tehat komplex méröelem nyúlásmárőbéiyeges erőméröceilához, amely egy alaptestet és legalább négy nyúlásmérőbelyeget tartalmaz. A találmány szerinti mérőelemet az jellemzi, hogy üregesre kiképezett alaptest párhuzamos falú üregébe tengelyszimmetrikusan négy láb van elhelyezve, amelyek egy az alaptest síkjavai párhuzamos erőátviteli felülethez vannak csatlakoztatva, és az erőátviteli felülethez a komplex mérőelem tengelyében elhelyezett, az alaptest üregébe nyúlóan kiképezett tuskó van rendelve, amely tuskó és az alaptest belső alsó síkja között rés van kiképezve, és a tuskó és az alaptest üregének két párhuzamos belső oldala között egy azokat összekötő, a legnagyobb feszültséget átvevő, de a teherviselésben lényegében részt nem vevő kényszerdeformaciós összekötő tartó van elhelyezve, amelynek mindkét oldalán legalább egy-egy, összesen tehát legalább négy nyúlásméröbélyeg van a feszültség irányában elhelyezve. A találmány szerinti komplex méröelem egy előnyös kiviteli alakját az jellemzi, hogy a labak és az erőbevezetö felület között egy a lábak és az erőbeviteli telület párhuzamosságát továbbra is biztosítható, célszerűen vastag síklap van elhelyezve. A találmány szerinti mérőelem még egy további előnyös kivüeÚ alakját az jellemzi, hogy az alaptest befogásra alkalmas nyúlvánnyal, ezáltal húzás és nyomás mérésére egyaránt alkalmasan van ellátva. A találmány szerinti megoldásnál tehát, eltérően az eddig ismert megoldásoktól, a nyúlásmérőbélyegek nem a fő teherviselő elemre vannak ragasztva,hanem egy tőlük különálló, de azokkal kényszerdeformációs kapcsolatban lévő tartókra, ahol a mechanikai feszültség a fő teherviselő elemben keletkezett feszültség többszöröse. A találmány szerinti mérőelemet a továbbiakban példakénti kiviteli alakjai segítségével, a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben. Az 1. ábra a találmány legegyszerűbb példakénti kiviteli alakját mutatja, ahol lényegében a találmány szerinti komplex mérőelem elve figyelhető meg, a 2. ábrán latható a találmány egy olyan példakénti kiviteli alakjának nézeti rajza, amely célszerűen 1 t alatti terhelés mérésére alkalmazható, a 3. ábra a találmány egy további példakénti kiviteli alakjanax nézeti rajzát mutatja, míg a 4. ábrán a találmány egy további, húzásra és nyomásra is igénybevehető példakénti kiviteli alakjának előlnézete látható, az 5. ábra a 4. ábra A-A vonal mentén vett metszetét mutatja, a 6. ábra pedig a 4. ábra tengelyirányú metszetét mutatja. Az 1. ábrán látható tehát a találmány szerinti komplex méröelem lényege vázlatosan. Látható, hogy egy belül üreges, két párhuzamos és az alapra merőleges oldallal kiképezett 4 alaptesthez négy a mérőelem tengelyére szimmetrikusan elhelyezett 1 láb van kiképezve, amely 1 lábak 6 erőbeviteli felülettel vannak összekapcsolva. A 6 erőbeviteli felületnek 1 lábakkal való összekapcsolása tetszőleges lehet, a lényeg az, hogy maga a 6 erőbeviteli felület a 4 alaptesttel pár-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
