180975. lajstromszámú szabadalom • Berendezés kis súlyerők mérésére
3 180975 4 meg a mérendő erő mérőszámát. Ilyen például a kéttámaszú tartó segítségével végzett mérés. Az ismertetett mérési elvek és gyakorlati megoldások lehetővé teszik kis erők mérését is. A technika fejlődésével azonban felmerül az igény, hogy a mechanika és a villamosság módszereit alkalmazva a kisebb erők pontos mérését is lehetővé tegyék. A villamos módszerek térhódításának az szab korlátot, hogy a rendelkezésre álló súlyerő nem tud elég nagy mechanikai feszültséget létesíteni ahhoz, hogy mérhető deformáció vagy anyagjellemző változás jöjjön létre. Ezért szükséges olyan szerkezet kialakítása, amely a rendelkezésre álló mérendő erőt megnöveli. Az ilyen kialakítások a mérőberendezésben, mint egy transzformátorban, megnövelik a mérendő súlyerőt. Ilyen szerkezet pl. az egyenlőtlen karú emelő, amely a mérendő erőt a karok arányában megnöveli. Ez azt jelenti, hogy ahányszor nagyobb erőt kívánunk létrehozni, annyiszor kisebbnek kell az adott határvonalig a kar hosszát megválasztani. Az ilyen jellegű ismert megoldásoknál a gyártási tűrések határt szabnak az elérhető pontosságnak, így bizonyos mérettartományokban már pontos mérés nem valósítható meg. Emellett ilyen szerkezetek alkalmazásával a rendszer időállandója és egyéb jellemzői is kedvezőtlenül változnak meg. A jelen találmánnyal a mérendő (súly) erők mintegy 5-100-szoros nagyítása oldható meg, a gyártási méretszórás a mérést lényegében nem befolyásolja és amellyel így pontos mérés végezhető. Akitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy a berendezést két — bakállványként ismert — egységből építettük fel, ahol az egyes egységek legalább három-három mérőkart tartalmaznak. Valamennyi mérőkar egyetlen közös merev elemhez van kapcsolva oly módon, hogy az egyes egységekben a mérőkarok összekapcsolási pontja a merev elemhez kapcsolt végek által meghatározott síkokon kívül feleszik. A találmány szerinti berendezés azon a felismerésen alapszik, hogy bármely erő a rá merőleges iránytól kevéssel eltérő és a merőleges irányra szimmetrikusan elhelyezkedő hatásvonalú két erőre bontható, oly módon, hogy ezen erők nagysága annál nagyobb, minél kisebb a két erő hatásvonala által bezárt szög, és a közismert bakállvány rúdjai alkalmasak egy ilyen erőfelbontásra, miközben stabil állapotukat az erők hatása alatt is megtartják. Úgy találtuk, hogy két bakállvány közös rendszerbe kapcsolható össze oly módon, hogy csúcsaikon azonos hatásvonalú, de ellenkező értelmű erők ébrednek akkor is, ha külső erők a csúcsokat összekötő feszítőrúdTa nem hatnak. A bakállvány rúdjaiban ébredő erők a feszítőrúdra ható külső erők esetén is egyensúlyban vannak, azaz a rúderők eredője a mérendő külső erővel tart egyensúlyt. A bak állvány rúdjaiban ébredő erőket mérőérzékelők mérik előjelhelyesen. A geometriai elrendezésből a hatásvonal iránya adott, így a külső erő az egyensúly feltételeiből számítható, aminek elvégzésére elektronikus készüléket alkalmazhatunk. A rúderők érzékelése a rúdban vagy a rúdvégeken lehetséges. A bakállvány ezen rúdjait a továbbiakban mérőkaroknak nevezzük. A találmány szerinti berendezésben a mérőkarok és a feszítő-rúd célszerűen húzott rudakként vannak kialakítva. Célszerű továbbá, ha a mérőkarok egyenszilárdságú elemként vannak kialakítva. A mérőkarok lehetnek szimmetrikus vagy aszimmetrikus elrendezésűek. Szimmetrikus elrendezés esetén a felső egység mérőkarjai az alsó egység mérőkaijaihoz képest célszerűen 180°-kai elfordított helyzetben vannak. A mérendő erő támadásvonala előnyösen egybeesik a feszítőrúd geometriai tengelyével, annak érdekében, hogy az összegezést egyszerűbben lehessen végezni Más elrendezésben a mérendő erő hatásvonala és a feszítőrúd geometriai tengelye metszik egymást. A berendezésben a mérőkarok és feszítőrúd is állítószerkezettel lehet ellátva, hogy a pontatlanságok kiküszöbölése érdekében előfeszítést lehessen létrehozni. A mérőkarokba erőmérő érzékelők vannak beépítve, amelyek jeleiből és a geometriai elrendezésre jellemző állandókból elektronikus egység a mérendő erő mérőszámát szolgáltatja. A találmány további részleteit kiviteli rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány alapgondolatát ismertető vázlat, a 2. ábra az ismert bakállvány rajza, a 3. ábra a találmány szerinti berendezés egy célszerű kiviteli alakjának elvi vázlata, a 4. ábra a találmány szerinti berendezés egy konkrét kiviteli alakjának részlete, az 5. ábra a mérőellenállások elhelyezését mutatja, és a 6. ábra a mérés vázlata, mérőellenállások alkalmazása esetén. Találmányunk alapja a következő gondolatmenet. A mechanikai gyakorlatból ismert, hogy egy kötél vízszintes kifeszítéséhez végtelen erők szükségesek. Az 1. ábrán látható, hogy az A és B végpontokban megfogott kötél D pontjában ható F erőhöz az a szögtől függően igen nagy R, és Rb reakció erők tartozhatnak. Az A, B végpontok és D pont (csomópont) egy síkban vannak és az F erő statikailag határozott helyzetet hoz létre. A mechanikai rendszerekben mindig jelenlevő rezgések azonban a D pontot könnyen kimozdíthatják és a rendszert instabillá tehetik. Ezt úgy lehet megakadályozni, hogy a D pontot egy, az AB iránytól eltérő CE irányban fekvő C és E pontokban megkötjük. Dy módon ez a könnyen felborítható stabil helyzet a CD és DE irányú erők segítségével fenntartható. A szerkezet azonban statikailag így határozatlan. Statikailag határozottá tehető, ha például DE irányú kötél ágat elhagyjuk. Azaz, határozott statikai helyzetet egy olyan A, B, és C végpontokból álló rendszer biztosíthat, amelynek közös D pontja van és amelyben az AB, BD és CD irányokban rudak vagy kötelek vannak elhelyezve. Ez a szerkezet a mechanikában bakállvány néven régóta ismert (lásd 2. ábra). Ily módon a kötél-elv és a bakállvány egyesítésével olyan szer kezet hozható létre, amely egy ténylegesen ható ere 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
