186681. lajstromszámú szabadalom • Elektromechanikus erő-villamosjelátalakító
1 186 681 2 A találmány tárgya erő-villamosjelátalakító, a mérendő erőt felvevő résszel, mérőelemmel és a reakcióerőt átadó résszel. Ismeretes, hogy a technikai gyakorlat gépészetei szerkezeti erőhatások egyensúlyán alapulnak. Ezen erőhatások mérése a műszaki életben gyakori Feladat. Az ilyen feladatokhoz társulhatnak olyan igények is, hogy a mérendő erő mellett a környezeti hatásokból fellépő dinamikus erők (pl. rezgések) a mérés során kiküszöbölhetők legyenek. A mérési feladatokat gyakran oldják meg villamos mérési módszerrel. A villamos módszerű erőmérés néhány évtizede jelent meg és terjedt el az ipari méréstechnikai gyakorlatban. Az erő és villamosje! átalakítását többnyire az ún. piezorezisztivitás segítségével valósítják meg. Az ilyen mérőátalakítóknál általában a piezorezisztív anyagú mérőérzékelö mérőtesten van elhelyezve. A mérőtest, mint mechanikus két pólus, az aktív erő és a reakcióerő között deformációt szenved. Ennek megfelelően az erők egyensúlya a mérőtestben kialakuló mechanikai feszültségtéren keresztül jön létre. A mérőtest felületén lévő mérőérzékelő ellenállások a mechanikai feszültség hatására létrejövő deformáció következtében megváltoznak és ezek általában egy villamos mérőhíd egyensúlyát szüntetik meg. Az erőmérőcellák, mint mérőátalakítók általában a mérőérzékelő, a mérőtest és a mérőhíd kialakításától függő jellemzőkkel írhatók le. Ilyen mérőátalakítókat gyakran alkalmaznak például az ipari mérlegrendszerekben vagy az elektronikus anyagvizsgáló gépek mérőberendezéseiben. A helyes működéshez azonban a mérőátalakítók megfelelő beépítése szükséges a gépészeti rendszerekben. Ennek alapfeltétele, hogy az erő-villamosjel átalakításban csak a mérendő erő vegyen részt. Ezért fontos, hogy a mérőátalakító mérőiránya és a. mérendő erő hatásvonala egybeessen, ill. kölcsönös helyzete ne változzék a mérés során. Ugyancsak fontos, hogy az erő támadáspontja jól meghatározott legyen, és az erő hatására létrejövő deformáció során e támadáspont elmozdulása járulékos erők és járulékos feszültségterek kialakulása nélkül történjék. A helyes működés fenti feltételeinek egyidejű kielégítését számos konstrukcióval próbálták megoldani. Ismert például olyan megoldás, amelynél az erő átadása közvetítő elemek segítségével történik. Ekkor az erő támadáspontja a közvetítő elemen van. Ilyen közvetítő elem lehet pl. egy fészekben elhelyezett golyó vagy egy vályúba, ill. kivágásba illeszkedő ék. Alkalmazható pl. olyan lencsealátét is, amely valamely tengely végére illeszkedik. Az erő támadáspontja lehet közvetlenül a mérőtesten is. Ilyenkor gyakori megoldás, hogy a mérőtestnek az erő, ill. a reakcióerő támadáspontját hordozó felületei gömbpalástfelülctek. Ugyancsak ismert olyan megoldás is, amelynél a reakcióerő egy golyókból álló mezőn jön létre. Mindezen megoldások egyike sem biztosítja azonban a korábban felsorolt feltételek maradéktalan kielégítését. A jelen találmánnyal ezért olyan konstrukciók kialakítása a célunk, amellyel a mérőátalakítók helyes működésének feltételei egyidejűleg és maradéktalanul kielégíthetők. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az átalakítónak a mérendő erőt felvevő része és a mérőérzékelő között tengelyirányú és/vagy pontkörüli térbeli elfordulást lehetővé tevő illeszkedő felületek vannak, a reakcióerőt átadó rész pedig mereven van befogva. A mérendő erőt felvevő rész és a mérőérzékelő között célszerűen egy, a mozgási energiát elnyelő rugalmas réteg is van. A tengelyirányú elmozdulást lehetővé tevő illeszkedő felületek tengely vagy csapkülső és persely, ill. csúszka belső felületeként lehetnek kialakítva. A pont körüli térbeli elfordulási lehetővé tevő illeszkedő felületek célszerűen gömbcsuklóként vannak kialakítva. A mozgási energiát elnyelő réteg elasztikus anyag, előnyösen gumibetét. A találmány szerinti megoldással nem csupán a felsorolt követelmények egyidejű és maradéktalan kielégítése valósítható meg, hanem lehetővé teszi, hogy a két, három vagy több alátámasztást (vagy felfüggesztést) tartalmazó rendszerekben az alátámasztások (vagy felfüggesztések) helyein a mérőátalakítók deformációja egymástól függetlenül jöjjön létre. így a teherhordó szerkezet deformációja nincs befolyással a mérőátalakitókra. Ez nem csupán a teherhordó szerkezetnek a mérendő erőhatástól származó bármilyen deformációja esetén igaz, hanem az ettől független, hőtágulás, szélnyomás stb. következtében létrejövő deformáció esetében is. A találmány szerinti konstrukció elsősorban a tartó típusú: hajlított, csavart, nyírt vagy egyéb összetett igénybevételnek kitett csapkialakítású mérőátalakítók esetén alkalmazható. Előnyösen használható azonban adott esetben hagyományos mérőátalakítóknál is. További előnye a találmány szerinti megoldásnak, hogy az alkalmazott elasztikus réteg a mérés során kiküszöböli a mérést zavaró hatások jelentős részét. Az elasztikus rétegben (ilyeneket egyébként elterjedten alkalmaznak egyéb területeken rezgések csillapítására) az elmozdulás belső súrlódással jön létre és így a rezgésből származó mozgási energiát elemésztve hő formájában a környezetnek átadja. A találmány szerinti erőátalakító az erőmeghatározás helyén mint gépelem, része a mechanikai szerkezetnek. Az erőátalakító mérőeleme vagy mérőteste az eró'folyanlatban a működtető erő és az ellentartást biztosító reakcióerő között foglal helyet. A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti mérőátalakító egy kiviteli alakjának tartály alátámasztásánál történő alkalmazását mutatja, a 2. ábra egy mérőátalakító beépítésének vázlata, a 3. ábra a találmány szerinti konstrukció egy kiviteli alakjának kinematikai működési vázlata, a 4. ábra a mérőátalakító egy másik kiviteli alakjának elvi kinematikai működési vázlata, az 5. ábra az első ábrán bemutatott példában alkalmazott mérőátalakítók kialakításának és elhelyezésének vázlata, a 6. ábra a mérűátalakítók egy másik rendszerének vázlata, a 7. ábra a találmány szerinti mérőérzékelő egy beépített kiviteli alakjának rajza metszetben, a 8. ábra a találmány szerinti mérőérzékelö egy másik kiviteli alakjának rajza metszetben, és a 9. ábra a találmány szerinti mérőérzékelő egy további beépített kiviteli alakjának rajza metszetben. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
