Датчик поступательного перемещения Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таким образом, предлагаемый задатчик расхода жидкостей конструктивно прост, имеет линейную характеристику и может работать в широком диапазоне расходов.

Список литературы:

1. Радкевич Я.М. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник / Я.М. Радкевич, А.Г. Схиртладзе, Б.И. Лактионов. - М.: Высш. шк., 2007. -791 с.

2. Сотсков Б.С. Основы расчета и проектирования электромеханических элементов автоматических и телемеханических устройств: учебное пособие / Б.С. Сотсков. - М.; Л: Энергия, 1965. - 576 с.

3. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов / Л.Е. Андреева. - М.: Машгиз, 1962. - 576 с.

4. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: справочник / П.П. Кремлевский. - Л.: Машиностроение, 1989. - 701 с.

5. Васильев Д.В. Радиотехнические цепи и сигналы: учебное пособие / Д.В. Васильев, М.Р. Витоль, Ю.Н. Горшенков и др.; под ред. К.А. Самойло. -М.: Радио и связь, 1982. - 528 с.

ДАТЧИК ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

© Потапов Г.К.*

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,

г. Владимир

Предложена конструкция датчика линейных перемещений частотного типа. Первичным преобразователем является автоколебательная система баланс-растяжка. Измеряемый параметр изменяет рабочую длину растяжки, что приводит к изменению частоты выходного сигнала. Получена передаточная функция.

Ключевые слова датчик перемещения, автоколебательная система баланс-растяжка, частота.

При экспериментальном анализе механизмов измеряют ряд параметров, среди которых важное значение отводится перемещению отдельных элементов кинематических цепей. Известные датчики перемещения используют аналоговое преобразование - индуктивное, магнитоэлектрическое, что ограничивает точность измерения и усложняет обработку сигнала датчика [3].

* Студент кафедры Технологического и экономического образования, студенческое конструкторское бюро «Хронос». Научный руководитель: Шарыгин Л.Н., профессор ВлГУ.

Более перспективными являются частотные датчики [1, 2, 4, 5], поскольку частотный сигнал квантуется с высокой надежностью и точностью.

Рис. 1. Конструктивная схема датчика перемещения

Предлагаем основные технические решения по созданию датчика перемещения частотного типа.

Имеется составной корпус в форме тела вращения, составленный из верхнего 1 и нижнего 2 корпусов (здесь и далее ориентация чертежа). Оба этих элемента связаны винтами 3 и базируются по кольцевой поверхности бурта и штифтами 4. Выше кольцевой крепежной части верхнего корпуса образованы две диаметрально расположенные стойки, на которые сверху крепится узел плоской мембраны. Несущим элементом этого узла является кольцо 5, в которое завальцовкой по верхнему контуру закреплена плоская мембрана 6. Мембрана 6 имеет жесткий центр, служащий для крепления верхнего конца растяжки, регулирования ее силы предварительного натяжения, а также для восприятия внешней измеряемой силы.

Нижний конец растяжки 7 закреплен на перемычке 8 с помощью накладки 9 и винтов 10. Перемычка соединена с нижним корпусом винтами 11, базируется на бурту с применением штифтов 12.

Рис. 2. Электрическая принципиальная схема формирования импульсов привода

В автоколебательную систему входит баланс 13, который составлен из центральной магнитопроводной втулки 14, двух постоянных магнитов 15 осевой намагниченности и двух противовесов 16, закрепленных клеем на плоских магнитопроводах 17. Баланс закреплен на растяжке 7 с помощью конических полуштифтов, а магнитопроводы установлены по торцам втулки баланса развальцовкой. Бифилярная катушка 18 размещена в зазоре постоянных магнитов, закреплена на диэлектрическом кронштейне 19 с помощью накладки 20 и винтов 21. Применена типовая СФИП (см. рис. 2), транзистор и конденсатор которой методом навесного монтажа смонтированы на боковой поверхности кронштейна 19, который, в свою очередь, закреплен винтами 22 на стойке верхнего корпуса 1. Выводы СФИП соединены с электрическим разъемом (на чертеже не показан).

I

Рис. 3. Разрез I по рис. 1

Обратимся к устройству жесткого центра плоской мембраны 6 (см. рис. 3). Имеется закрепленная на мембране завальцовкой втулка 23 с центральным

отверстием квадратного сечения. В это отверстие входит хвостовик корпуса 24 верхнего зажима растяжки, образованного с применением накладки 25 и винтов 26. Втулка 23 и корпус зажима связаны натяжным винтов 27. Для передачи измеряемой силы предусмотрен резьбовой переходник 28.

Измеряемое перемещение воспринимается резьбовым щупом 29. Для реализации функции линейного движения щупа предусмотрена закрепленная завальцовкой в нижнем корпусе 2 гофрированная (малой осевой жесткости с большим ходом) мембрана 30. Жесткий центр этой мембраны выполнен в виде ступенчатой втулки 31, в центральное отверстие которой с большим зазором входит растяжка 7. На верхнем торце втулки винтами 32 закреплены два ограничителя 33, 34 угловой деформации растяжки. Связь щупа со втулкой осуществляется с помощью вилки 35 и винтов 36. На рис.1 вилка изображена условно повернутой на 90°.

Сборку датчика перемещения осуществляют в следующей последова-

- Осуществляют сборку основных сборочных единиц:

• плоская мембрана (детали 5, 6, 23, 24, 25, 26, 27);

• колебательная система (детали 7, 14, 15, 16, 15 с применением конических полуштифтов);

• схема формирования импульсов привода (детали 18, 19, 20, 21, транзистор, конденсатор);

• корпус нижний (детали 2, 30, 31).

- Регулируют зазор в ограничителях 33, 34. Для этого соединяют корпус 1 со сборочной единицей корпус нижний и перемычкой 8. Вместо сборочной единицы плоская мембрана крепят технологическую оправку в виде бруска с зажимом для растяжки. Отрезок растяжки крепят в технологической оправке и перемычке 8, осуществляя натяжение растяжки. Закрепляют с помощью винтов 32 ограничители 33, 34, выдерживая расчетный зазор.

- Окончательно собирают датчик:

Рис. 4. Вид А по рис. 1

Рис. 5. Разрез Б-Б по рис. 1

тельности:

• убирают технологическую оправку и отрезок растяжки;

• устанавливают сборочную единицу плоская мембрана;

• устанавливают сборочные единицы колебательная система и схема формирования импульсов привода.

Регулируют величину силы предварительного натяжения растяжки винтом 27. Результат контролируют по частоте выходных импульсов СФИП. По окончании регулировки устанавливают переходник 28, и вилку 35 со щупом 29.

Рис. 6. Форма перекладины

Работа датчика при измерении перемещения исследуемого объекта заключается в следующем. При перемещении щупа 29 он через жесткий центр гофрированной мембраны перемещает ограничители 33, 34 в результате исходная рабочая длина 10 растяжки 7 уменьшается, что приводи к увеличению частоты настройки /0 до /и. Частота настройки

/0 1ж 1ж^ 16 ' ( )

где 1б - момент инерции баланса 13;

Д0 - жесткость растяжки 7 на кручение, здесь

П 1 Ь Т7

—0 =--+-Р0,

3 10 6/0

(2)

Ь, 5, О - соответственно ширина и толщина сечения растяжки, модуль сдвига материала.

Информационный параметр при изменении перемещения 1и - текущее значение частоты /и

где

Б = 2Ь^+Ь-Га, (4)

3 I 61 0

здесь

1 = 1о -1. (5)

Преобразуем формулы (1)-(5), при этом введем обозначение обобщенного параметра датчика

= ^ + ^, (6) п 4п 21п

в результате получим передаточную функцию датчика при измерении перемещения 1и

I = 1о - К / Ц (7)

При работе датчика в режиме измерения силы, измеряемая сила ¥с воздействует на переходник 28 в осевом направлении, в результате исходное натяжение ¥0 растяжки 7 уменьшается на величину Еи. Текущее значение натяжения составит

Р = Р - Р, (8)

которому соответствует частота колебаний баланса

/=НБ <9,

где

2 bsG 12

Бп =--+ —- (10)

3 о 610

Преобразуя формулы (1), (9) получим функцию преобразования датчика при измерении силы. Введем обозначения через первичные параметры

а=21^1 и 5 = . (11)

ь2 ь

Получим передаточную функцию датчика при измерении силы ¥и

Р = Р - В - А/С- (12)

Текущее значение частоты при измерении перемещения /п или измерения силы - /с измеряется по частоте импульсов СФИП.

Заметим, что в случае существенного запаса прочности растяжки при исходной настройке датчик позволяет измерять силу обратного знака, т.е. приложенную к переходнику 28 ввода по рис. 1.

Список литературы:

1. Датчик давления. Патент RU 153752 МПК G01L 7/06 / Г.К. Потапов, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 07.07.2015.

2. Мещеряков, В.А. Исследование электромеханического балансового регулятора часового типа на упругих направляющих / В.А. Мещеряков // Изв. вузов. «Приборостроение». - 1971. - Т. XVI, № 12.

3. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.

4. Преобразователь крутильных колебаний. Патент RU 142033 МПК G01L 3/04. / И.А. Башкирова, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 15.05.2014.

5. Устройство для измерения импульсных ускорений. Патент RU 147269 МПК G01P 15/11 / И.А. Башкирова, Л.Е. Каткова, Л.Н. Шарыгин. Опубл. 20.09.2014.

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ

© Русаков Д.А.*

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,

г. Владимир

Предложена конструкция испытательной установки для измерения коэффициента трения. Установка позволяет измерять коэффициент трения для различных комбинация материалов. Имеется возможность проводить испытания при различных нормальных силах и скоростях движения. Примечено бесконтактное устройство съема информации. Первичное преобразование выполнено на основе мембраны, вторичное -емкостное.

Ключевые слова коэффициент трения, сила нормального давления, линейная скорость, частотный выходной сигнал.

Трение в кинематических парах механизмов часто определяет их свойства. Иногда, например о фрикционных механизмах, необходимо выдерживать параметры трения в заданных пределах. Но чаще всего требуется ми-

* Студент кафедры Технологического и экономического образования, студенческое конструкторское бюро «Хронос». Научный руководитель: Шарыгин Л.Н., профессор ВлГУ.