Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента

 Подушки, которые заделываются на тугую посадку, обычно изготовляются из высокоуглеродистой стали специального профиля.

 В  настоящее время запрессованные  подушки вытесняются самоустанавливающимися  подушками почти во всех видах  весов.

 Это  происходит потому, что практически трудно запрессовать подушку так, чтобы призма соприкасалась с ней по всей длине лезвия. Обычно призма соприкасается с подушкой либо с одного, либо с другого конца, что ведет к увеличению контактных напряжений и к выкрашиванию призм.

 При  самоустанавливающихся подушках призма соприкасается с подушкой по всей длине лезвия и потому случаев выкрашивания бывает значительно меньше.

 Самоустанавливающиеся  подушки бывают двух типов:  штампованные, предохраняемые от  выпадения щечками, специальными  прокладками и штифтами, проходящими через серьги, и фрезерованные, которые предохраняются от выпадения при помощи штифтов, проходящих через подушку.

 Подушки  для весов грузоподъемностью  до 3 т включительно изготовляют из малоуглеродистой стали с последующей цементацией, а для весов больших нагрузок - из высокоуглеродистой стали.

 В  весах для небольшой нагрузки  размеры подушек выбираются конструктивно,  так как всегда обеспечивается  большой запас прочности. 

 У  весов с большой предельной  нагрузкой следует проверить  размеры подушек основных рычагов на скалывание по формуле: 

s_S = Р / bh <= R_s (14) 

где s_S - напряжение на скалывание;

 Р  -- приложенная нагрузка;

 b – длина подушки;

 h – высота подушки в опасном сечении;

 R_s - допускаемое напряжение на скалывание.

 Закалка, шлифование и полировка подушек и щечек производится также, как призм, но твердость их должна быть выше, так как, если призмы будут тверже, то они выработают в подушках или щечках углубление, и весы потеряют чувствительность, в связи с возросшим трением. 

 В  этом случае, когда призмы мягче  чем подушки или щечки то  при работе вершины их постепенно  закругляются и, хотя чувствительность  весов в этом случае также  снижается, но в значительно  меньшей степени.

 Детали, называемые щечками (рис.11), предохраняют подушку от выпадения и удерживают призму от сдвига с подушек.

 В  весах с предельной нагрузкой  до 3 т – из малоуглеродистой стали, но стальным закаленным вкладышем в месте соприкосновения с острием призмы. 

Тензорезисторы. 

 В  настоящее время широкое распространение получают методы и средства тензометрии, позволяющие осуществлять контроль и измерение большого числа параметров [4]. Эти методы и средства используются в большинстве отраслей техники и во многих отраслях науки.

 Устройства (приборы, установки, системы и т.п.), позволяющие осуществлять электротензометрирование, т.е. измерение электрическими методами деформаций твердых тел, называются электрическими тензометрами. Электрический тензометр (электротензометрическая установка) состоит из воспринимающего устройства, передающего устройства и индикатора (регистрирующего прибора).

 Главной  частью воспринимающего устройства  является чувствительный элемент,  непосредственно воспринимающий  измеряемую величину. Измерительная  установка благодаря действию всех входящих в неё элементов позволяет зарегистрировать соответствующую неэлектрическую величину (в данном случае -- момент), воспринятую первичным элементом. Конструктивно оформленный чувствительный элемент носит название преобразователя, а в тензометрической аппаратуре соответственно – тензопреобразователя.

 В  основу работы тензопреобразователей  могут быть положены различные  принципы, например генераторные  или параметрические. Генераторные  тензопреобразователи в процессе  измерения вырабатывают электродвижущую силу или заряд, а в параметрических преобразователях в процессе измерения происходит изменение параметров электрической цепи, в которую включен тензопреобразователь. Генераторные тензопреобразователи (например, пьезоэлектрические ) не нашли широкого применения в тезометрировании и используются главным образом для качественных исследований.

 Параметрические  тензопреобразователи получили  значительное распространение. К  ним относятся емкостные, индуктивные  преобразователи и преобразователи  сопротивления.

 Наиболее  широко среди параметрических  преобразователей используются  тензопреобразователей используются  тензопреобразователи сопротивления  – тензорезисторы, которые совместно  с аппаратурой, предназначены  для работы с ними.

 Общий  вид прикрепленного к объекту проволочного тензорезистора показан на рис.12. Проволочная решетка, представляющая собой ряд петель 1, укреплена (с помощью клея или лака специального состава) к подложке 3; к концам решетки припаяны (приварены) выводы 4, с помощью которых тензорезистор подключается в измерительную схему. Тензорезистор приклеивается к объекту 2 и становится (благодаря своим малым размерам и ничтожной массе) как бы одним целым, вследствие чего деформации объекта воспринимаются проволочной решеткой, являющейся чувствительным элементом этого преобразователя.

 Деформация  объекта вызывает деформацию  проволочной решетки тензорезистора, в результате которой изменяются  геометрические размеры и физические  свойства решетки.

 Относительное  изменение сопротивления тензорезистора определяется формулой: 

D R / R = D l / l (1 + 2m) + D r / r (15) 

где R- сопротивление тензорезистора, Ом ;

 l - длина проволоки, м ;

 r- удельное сопротивление материала проволоки, Ом*м ;

 m- коэффициент Пуассона для материала проволоки.

 Основными  характеристиками тензорезистора  являются его активное сопротивление  R_Д , его база L (см. рис.12) и коэффициент тензочувствительности К, в соответствии с формулой (7) равный: 

К = (D R / R) / (D l / l) = (1 + 2m) + (D r / r) / (D l / l) (16) 

 Для  приготовления проволочных решеток  используются материалы, имеющие  высокое значение коэффициента  тензочувствительности и малое  значение температурного коэффициента  сопротивления.

 Наиболее  часто в качестве материала  для проволочных тензорезисторов используется константан, элинвар, карм и изоэластик.

 Наибольшее  распространение в отечественной  тензоизмерительной технике получили  тензорезисторы из специальной  константановой тензометрической  проволоки диаметром 0,025 – 0,035 мм, разработанной Научно - исследовательским конструкторским институтом испытательных машин, приборов и средств измерения масс (НИКИМП), институтом “Гипроцветметобработка” и подольским заводом “Микропровод” .

 За  последние годы значительных  успехов достигла техника получения  различных полупроводниковых материалов, широко используемых в радиотехнической промышленности, что открыло широкие перспективы в решении проблемы разработки и изготовления полупроводниковых тензорезисторов.

 Полупроводниковые  тензорезисторы, сохраняя ряд преимуществ, присущих проволочным фольгированным тензорезисторам (ничтожная масса, малые размеры), имеют значительно большую тензочувствительность и высокий уровень выходного сигнала измерительных схем (в ряде случаев это позволяет упростить либо упразднить усилительную аппаратуру). Важнейшей особенностью полупроводниковых тензорезисторов является возможность изменения в широких пределах их механических и электрических свойств, что принципиально неосуществимо в проволочных и фольгированных тензорезисторах. Например, при одних и тех же геометрических размерах сопротивление полупроводникового тензорезистора может лежать в пределах от десятков ом до десятков кОм, а коэффициент тензочувствительности – от 100 до + 200 и выше.

 Полупроводниковым  тензорезисторам, технологии их изготовления, опыту эксплуатации, конструированию на их базе различного типа преобразователей, перспективам их использования и другим вопросам посвящена обширная периодичная и патентная литература.

 Наибольшее  распространение у нас в стране  и за рубежом получили кремниевые и германиевые тензорезисторы p- и n- типов.

 В  Новосибирском электротехническом  институте (НЭТИ) под руководство  проф. А.Ф. Городецкого были разработаны  кремниевые тензорезисторы типа  “нэтистор” из кремния p- и n- типов с выводами из золота. На базе этих разработок освоены первые промышленные образцы полупроводниковых тензорезисторов.

 В  настоящее время тензорезисторы  применяются не только для  измерения линейных деформаций (напряжений), но и других величин: сил,  ускорений, давлений, вибраций и др. В этом случае тензорезистор выполняет лишь роль первичного (чувствительного) элемента, а сами преобразователи физических или механических величин, как правило, дополняются упругими элементами. Преобразование измеряемой неэлектрической величины в электрический параметр при последовательном многоступенчатом преобразовании в общем виде описывается сложной функцией: 

y = f₁ (e) = f₁ [f₂ (x)], (17) 

где у - электрический параметр (сопротивление  тензорезистора);

 х  - измеряемая неэлектрическая величина;

 e - линейная деформация вспомогательного упругого элемента.

 Законы  преобразования линейной деформации  в изменение сопротивления тензорезисторов  [e = f₂ (х)] изучены . Менее изучены свойства и характеристики упругих элементов, осуществляющих первичное преобразование физических величин в линейную деформацию, воспринимаемую далее проволочными, фольговыми или полупроводниковыми тензорезисторами. Вид упругого элемента преобразователя: балка, мембрана, пружина различной жесткости и др. – определяет назначение преобразователя в целом, а деформируясь и частотные свойства упругого элемента – чувствительность преобразователя и применимость его для исследования динамических процессов.

 При  подборе или конструировании  преобразователей для измерения  физических или механических величин необходимо удовлетворять двум требованиям:

а) получать наибольшую, достаточную для работы тензометрической аппаратуры чувствительность;

б) обеспечить высокую собственную частоту  упругих элементов, исключающую  появление частотных погрешностей.

Эти требования выполняются противоречивыми конструктивными  мерами, и увеличение чувствительности большинства упругих элементов  пропорционально уменьшает их собственную  частоту.

Обычно  в зависимости от задач измерения  выбирается преобразователь (разрешающая способность) которого вполне достаточна для измерения и регистрации исследуемого процесса с погрешностью, не превышающей заданной. Это условие, например, при использовании тензорезисторов записывается следующим образом : 

e_ср. > e_{min доп,} (18) 

где e_ср. – деформация, воспринимаемая размещенным на упругом элементе тензорезистором и средняя его длине (базе);

 e_{min доп,} - минимальная деформация, достаточная для регистрации данным тензоизмерительным трактом с погрешностью не выше допустимой