устройство для измерения линейных перемещений

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, включающее блок регистрации и преобразователь, содержащий корпус, измерительный шток, плоские упругие элементы, связывающие корпус со штоком, индуктивные катушки, установленные в корпусе, сердечник, связанный с измерительным штоком и размещенный внутри катушек, и измерительный наконечник, отличающееся тем, что измерительный шток выполнен в виде стакана, внутри которого расположен стержень, имеющий в верхней части отверстие для размещения сердечника, сопряженного с индуктивными катушками, а в нижней - шаровую цапфу для подвижного шарнира, подшипник которого закреплен на дне стакана, имеет скосы, выполненные под углом к оси штока, и возможность перемещения перпендикулярно оси штока в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью регулировочного механизма, регулировочный механизм содержит регулировочные элементы для линейной регулировки, расположенные в плоскости шарнира и взаимодействующие со скосами, и регулировочные элементы для угловой регулировки, установленные в плоскости соединения стержня с сердечником, при этом регулировочные элементы для линейной и угловой регулировок установлены между плоскими упругими элементами, расположенными в параллельных плоскостях, ограниченных верхней и нижней частями стержня, и параллельными дну стакана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой точностью линейных перемещений в малогабаритных устройствах.

Известны преобразователи давления, используемые для измерения линейных перемещений, содержащие корпус, подвеску на плоских мембранах и тензопреобразователь на сапфире, см. Журнал Приборы, №2. М.: СОО “Международное НТО приборостроителей и метрологов”. 2000. Рис.23-25. С.17.

Эти преобразователи имеют низкую точность измерений, обусловленную инерционностью и недостаточным быстродействием, в этих преобразователях предусмотрена подачи газа, жидкости или масла, что усложняет их конструкцию, а снабжение преобразователя при работе регулятором расхода, манометром, клапаном избыточного давления увеличивает габариты и массу.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее корпус, измерительный шток в направляющих, ферромагнитный сердечник, связанный с измерительным штоком, обмотки индуктивности, размещенные в корпусе, и измерительный наконечник, установленныйна измерительном штоке, см. Сборник “Instrument and Systems for Quality Assurance” ISO 9001. L-4.

Для обеспечения высокой чувствительности и точности измерений в этом преобразователе требуется изготовление высокоточных направляющих и точное совмещение оси ферромагнитного сердечника, подвижной направляющей и катушек индуктивности, что усложняет его сборку и настройку, а последовательная схема установки элементов увеличивает осевой габарит и ограничивает его использование в малогабаритной аппаратуре.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, включающее блок регистрации и преобразователь, содержащий корпус, измерительный шток, плоские упругие элементы, связывающие корпус со штоком, индуктивные катушки, установленные в корпусе, сердечник, связанный с измерительным штоком и размещенный внутри катушек, и измерительный наконечник, см. Б.М.Сорочкин и др. Средства для линейных измерений. Л.: Машиностроение, 1978. Рис.98. С.245-249.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Однако оно обладает недостатками.

В устройстве прототипа:

- необходимо точное совмещение оси сердечника, измерительного штока и индуктивных катушек, это усложняет сборку и настройку;

- последовательная схема установки элементов увеличивает осевой габарит и массу, это ограничивает его использование в малогабаритной аппаратуре.

В основу настоящего изобретения положено решение технической задачи, позволяющей повысить точность измерений устройства, увеличить точность настройки преобразователя и уменьшить габариты для обеспечения возможности использования его в малогабаритной аппаратуре.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что устройство для измерения линейных перемещений включает блок регистрации и преобразователь, содержащий корпус, измерительный шток, плоские упругие элементы, связывающие корпус со штоком, индуктивные катушки, установленные в корпусе, сердечник, связанный с измерительным штоком и размещенный внутри катушек, и измерительный наконечник.

Измерительный шток выполнен в виде стакана, внутри которого расположен стержень, имеющий в верхней части отверстие для размещения сердечника, сопряженного с индуктивными катушками, а в нижней - шаровую цапфу для подвижного шарнира, подшипник которого закреплен на дне стакана, имеет скосы, выполненные под углом к оси штока, и возможность перемещения перпендикулярно оси штока в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью регулировочного механизма, регулировочный механизм содержит регулировочные элементы для линейной регулировки, расположенные в плоскости шарнира и взаимодействующие со скосами, и регулировочные элементы для угловой регулировки, установленные в плоскости соединения стержня с сердечником, при этом регулировочные элементы для линейной и угловой регулировок установлены между плоскими упругими элементами, расположенными в параллельных плоскостях, ограниченных верхней и нижней частями стержня, и параллельными дну стакана.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

За счет реализации отличительных признаков (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта.

Преобразователь устройства выполнен с возможностью осуществления линейной и угловой регулировок сердечника.

Выполнение стержня с шаровой цапфой для подвижного шарнира на одном конце и с отверстием для размещения в нем сердечника на другом конце и наличие регулировочного механизма повышает точность измерений.

Регулировочные элементы регулировочного механизма при взаимодействии со скосами подшипника обеспечивают перемещение его перпендикулярно оси штока в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и совмещение оси индуктивных катушек с осью сердечника.

Наличие в регулировочном механизме регулировочных элементов, расположенных в плоскости шарнира, обеспечивает точное сочленение осей измерительного штока и индуктивных катушек в линейном направлении.

Наличие в регулировочном механизме регулировочных элементов, расположенных в плоскости соединения сердечника со стержнем, обеспечивает точное сочленение осей измерительного штока и индуктивных катушек в угловом направлении.

Размещение регулировочных элементов между плоскими упругими элементами, расположенными в параллельных плоскостях, ограничение их верхней и нижней частями стержня при параллельности этих плоскостей дну стакана обеспечивает максимальную точность настройки углового и линейного положения сердечника относительно индуктивных катушек.

Выполнение в преобразователе предложенного стержня, подвижного шарнира и регулировочного механизма позволяет исключить в одной детали необходимость точных доводочных операций по угловому и линейному совмещению осей измерительного штока.

Выполнение измерительного штока в виде стакана с размещением внутри него стержня и подвижного шарнира и размещение их между плоскими упругими элементами повышает плотность компоновки конструкции и обеспечивает минимальные габариты и массу устройства.

Выполнение подшипника со скосами, расположенными под углом к оси штока, обеспечивает регулировку перемещения шарнира.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен общий вид устройства для измерения линейных перемещений (схематично).

Устройство для измерения линейных перемещений включает:

Преобразователь 1.

Блок регистрации 2.

Преобразователь 1 содержит:

Корпус 3.

Измерительный шток в виде стакана 4,

- дно штока (4) 5.

Подвижный шарнир 6,

- подшипник шарнира (6) 7,

- скосы подшипника (7) 8.

Стержень 9,

- шаровую цапфу в нижней части стержня (9) 10,

- отверстие в верхней части стержня (9) 11.

Индуктивный датчик 12,

- индуктивную катушку датчика (12) 13,

- индуктивную катушку датчика (12) 14,

- сердечник датчика (12) 15.

Регулировочный механизм 16,

- регулировочные элементы, например винты, для линейной регулировки 17,

- регулировочные элементы, например винты, для угловой регулировки 18.

Плоские упругие элементы (нижние) 19.

Плоские упругие элементы (верхние) 20.

Измерительный наконечник 21.

Пружину (между штоком 4 и корпусом 3) 22.

Устройство для измерения линейных перемещений включает преобразователь 1 и блок регистрации 2.

Преобразователь 1 состоит из корпуса 3, измерительного штока в виде стакана 4, плоских упругих элементов нижних и верхних 19 и 20, соответственно сочленяющих измерительный шток 4 с корпусом 3. Измерительный шток 4 расположен соосно с корпусом 3. Внутри стакана 4 размещены подвижный шарнир 6 с подшипником 7, установленным на дне 5, стержень 9 и индуктивный датчик 12.

Подшипник 7 имеет скосы 8, выполненные под углом к оси штока 4. Стержень 9 имеет в нижней части шаровую цапфу 10, а в верхней - отверстие 11.

В подшипнике 7 установлен стержень 9.

Индуктивный датчик состоит из индуктивных катушек 13 и 14, а внутри них размещен сердечник 15. Сердечник 15 установлен в отверстие 11 стержня 9.

На стакане 4 расположен регулировочный механизм 16, состоящий из регулировочных элементов, например винтов, для линейной и угловой регулировки 17 и 18 соответственно. Регулировочные элементы, например винты, для линейной регулировки 17 расположены в плоскости подвижного шарнира 6. Регулировочные элементы, например винты, для угловой регулировки 18 расположены в плоскости сопряжения стержня 9 с сердечником 15. Регулировочные винты 17 и 18 перпендикулярны оси штока 4 и расположены в плоскостях, параллельных одна относительно другой.

Регулировочные винты 17 и 18 установлены между плоскими упругими элементами 19 и 20. Размещение плоских упругих элементов 19 и 20 ограничено верхней и нижней частями стержня 9. Плоские упругие элементы 19 и 20 расположены в параллельных плоскостях и параллельны дну 5 штока 4.

На дне 5 штока 4 с наружной его стороны размещен измерительный наконечник 21. Отсчет перемещений производится с помощью блока регистрации 2, с которым соединены индуктивные катушки 13 и 14 индуктивного датчика 12.

Для обеспечения контакта измерительного штока 4 с измеряемым объектом между корпусом 3 и штоком 4 установлена пружина 22.

Устройство осуществляет измерение линейных перемещений следующим образом.

Перемещение измерительного наконечника 21 передается измерительному штоку 4. Скосы 8 подшипника 7 взаимодействуют с регулировочными элементами, например винтами, 17, при этом подшипник 7 перемещается перпендикулярно оси штока 4 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и совмещает оси индуктивных катушек 13 и 14 с осью сердечника 15, обеспечивая сочленение осей измерительного штока 4 и индуктивных катушек 13 и 14 в линейном направлении, перпендикулярном оси преобразователя. Регулировочные элементы, например винты, 18 взаимодействуют со стержнем 9 и позволяют перемещать его в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Стержень 9 с шаровой цапфой 10 и регулировочными элементами, например винтами, 18 обеспечивают угловые повороты сердечника 15 со стержнем 9 и совмещение их осей с осью индуктивных катушек 13 и 14 индуктивного датчика 12, обеспечивая сочленение осей измерительного штока 4 и индуктивных катушек 13 и 14 в угловом направлении. Регулировочные элементы, например винты, 17 и 18 для линейной и угловой регулировок, соответственно расположенные между плоскими упругими элементами 19 и 20, ограниченными верхней и нижней частями стержня 9, обеспечивают максимально точную настройку углового и линейного положения сердечника 15 относительно индуктивных катушек 13 и 14.

Перемещение сердечника 15 внутри индуктивных катушек 13 и 14 приводит к изменению их индуктивности и затем в преобразование в электрический сигнал. Электрический сигнал, пропорциональный перемещению измерительного штока 4, поступает в блок регистрации 2, где производится его обработка и выдача результата измерений перемещений.

Предложенное устройство для измерения линейных перемещений может быть изготовлено промышленным способом, что подтверждает изготовление опытной партии на заводе “Измерен”, и это обуславливает, по мнению заявителя, его соответствие критерию “промышленная применимость”.

Использование предложенного устройства позволяет:

- повысить точность измерений при наличии регулировочного механизма и стержня с шарниром;

- осуществить точное сочленение измерительного штока с сердечником и катушками индуктивности;

- уменьшить габариты;

- устанавливать его в малогабаритной аппаратуре.