cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2018-21-6-92-104caht-1406Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and theory of machinesРАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ДИНАМОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИХ СИЛОВУЮ КОМПЕНСАЦИЮ ДЕФОРМАЦИИ УПРУГОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ОТ ВНЕШНИХ НАГРУЗОКTHE DEVELOPMENT OF DYNAMOMETRIC GAUGE CONSTRUCTIONS USING FORCE COMPENSATION OF THE ELASTIC SENSING ELEMENT DEFORMATION FROM EXTERNAL LOADSАнтонецИ. В.AntonetsI. V.

Антонец Иван Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры авиационной техники

Ivan V. Antonec, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Chair of Aeronautical Engineering

iv.antonec@yandex.ruБорсоевВ. А.BorsoevV. A.

Борсоев Владимир Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой навигационного обеспечения полетов и аэронавигационной информации

Vladimir A. Borsoev, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Chair of Navigational Support of Flight and Aeronautical Information

borsoev@aeronav.aeroБорсоеваВ. В.BorsoevaV. V.

Борсоева Вера Владимировна, ведущий научный сотрудник

Vera V. Borsoeva, Leading Researcher

borsoeva_vera@mail.ruБорисовР. А.BorisovR. A.

Борисов Руслан Андреевич, аспирант кафедры авиационной техники

Ruslan A. Borisov, Post-graduate Student of the Chair of Aeronautical Engineering

ruslanbor82@yandex.ruУльяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. БугаеваРоссияUlyanovsk Civil Aviation InstituteRussian FederationИнститут аэронавигацииРоссияInstitute of Air NavigationRussian FederationНИИ «Аэронавигация» ФГУП ГосНИИ ГАРоссияState Research Institute of Civil AviationRussian Federation20182612201821692104Copyright © Антонец И.В., Борсоев В.А., Борсоева В.В., Борисов Р.А., 20182018Антонец И.В., Борсоев В.А., Борсоева В.В., Борисов Р.А.Antonets I.V., Borsoev V.A., Borsoeva V.V., Borisov R.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1406

Силоизмерительная техника широко применяется во всех отраслях народного хозяйства, и прежде всего в промышленности. Измерение силы используется с целью определения нагрузок, влияющих на работоспособность многообразных типов оборудования и их элементов, для обеспечения безопасной эксплуатации этого оборудования, а также при испытаниях и исследованиях систем и механизмов. Наиболее эффективными являются устройства, состоящие из упругого элемента и преобразователя его деформации в электрический сигнал. Анализ известных силоизмерительных приборов показывает, что при большом диапазоне нагрузок наиболее эффективной формой упругого элемента является кольцо. В качестве электрических преобразователей деформации в таких устройствах используются емкостные, индуктивные, струнные и тензометрические датчики. Недостатками существующих устройств являются высокая инерционность, пригодность для узкого диапазона нагрузок, малая надежность контактов, нелинейность характеристики. Видятся значительные перспективы в разработке датчиков кольцевого типа с оптоэлектронными преобразователями сигналов, что позволяет значительно повысить производительность, надежность и точность измерения сил. Принцип компенсации предлагается применять в динамометрических датчиках, у которых в качестве контролируемой входной переменной используется значение величины деформации упругого чувствительного элемента. Алгоритм управления схемой компенсации нежелательных отклонений управляемой переменной составляется таким образом, чтобы свести значение величины деформации к нулю. По этой причине функционирование динамометрического датчика, основанное на принципе силовой компенсации, осуществляется с большой точностью. Конструкция датчика содержит чувствительный нуль-орган, усилитель, обратную связь, измерительное устройство.

Force-measuring equipment is widely used in all sectors of the economy, primarily in industry. Force measurement is used to determine loads affecting operation capability of various types of equipment and their components to ensure safe operation as well as during tests and research of the systems and mechanisms. The most effective are devices consisting of an elastic element and a transducer of its deformation into an electric signal. An analysis of known force-measuring devices shows that at a large range of loads the most effective form of the elastic element is the ring. As electric transducers of deformation in similar gauges, capacity, inductive, vibrating-wire and strain gauges are used. The disadvantages of existing devices are slow response, suitability for a narrow range of loads, low contact reliability, non-linearity. There are significant prospects of the circular type sensors development with optoelectronic signal transducers, which allows increasing significantly the efficiency, reliability and accuracy of force measurement. The compensation principle is supposed to be used in the dynamometric gauges where as a control input variable, a value of an elastic element deformation is used. The control algorithm of a compensation scheme of undesirable discrepancies of a control variable is made so that to reduce a deformation value to naught. Due to this fact, operation of a dynamometric gauge based on the principle of force compensation is carried out with a lot of accuracy. The construction of the gauge contains a sensing zerobody, an amplifier, feedback and a measuring device.

упругий чувствительный элементсилоизмерительное устройствовеличина деформациисиловая компенсацияизменения деформаций во времениelastic sensing elementforce-measurement devicedeformation valueforce compensationchange of deformation through timeReferencesФеликсон Е.И. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1977. 311 с.Felikson, I.E. (1977). Uprugie elementy priborov [Elastic elements of instruments]. Moscow: Mashinostroenie, Mechanical Engineering, 311 p. (in Russian)Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения дозирования массы. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1971. 470 с.Karpin, E.B. (1971). Sredstva avtomatizatsii dlya izmereniya dozirovaniya massy [Automation tools to measure mass dosing]. 2nd ed., revised and add. Moscow: Mashinostroenie, Mechanical Engineering, 1971. 470 p. (in Russian)Литвин Ф.Л. Справочник конструктора точного приборостроения. М.; Л.: Машиностроение, 1964. 944 с.Litvin, F.L. (1964). Spravochnik konstruktora tochnogo priborostroeniya [Directory of the designer of precision instrumentation]. Moscow: Leningrad: Mashinostroenie, Mechanical Engineering, 944 p. (in Russian)Авен О.Н., Доманицкий С.М. Бесконтактные исполнительные устройства промышленной автоматики. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1960. 344 с.Aven, O.N. and Domanitskiy, S.M. (1960). Beskontaktnye ispolnitelnye ustroystva promyshlennoy avtomatiki [Non-contact actuators of industrial automation]. Moscow: Leningrad: Gosenergoizdat, 344 p. (in Russian)Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1980. 230 с.Andreeva, L.E. (1980). Uprugie elementy priborov [Elastic elements of devices]. Moscow: Mashinostroenie, Mechanical Engineering, 230 p. (in Russian)Asch G. Les captures en enstrumentation industrielle. Lyon, 1991. 970 p.Asch, G. (1991). Les capteurs en enstrumentation industrielle. Lyon, 970 p.Barber J.R. Elasticity. 2nd ed. Kluwer, 2004. 431 p.Barber, J.R. (2004). Elasticity. 2nd ed. Kluwer, 431 p.Ciarlet P.G. An introduction to differential geometry with applications to elasticity. Springer, 2005. 211 p.Ciarlet, P.G. (2005). An introduction to differential geometry with applications to elasticity. Springer, 211 p.Nyce David S. Linear position sensors: theory and application. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 2004. 179 p.Nyce, David S. (2004). Linear position sensors: theory and application. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, 179 p.Elbestawi M.A. Force Measurement // Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. 1999. Pp. 600–615.Elbestawi, M.A. (1999). Force Measurement. Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook, pp. 600–615.Rijlaarsdam D.J. Modelling damping in linear dynamic systems. Eindhoven, 2005. 50 p.Rijlaarsdam, D.J. (2005). Modelling damping in linear dynamic systems. Eindhoven, 50 p.Tropf U. Opto-Elektronik steurt Verpackungsvorgange // NEUE Verpackung. 1975. № 1–18.Tropf, U. (1975). Opto-Elektronik steurt Verpackungsvorgange. NEUE Verpackung, no. 1–18.Дащенко А.Ф., Козинская Ю.А., Лимаренко А.С. Методика расчета упругого элемента силоизмерительного устройства // Праці Одеського політехнічного університету. 2013. Вип. 2(41).Dashchenko, A.F., Kozinskaya, J.A. and Limarenko, A.S. (2013). Metodika rascheta uprugogo elementa siloizmeritelnogo ustroystva [Method of calculation of the elastic element of a force-measuring device]. Pracі Odeskogo polіtekhnіchnogo unіversitetu, OPI, iss. 2(41). (in Ukrainian)Titus S.S.K. Design and development of precision artifact for dissemination of low forces of 1N and 2N / K. Jain Kamlesh, S.K. Dhulkhead, Yadav Poonam // XIX IMEKO World Congress. Lisbon, 2009.Titus, S.S.K., Kamlesh, K. Jain, Dhulkhead, S.K. and Poonam, Yadav. (2009). Design and development of precision artifact for dissemination of low forces of 1N and 2N. XIX IMEKO World Congress.Kamble V.A., Gore P.N. Use of FEM and photo elasticity for shape optimization of S type load cell // Indian Journal of Science and Technology. 2012. Vol. 5, № 3 (Mar 2012).Kamble, V.A. and Gore, P.N. (2012). Use of FEM and photo elasticity for shape optimization of S type load cell. Indian Journal of Science and Technology, vol. 5, no. 3 (Mar 2012).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.