NO314369B1 - Ringformet lastcelle - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en ringformet lastcelle for måling av kompresjonsbelastninger, omfattende et antall strekklapper som er montert på et ringlegeme og er innkoplet i en elektrisk krets for avgivelse av et utgangssignal som representerer opptredende belastninger på cellen.

Ringformede lastceller av denne type er kjent i forskjellige utførelser. Som eks-empler på kjent teknikk kan det henvises til GB 1 162 926, GB 2 126 357, US 3 422 671 og DE 2 357 484 C2.1 disse tidligere kjente konstruksjoner består lastcellene av et helt ringlegeme som er fremstilt i ett stykke.

I en rekke konstruksjoner, spesielt i forbindelse med broer, demninger og andre konstruksjoner som inneholder forspente forankringer, kjennetegnes konstruksjonen ved at vaierender, eller bunter av vaiere, og strekkstag forankres og forspennes. Det er her ve-sentlig å kontrollere forspenningen i staget eller vaieren, enten bare ved oppspenning, ved periodisk kontroll, eller som permanent overvåking under konstruksjonens levetid.

Ved montering av de kjente ringformede lastceller i forankringer av ovennevnte type må forspeiiningen fjernes, koplingen må demonteres, en lastcelle må træs inn på konstruksjonen, og koplingen må monteres sammen på nytt for å pålegge ny forspenning. En slik operasjon er ofte helt uakseptabel på grunn av faren for sammenbrudd av hele konstruksjonen ved fjerning av forspenningen.

Formålet med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en lastcellekonstruksjon som eliminerer de ovenfor omtalte ulemper og problemer, og som er utformet slik at den kan installeres ved bare å jekke vaiere eller strekkstag tilbake for å montere lastcellen.

Ovennevnte formål oppnås med en lastcelle av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at lastcellens ringlegeme er todelt og omfatter to halvringlegemer, idet hvert halvringlegeme er forsynt med respektive strekklapper som er innkoplet i en tilhørende elektrisk krets for avgivelse av det nevnte utgangssignal.

De mekaniske randbetingelser i konstruksjoner av ovennevnte type, ujevnt un-derlag og skjevt strekk i vaiere eller strekkstag, gjør at nøyaktigheten kan bli svært dårlig dersom følerelementene (strekklappene) monteres på normal måte, dvs. i senter av teore-tiske kraftlinjer. For å overvinne dette problem er en fordelaktig utførelse av lastcellen ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at strekklappene er montert periferisk atskilt i hvert halvringlegeme på respektive av to konsentriske sirkelflater, slik at strekklappene summerer krefter over et areal. På denne måte oppnås redusert følsomhet for randbetingelser, og økt målenøyaktighet ved ulike mekaniske randbetingelser.

Lastcellen ifølge oppfinnelsen er særlig beregnet for anvendelse på endestag, jor-dankere, vaiere og liknende forspente konstruksjoner. Utformingen med en todelt ring medfører at enhetene kan installeres og utskiftes uten å fjerne forspenningen i den aktuelle forankring.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelses-eksempler under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk grunnriss av en utførelse av en lastcelle ifølge oppfinnelsen, med delvis viste tilkoplingskabler og en elektrisk signaltilpasningsenhet,

fig. 2 viser et sideriss av lastcellen, sett i retning av pilen A på fig. 1,

fig. 3 viser et utsnitt av fig. 2, med et hulrom i hvilket det er montert to strekklapper som vist i den forstørrede detalj pa figuren,

fig. 4 viser lastcellen på fig. 1, og de forskjellige eksitasjons- og signalledere som inngår i tilkoplingskablene,

fig. 5 viser skjemaer av koplingsarrangementet for strekklappene som er montert i de to halvringlegemer, og

fig. 6 er et koplingsskjema som viser en brokopling av parene av strekklapper, i lastcellen ifølge fig. 1, og en forsterker på utgangen av brokoplingen.

Slik det fremgår av fig. 1, omfatter den ringformede lastcelle eller kraftmåler 1 ifølge oppfinnelsen et ringlegeme 2 som er todelt og består av to halvringlegemer 3 og 4 med en konstruktiv utforming som fortrinnsvis er symmetrisk om en akse X-X.

Hvert halvringlegeme 3, 4 har i hovedsaken firkantet tverrsnitt i et radialt plan, og er forsynt med et antall fordypninger eller hulrom 5 som er anordnet langs den ytre omkretsoverfiate og opptar respektive følerelementer i form av strekklapper 6, som vist på fig. 3. For tetningsformål vil et lokk (ikke vist) være påsveiset over hvert hulrom.

Slik som nærmere beskrevet nedenfor, er strekklappene 6 i hver ringhalvdel innkoplet i en elektrisk krets omfattende elektriske ledere som via tilkoplingskabler 7 er ført ut til en signaltilpasningsenhet 8. Tilkoplingskablene 7 er delvis vist på fig. 1, og består i praksis gjerne av hydrauliske kabler som er dekket av kraftige kapper 9, for å tåle det ofte røffe miljø hvor slike lastceller kommer til anvendelse.

For å oppnå et akseptabelt måleresultat ved bruk av strekklapper er det ifølge den konvensjonelle teknikk en forutsetning at den mekaniske påkjenning som opptrer i områ-det hvor strekklappene er montert, er homogent og representativt for den pålagte kraft. For å sikre at disse forutsetninger er oppfylt, utføres lastceller normalt med forholdsvis stor høyde. Dette er imidlertid ofte svært upraktisk, og ofte ikke mulig da det ikke fore-ligger tilstrekkelig plass for innmontering.

I den foreliggende lastcelle er strekklappene plassert slik at kravet til et homogent belastningsfelt ikke lenger er viktig, slik at lastcellens høyde derved kan reduseres. Dette oppnås ved at strekklappene er plassert på en slik måte at de summerer kreftene over et areal. For dette formål er strekklappene 6 i hvert halvringlegeme 3 og 4 montert på respektive av to konsentriske sirkelflater som er vist stiplet på fig. 4 og betegnet med 10 og 11, nærmere bestemt ved at strekklappene er montert på bunnen av de respektive hulrom 5 hvis bunnflater er beliggende på de nevnte sirkelflater.

Det skraverte felt AL på fig. 4 viser det sirkulære belastningsareal. Enhver pålagt kraft som ligger innenfor dette areal vil bli summert, og man oppnår derved en økt måle-nøyaktighet ved ulike mekaniske randbetingelser (ujevn belastning på arealet). Man har funnet at en optimal målenøyaktighet oppnås når sirkelflatene 10 og 11 er beliggende på en radial avstand utenfor ringlegemets 2 innerdiameter som er lik henholdsvis 1/3 og 2/3 av ringlegemets radiale bredde.

Dersom man tenker seg at strekklappene var plassert på en senterlinje mellom ringlegemets ytter- og innerdiameter, ville man få et korrekt måleresultat bare dersom punkter langs denne linje var belastet med en homogen last. Dette skjer imidlertid ikke i praksis, da en pålagt last over et areal alltid vil være noe ujevn på grunn av ujevnheter i underlaget, ikke-homogenitet i materialer osv. Dersom man videre tenker seg at strekklappene var plassert på sirkelflaten ved ringlegemets ytter- eller innerdiameter, ville krefter pålagt på motsatt side ikke bli registrert, eller registrert i liten grad, og målenøy-aktigheten ville derved bli dårlig. En plassering av strekklappene som dekker et område mellom ytterpunktene vil derfor være optimal. Den nevnte beliggenhet av sirkelflatene som er definert ved de nevnte avstander på henholdsvis 1/3 og 2/3 av ringlegemets radiale bredde, fremkommer som et optimalt kompromiss ved at man summerer kreftene over en del av arealet som har så stor stivhet at målingene ikke i nevneverdig grad påvirkes av effekter som oppstår ved ytter- eller innerkantene. Ved hjelp av denne strekklapp-plassering kan som nevnt lastcellens høyde reduseres, da kravet til et homogent belastningsfelt ikke lenger er viktig, ettersom det foretas en summering av kreftene over et areal.

Som vist på fig. 3, er to strekklapper 6 montert vinkelrett på hverandre på bunnen av hvert hulrom 5. Derved registreres tøyning i materialet både i lastcellens høyderetning og i radialplanet, da høyden avtar og diameteren øker ved pålegging av en last. I det viste utførelseseksempel er det anordnet fire hulrom 5 i hvert halvringlegeme, men det kan og-så være anordnet f.eks. seks eller åtte hulrom, avhengig av lastcellens diameter. I den viste utførelse har lastcellen inner- og ytterdiametere på hhv. 84 mm og 135 mm.

Den elektriske sammenkopling av strekklappene 6 er nærmere vist på fig. 5 og 6, hvor fig. 5 viser koplingsarrangementet for hvert av halvringlegemene, mens fig. 6 viser et koplingsskjema for ett halvringlegeme.

Slik det fremgår, er strekklappene 6 sammenkoplet i en målebro 12, idet hvert par av strekklapper utgjør en gren av broen. Målebroen eksiteres med en likespenning V på normalt 10 volt. Utgangssignalet forsterkes i en forsterker 13 som inngår i signaltil-pasningsenheten 8 på fig. 4. Alle strekklapper er aktive, dvs. at ved en telastningspåleg-ning vil samtlige strekklapper avgi et signal som er proporsjonalt med den last eller tøy-ning som hver strekklapp "ser". Derved oppnås en summering av signalet fra samtlige strekklapper, slik at utgangssignalet representerer den totalt pålagte last.

I en utførelse av lastcellen hvor hvert halvringlegeme er forsynt med åtte hulrom og dermed åtte par av strekklapper, kan strekklappene hensiktsmessig være innkoplet i to parallellkoplede målebroer, med fire strekklapp-par i hver bro.

Ledningsgføringen i tilkoplingskablene 7 er skjematisk illustrert på fig. 4. Slik det fremgår, inneholder hver kabel to eksiteringsledere 14 som strekker seg mellom den aktuelle likespenningskilde og målebroens 12 innganger, og to signalledere 15 mellom målebroens 12 utganger og vedkommende forsterker 13. Som vist på fig. 1, er hvert halvringlegeme 3 og 4 i en av sine sideflater forsynt med et spor 16 for opptakelse av de nød-vendige ledninger for sammenkopling av strekklappene.

Som vist på fig. 4, er hver av forsterkerne 13 tilkoplet til en forsterker 17 som summerer utgangssignalene fra de to halvdeler av lastcellen, slik at det oppnås et signal for den totalt pålagte last på lastcellen. Dersom det ønskes, kan det summerte signal om-formes til et strømsignal eller et serielt digitalt signal.

Claims (7)

1. Ringformet lastcelle for måling av kompresjonsbelastninger, omfattende et antall strekklapper (6) som er montert på et ringlegeme (2) og er innkoplet i en elektrisk krets for avgivelse av et utgangssignal som representerer opptredende belastninger på cellen (1), karakterisert ved at lastcellens ringlegeme (2) er todelt og omfatter to halvringlegemer (3, 4), idet hvert halvringlegeme er forsynt med respektive strekklapper (6) som er innkoplet i en tilhørende elektrisk krets for avgivelse av det nevnte utgangssignal.

2. Lastcelle ifølge krav 1, karakterisert ved at strekklappene (6) er montert periferisk atskilt i hvert halvringlegeme (3 hhv. 4) på respektive av to konsentriske sirkelflater (10,11), slik at strekklappene (6) summerer krefter over et areal.

3. Lastcelle ifølge krav 2, karakterisert ved at strekklappene (6) er montert på bunnen av respektive hulrom (5) hvis bunnflater er beliggende på de nevnte sirkelflater (10, 11), idet sirkelflatene er beliggende på en radial avstand utenfor ringlegemet (2) in-nerflate som er lik hhv. 1/3 og 2/3 av ringlegemets radiale bredde.

4. Lastcelle ifølge krav 3, karakterisert ved at to strekklapper (6) er montert vinkelrett på hverandre på bunnen av vedkommende hulrom (5).

5. Lastcelle ifølge krav 4, karakterisert ved at hvert halvringlegeme (3 hhv. 4) omfatter fire par av strekklapper (6) hvor hvert par utgjør en gren av en brokopling (12) som inngår i den nevnte elektriske krets.

6. Lastcelle ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at utgangen av den elektriske krets for hvert halvringlegeme (3 hhv. 4) er koplet til en forsterker (17) som summerer signalene fra de to kretser og avgir et signal som representerer den totale belastning på cellen (1).

7. Anvendelse av en lastcelle ifølge ett av de foregående krav, for måling av mekanisk forspenning ved kontroll av strekkstag, vaiere og liknende i mekanisk forspente forankringer.