ES2962477T3 - Balanza para probar la resistencia del aire - Google Patents
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Abstract
Una balanza para probar la resistencia del aire, que comprende: sensores de haz de doble orificio 2N y una placa superior; los sensores de haz de doble orificio 2N están dispuestos debajo de la placa superior y están conectados fijamente a la placa superior; cada sensor de haz de doble orificio comprende una parte de viga, un orificio superior y un orificio inferior, estando dispuestos longitudinalmente el orificio superior y el orificio inferior a lo largo de la parte de viga, estando dispuesto el orificio superior en una parte superior de la parte de viga, y el estando dispuesto un orificio inferior en una parte inferior de la parte de viga. Además se describe un método para medir la fricción de una superficie superior de la placa superior usando la balanza para probar la resistencia del aire. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Balanza para probar la resistencia del aire
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de medición y se refiere más particularmente a una balanza para probar la resistencia del aire.
Antecedentes de la invención
Del estado de la técnica se conocen dispositivos de medición para medir diferentes fuerzas. Un dispositivo de medición para medir la tensión se conoce, por ejemplo, por el documento RU 178060 U1. Además, del estado de la técnica se conocen dispositivos de medición para medir fuerzas de fricción. En los dispositivos para medir una fuerza de fricción de una placa plana, una pieza de prueba generalmente está dispuesta en un túnel de viento con flujo de aire de manera que la pieza de prueba queda al ras con la tubería del túnel de viento, y se usa una galga extensométrica para medir la deformación de la pieza de prueba con el fin de medir la fuerza de fricción en la superficie de la pieza de prueba. Las balanzas de resistencia suelen ser del tipo de balanzas de resistencia a deformación de un solo soporte, como se muestra en la Figura 1. Sin embargo, este tipo de balanzas también mide la fuerza de presión diferencial y su momento mientras mide la fuerza de fricción superficial de la pieza de prueba. La fuerza de presión diferencial es desigual en la dirección z y, por lo tanto, el brazo de la fuerza varía a lo largo de toda la dirección z. Mientras tanto, también existe un momento generado por la fuerza a lo largo de la dirección z. Muchos tipos de fuerza hacen que la medición de la fuerza sea más difícil, especialmente cuando la existencia de una diferencia de presión poco clara y el momento están en la dirección z. La expresión de la carga de fuerza sobre una balanza de un solo soporte es la siguiente:
Sumario
Para resolver al menos uno de los problemas técnicos mencionados anteriormente y medir la resistencia en la dirección del flujo, esta divulgación diseña un sensor de prueba de fuerza del tipo viga de doble orificio. Las características estructurales de la viga de doble orificio se pueden utilizar para eliminar el momento en la dirección z y la incertidumbre de medición debido a la incertidumbre del brazo de la fuerza de presión diferencial, de modo que el sensor solo mide la fuerza en la dirección del flujo y la precisión de la balanza aumenta. La balanza para las pruebas de resistencia del aire en esta divulgación se implementa mediante las soluciones técnicas siguientes.
La invención proporciona una balanza para pruebas de resistencia del aire, que compromete sensores de viga de doble orificio 2<n>y una placa superior, en la que,
N es un número entero positivo;
los sensores de viga de doble orificio 2N están dispuestos debajo de la placa superior y fijos a la placa superior; cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio comprende una viga, un orificio superior y un orificio inferior, en donde el orificio superior y el orificio inferior están dispuestos a lo largo de la dirección longitudinal de la viga, el orificio superior está dispuesto en la parte superior de la viga, y el orificio inferior está dispuesto en la parte inferior de la viga, en la que el sensor de viga de doble orificio comprende además una primera galga extensométrica, una segunda galga extensométrica, una tercera galga extensométrica y una cuarta galga extensométrica, en donde la primera galga extensométrica y la tercera galga extensométrica se disponen en el lado exterior de la parte inferior de la viga, y la primera galga extensométrica y la tercera galga extensométrica se disponen simétricamente con respecto al orificio inferior; la segunda galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica se disponen en el lado exterior de la parte superior de la viga, y la segunda galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica se disponen simétricamente con respecto al orificio superior, de manera que la deformación de lectura del sensor de viga de doble orificio solo se genera mediante la fuerza en la dirección del flujo, en el que dichas partes superior e inferior están orientadas con respecto a la dirección de la fuerza gravitacional.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, la viga tiene forma de cuboide.
De acuerdo con la invención, el orificio superior y el orificio inferior son ambos orificios circulares.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, el extremo superior de la viga está fijo a la placa superior.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, los sensores de viga de doble orificio 2N están distribuidos rectangularmente debajo de la placa superior.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, la placa superior es una placa rectangular, y los sensores de viga de doble orificio 2N están dispuestos respectivamente en las posiciones adyacentes a los cuatro ángulos de la placa rectangular.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, también se incluye una placa inferior para fijar la parte inferior de la viga de los sensores de viga de doble orificio 2N.
De acuerdo con al menos una realización de esta divulgación, el orificio superior y el orificio inferior de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio están conectados a lo largo de la dirección longitudinal de la viga.
La invención proporciona además un procedimiento para medir la fuerza de fricción en la superficie superior de la placa superior utilizando la balanza antes mencionada para pruebas de resistencia del aire, el procedimiento que incluye los siguientes pasos,
1) analizar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior, en el que las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior son una fuerza de fricción tangencialF%,una fuerza de presión diferencial F(z)<a>p con brazo de fuerza desconocido y una fuerza en la dirección z Fp;
2) simplificar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior en el Paso 1), en el que la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo se traslada a la parte inferior de la placa superior, de modo que las fuerzas originales se simplifican como: fuerza F formada por la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo después de trasladarse a la parte inferior de la placa superior, un momento M causado por la traslación de la fuerza y una gravedad G en la dirección z;
3) para cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio, la deformación de lectura es £d =<£1>-£2-<£3>+ £<4>, donde<£1>~<£4>son los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica, la segunda galga extensométrica, la tercera galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica respectivamente, y los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica, la segunda galga extensométrica y la tercera galga extensométrica, y la cuarta galga extensométrica son:
en el que E es el módulo de Young de la viga de doble orificio, W es el módulo de sección en flexión de la viga de doble orificio, £<g>es la deformación generada por la gravedad G en las galgas extensométricas,L1es la distancia desde la parte inferior de la placa superior hasta el centro del orificio superior de la viga de doble orificio, y L<2>es la distancia desde la parte inferior de la placa superior hasta el centro del orificio inferior de la viga de doble orificio;
4) la deformación de lectura de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio esE W ¡y la fuerza de fricción F que actúa sobre la superficie superior de la placa superior se obtiene de acuerdo con la deformación de lectura £d.
"La primera", "la segunda", "la tercera" y "la cuarta" en las soluciones técnicas mencionadas anteriormente son meramente para identificación y no se utilizan para restringir la estructura de partes relacionadas.
Breve descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos muestran las realizaciones ejemplares de la presente divulgación y sirven para explicar los principios de esta divulgación junto con la descripción de la misma, en las que estos dibujos adjuntos proporcionan una mayor comprensión de esta divulgación y se incluyen en la memoria descriptiva y constituyen parte de la memoria descriptiva.
La Figura 1 es una vista esquemática del análisis de fuerza para una balanza de un solo soporte en la técnica anterior.
La Figura 2 es una vista esquemática simplificada de las fuerzas que actúan sobre la balanza para la prueba de resistencia del aire de acuerdo con al menos una realización de esta divulgación.
La Figura 3 es una vista estructural esquemática del sensor de viga de doble orificio de la balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con al menos una realización de esta divulgación.
La Figura 4 es una vista esquemática de la estructura general de la balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con al menos una realización de esta divulgación.
Descripción detallada
La divulgación se describirá en más detalle más abajo con referencia a los dibujos acompañantes y las realizaciones. Se puede entender que las realizaciones específicas descritas en la presente memoria solo se utilizan para explicar el contenido relacionado, en lugar de limitar la divulgación. También se debe señalar que en los dibujos solo se muestran las partes relacionadas con la presente divulgación para facilitar la descripción.
Se debe señalar que las realizaciones en la presente divulgación y las características en las realizaciones pueden combinarse entre sí sin conflictos. La divulgación se describirá en más detalle más abajo con referencia a los dibujos y las realizaciones.
Como se muestra en la Figura 2-4, una balanza para pruebas de resistencia del aire comprende 4 sensores de viga de doble orificio (el número de sensores es preferentemente 2, 4 o 6) y una placa superior; en la que los 4 sensores de viga de doble orificio están dispuestos debajo de la placa superior y fijos a la placa superior; cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio comprende una viga, un orificio superior y un orificio inferior, en la que el orificio superior y el orificio inferior están dispuestos a lo largo de la dirección longitudinal de la viga, el orificio superior está dispuesto en la parte superior de la viga, y el orificio inferior está dispuesto en la parte inferior de la viga. El sensor de viga de doble orificio comprende una primera galga extensométrica, una segunda galga extensométrica, una tercera galga extensométrica y una cuarta galga extensométrica, en el que la primera galga extensométrica y la tercera galga extensométrica se disponen en el lado exterior de la parte inferior de la viga, y la primera galga extensométrica y la tercera galga extensométrica se disponen simétricamente con respecto al orificio inferior; la segunda galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica se disponen en el lado exterior de la parte superior de la viga, y la segunda galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica se disponen simétricamente con respecto al orificio superior. La viga tiene forma de cuboide. El orificio superior y el orificio inferior son ambos orificios circulares. El extremo superior de la viga se fija a la placa superior. Los 4 sensores de viga de doble orificio están distribuidos de forma rectangular debajo de la placa superior. La placa superior es una placa rectangular y los 4 sensores de viga de doble orificio están dispuestos respectivamente en las posiciones adyacentes a los cuatro ángulos de la placa rectangular. La balanza para pruebas de resistencia del aire comprende además una placa inferior para fijar la parte inferior de la viga de los 4 sensores de viga de doble orificio. El orificio superior y el orificio inferior de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio están conectados a lo largo de la dirección longitudinal de la viga.
Un procedimiento para medir la fuerza de fricción en la superficie superior de la placa superior utilizando la balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con esta realización comprende los siguientes pasos,
1) analizar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior, en el que las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior son una fuerza de fricción tangencialF%,una fuerza de presión diferencial F(z)áp con brazo de fuerza desconocido y una fuerza en la dirección z Fp;
2) simplificar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior en el Paso 1), en el que la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo se traslada a la parte inferior de la placa superior, de modo que las fuerzas originales se simplifican como: fuerza F formada por la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo después de trasladarse a la parte inferior de la plataforma superior, un momento M causado por la traslación de la fuerza y una gravedad G en la dirección z;
3) para cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio, la deformación de lectura es £d = £<1>-£2- £<3>+ £<4>, donde £<1>~ £<4>son los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica, la segunda galga extensométrica, la tercera galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica respectivamente, y los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica, la segunda galga extensométrica, la tercera galga extensométrica y la cuarta galga extensométrica son:
donde E es el módulo de Young de la viga de doble orificio, W es el módulo de sección en flexión de la viga de doble orificio, £g es la deformación generada por la gravedad G en las galgas extensométricas, Li es la distancia de la parte inferior de la placa superior al centro del orificio superior de la viga de doble orificio, y L<2>es la distancia desde la parte inferior de la placa superior hasta el centro del orificio inferior de la viga de doble orificio;
4) la deformación de lectura de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio es ,y la fuerza de fricción F que actúa sobre la superficie superior de la placa superior se obtiene de acuerdo con la deformación de lectura £d.
En más detalle, a continuación, se describe el principio de funcionamiento de la balanza para pruebas de resistencia del aire de la presente divulgación.
Como se muestra en la Figura 2, las fuerzas originales que actúan sobre la pieza de prueba (es decir, la placa superior) son una fuerza de fricción tangencialF%,una fuerza de presión diferencial F(z)<a>p con brazo de fuerza desconocido, y una fuerza Fp en la dirección z. Las fuerzas se simplifican como: una fuerza F en la dirección horizontal, una gravedad G en la dirección z y un momento M. Por lo tanto, para un solo sensor de viga de doble orificio, la deformación de lectura del mismo es
en el que U<o>es la tensión medida por el sensor, U<ac>es la tensión de suministro del sensor, K es el coeficiente de sensibilidad de las galgas extensométricas,£1~£4son los valores de las deformaciones que actúan sobre las galgas extensométricas R1~R4 respectivamente, y £<d>se llama deformación de lectura, es decir, el dígito que se muestra en las galgas extensométricas. Las deformaciones generadas por las fuerzas y el momento que actúan sobre cada galga extensométrica son
en la que F es el valor de la fuerza formada por la fuerza resultante que actúa sobre la pieza de prueba en la dirección del flujo después de trasladarse a la parte inferior de la pieza de prueba, M es el momento causado por la traslación de la fuerza, E y W son el módulo de Young y el módulo de sección en flexión de la viga de doble orificio respectivamente,£ges la deformación generada por la gravedad G en las galgas extensométricas, Li yL2son las distancias desde la parte inferior de la pieza de prueba hasta las secciones mínimas (es decir, los centros del orificio superior y del orificio inferior) de la viga elástica de doble orificio, respectivamente. Además, la deformación de lectura es
Por lo tanto, la deformación obtenida solo es generada por la fuerza en la dirección del flujo, lo que elimina la gravedad G y el momento M y deja solo la fuerza F en la dirección del flujo a medir. Por lo tanto, no es necesario considerar la fuerza G en la dirección z y que el brazo de fuerza de la fuerza de presión diferencial F(z)áp es desconocido.
La balanza para pruebas de resistencia del aire se puede disponer completamente en un rebaje del túnel de viento para medir la resistencia del aire que actúa sobre la placa superior (es decir, la fuerza de fricción sobre la superficie superior de la placa superior).
Cada sensor de viga de doble orificio puede obtener el valor de la fuerza de fricción F en la superficie superior de la placa superior. Opcionalmente, para la precisión de la medición, puede, por ejemplo, tomar el promedio de las fuerzas de fricción F en la superficie superior de la placa superior obtenida por los 4 sensores de viga de doble orificio como resultado de la medición.
La balanza para pruebas de resistencia del aire de la presente divulgación resuelve el problema de la interferencia de la fuerza en la dirección z en la deformación durante la prueba de la balanza y el problema de que se desconoce el momento de la fuerza de presión diferencial en las paredes de extremo, por lo que mide directamente la fuerza en la dirección del flujo y mejora la precisión de la medición.
Los expertos en la técnica deben entender que las realizaciones mencionadas anteriormente son solo para describir claramente la presente divulgación en lugar de limitar el alcance de la presente divulgación. Para los expertos en la técnica, se pueden realizar otros cambios o modificaciones basándose en la divulgación anterior, y estos cambios o modificaciones todavía están dentro del ámbito de la presente divulgación.
Claims (8)
1. Una balanza para pruebas de resistencia del aire, que comprende: viga de doble orificio 2N
sensores y una placa superior, en la que
N es un número entero positivo;
los sensores de viga de doble orificio 2N están dispuestos debajo de la placa superior y fijos a la placa superior;
cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio comprende una viga, un orificio superior y un orificio inferior, en donde el orificio superior y el orificio inferior están dispuestos a lo largo de la dirección longitudinal de la viga, el orificio superior está dispuesto en la parte superior de la viga, y el orificio inferior está dispuesto en la parte inferior de la viga,
en la que el sensor de viga de doble orificio comprende además una primera galga extensométrica (R<1>), una segunda galga extensométrica (R<2>), una tercera galga extensométrica (R<3>) y una cuarta galga extensométrica (R<4>); la primera galga extensométrica (R<1>) y la tercera galga extensométrica (R<3>) están dispuestas en el lado exterior de la parte inferior de la viga, y la primera galga extensométrica (R<1>) y la tercera galga extensométrica (R3) están dispuestas simétricamente con respecto al orificio inferior; la segunda galga extensométrica (R<2>) y la cuarta galga extensométrica (R<4>) están dispuestas en el lado exterior de la parte superior de la viga, y la segunda galga extensométrica (R<2>) y la cuarta galga extensométrica (R<4>) están dispuestas simétricamente con respecto al orificio superior, de modo que la deformación de lectura del sensor de viga de doble orificio solo se genera mediante la fuerza en la dirección del flujo, en la que dicha parte superior e inferior están orientadas con respecto a la dirección de la fuerza gravitacional,
caracterizado porque el orificio superior y el orificio inferior son ambos orificios circulares.
2. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la viga tiene forma de cuboide.
3. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el extremo superior de la viga está fijo a la placa superior.
4. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los sensores de viga de doble orificio 2N están distribuidos rectangularmente debajo de la placa superior.
5. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque la placa superior es una placa rectangular y los sensores de viga de doble orificio 2N están dispuestos respectivamente en las posiciones adyacentes a los cuatro ángulos de la placa rectangular.
6. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque, comprende además una placa inferior para la fijación de la parte inferior de la viga de los sensores de viga de doble orificio 2N.
7. La balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque, el orificio superior y el orificio inferior de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio están conectados a lo largo de la dirección longitudinal de la viga.
8. Un procedimiento para medir la fuerza de fricción en la superficie superior de la placa superior utilizando la balanza para pruebas de resistencia del aire de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque el procedimiento comprende los siguientes pasos,
1) analizar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior, en el que las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior son una fuerza de fricción tangencialF%,una fuerza de presión diferencial F(z)áp con brazo de fuerza desconocido y una fuerza en la dirección z Fp;
2) simplificar las fuerzas originales que actúan sobre la placa superior en el Paso 1), en el que la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo se traslada a la parte inferior de la placa superior, de modo que las fuerzas originales se simplifican como: fuerza F formada por la fuerza resultante que actúa sobre la placa superior en la dirección del flujo después de trasladarse a la parte inferior de la placa superior, un momento M causado por la traslación de la fuerza y una gravedad G en la dirección z;
3) para cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio, la deformación de lectura del mismo es £d =£1- £<2>- £<3>+ £<4>, en el que £<1>~ £<4>son los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica (R<1>), la segunda galga extensométrica (R<2>), la tercera galga extensométrica (R<3>) y la cuarta galga extensométrica (R<4>) respectivamente, y los valores de las deformaciones de la primera galga extensométrica (R<1>), la segunda galga extensométrica (R<2>), la tercera galga extensométrica (R<3>) y la cuarta galga extensométrica (R<4>) son: en el que E es el módulo de Young de la viga de doble orificio, W es el módulo de sección en flexión de la viga de doble orificio, £g es la deformación generada por la gravedad G en las galgas extensométricas,L1es la distancia desde la parte inferior de la placa superior hasta el centro del orificio superior de la viga de doble orificio, yL2 esla distancia desde la parte inferior de la placa superior hasta el centro del orificio inferior de la viga de doble orificio;
4) la deformación de lectura de cada uno de dichos sensores de viga de doble orificio es
<£ , = 2>iLÍ Ek Wzhl, y la fuerza de fricción F que actúa sobre la superficie superior de la placa superior se obtiene de acuerdo con la deformación de lectura £d.
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