CS252147B1

CS252147B1 - Strain gauge strain gauge

Info

Publication number: CS252147B1
Application number: CS859827A
Authority: CS
Inventors: Ladislav Strakos; Josef Liska; Josef Sava
Original assignee: Ladislav Strakos; Josef Liska; Josef Sava
Priority date: 1985-12-23
Filing date: 1985-12-23
Publication date: 1987-08-13
Also published as: CS982785A1

Abstract

fieSení se týká deformačního členu tenzometrického snímače sil, u něhož jsou v jeho„tělese vytvořeny pružné klouby a alespoň na některých z nich jsou upevněny odporová tenzometry. Účelem řešení je zvýšit necitlivost snímače k zatížení, působícímu v jiném směru než ve směru snímané síly. Účelu je dosaženo tím, že ři podélné nosníky jsou .uspořádány rovnoěžně ve stejné vzdálenosti, střední je rozdělen na první část s působištěm snímané sily na vnitřním konci a na druhou část, jejíž vnitřní konec je upevněn na podpěře. Podélné nosníky jsou na svých vnšjěích koncích pevně spojeny se sousedním podélným nosníkem alespoň jednou dvojici K řičných nosníků, rozmístěných spuměrně· a každém příčpém nosníku alespoň jedné čtveřice, ležící v rovině, je v sousedství krajních podélných nosníků na pružných kloubech upevněn alespoň jeden odporový tenzometr.The invention relates to a strain gauge force sensor deformation member, in which flexible joints are formed in its body and at least some of them are mounted with resistance strain gauges. The purpose of the solution is to increase the insensitivity of the sensor to loads acting in a direction other than the direction of the sensed force. The purpose is achieved by the fact that the longitudinal beams are arranged parallel at the same distance, the middle one is divided into a first part with the point of application of the sensed force at the inner end and a second part, the inner end of which is mounted on a support. The longitudinal beams are firmly connected at their outer ends to the adjacent longitudinal beam by at least one pair of K-shaped beams, spaced proportionally, and each cross beam of at least one quadruple, lying in a plane, is mounted on flexible joints in the vicinity of the outer longitudinal beams.

Description

Vynález se týká deformačního členu tenzometrického snímače sil, u něhož jsou v jeho tělese vytvořeny pružné klouby a alespoň na některých z nich jsou upevněny odporové tenzometyy.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a strain gauge strain gauge member in which resilient joints are formed in the body thereof and at least some of them resistive strain gauges are mounted.

Deformační členy snímačů sil mají za úkol umožňovat, aby deformace zeslabených míst deformačních členů, vytvářejících pružné klouby, způsobené účinkem vnějších zatížení, vyvolala v odporových tenzometřech, nalepených na těchto místech takovou změnu elektrického odporu tenzometru, která vyvolá měřitelnou změnu elektrického proudu v měřicím přístro- * ji, zpravidla rozvážení Wheetatoneova můstku, v jehož větvích jsou odporové tenzometry zapojeny.The purpose of the force sensor deformation members is to allow the deformation of the weakened points of the elastic joint deformation members due to external loads to cause a change in the electrical resistance of the strain gauge at these points, which causes a measurable change in the electrical current in the measuring instrument. * it, usually balancing the Wheetatone bridge, in whose branches resistance strain gauges are connected.

Správná funkce defonaačního členu, dané dostatečnou citlivostí snímače, linearitou, necitlivostí na boční zatížení, malou hysterezi, malými deformacemi ve směru působení zatížení, vyvolanými účinkem tohoto zatížení, závisí na tvaru deformačního členu, počtu, tvaru a umístění zeslabených míst na deformačním členu a na způsobu jeho namáhání. Pro citlivá snímače sil, to jest snímače, určená k měření sil do 200 N, jsou používány deformační členy, namáhané ohybem nebo kroucením. Požadovaná hodnota napětí v MPa při jmenovitém zatížení v místě nalepení odporových tenzometrů se dociluje buá velkými rozměry deformačního členu, nebo značným zeslabením deformačního členu v místě nalepení odporových tenzometrů. Tato místa zeslabení jaou obvykle provázena velmi nerovnoměrným rozdělením napětí, což je z hlediska nalepeného odporového tenzometru nevýhodná.The proper functioning of the defonator, given by sufficient sensor sensitivity, linearity, insensitivity to lateral load, low hysteresis, small deformations in the direction of application of the load, depends on the shape of the deformer, the number, shape and location of weak points on the deformer and the way it is stressed. For sensitive force transducers, that is, transducers designed to measure forces up to 200 N, bending or twisting members are used. The required value of the stress in MPa at the nominal load at the point of adhesion of the resistance strain gauges is achieved either by the large dimensions of the deformation element or by a considerable weakening of the deformation element at the point of adhesion of the resistance strain gauges. These attenuation points are usually accompanied by a very uneven voltage distribution, which is disadvantageous from the point of view of the bonded strain gauge.

Dosavadní snímače ail pro malá jmenovitá zatížení používají deformačních členů, namáhaných buá pouze ohybem, přičemž sa měří ohybová napětí v místech nalepení odporových tenzometrů, nebo se u nich tahové nebo tlakové zatížení převádí na kroutivá namáhání a měří se smyková napětí v místě nalepených tenzometrů.The prior art ail sensors for low rated loads use deformation members, either bending only, whereby the bending stresses are measured at the points of application of the resistance strain gauges, or the tensile or compressive loads are converted into torsional stresses and the shear stresses at the points of glued strain gauges are measured.

Výěe uvedené nedostatky jsou odstraněny u deformačního členu tenzometrického snímače sil podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ve stejných vzdálenostech od sebe jsou uspořádány tři podélná nosníky, jejichž podélná oay jsou k sobě rovnoběžné, krajní podélné nosníky jsou celistvá, střední podélný nosník je ve střední části rozdělen na první část, uzpůsobenou na jejím vnitřním konci pro přiložení snímaná aíly ve směru druhé osy, rovnoběžné s rovinou podélných nosníků a kolmá ne první oau, mající směr podélná osy podélných nosníků, a na druhou čáet, uzpůsobenou na jejím vnitřním konci pro upevněni na podpěře, podélná nosníky jsou na svých vnějších koncích pevně spojeny se sousedním podélným nosníkem alespoň jednou dvojicí příčných nosníků, upravených ve směru třetí osy, kolmé ne první oau a na druhou osu, a rozmístěných souměrně k rovině souměrnosti deformačního členu, probíhající ve směru první osy a třetí osy, e k rovině souměrnosti deformačního členu, probíhající ve eaěru druhá oay a třetí osy, a na každém příčnám nosníku alespoň jedná čtveřice příčných nosníků, ležících v rovině rovnoběžně s rovinou souměrnosti deformačního členu, probíhající ve směru první osy a třetí osy, je v sousedství krajních podélných nosníků umístěn alespoň jeden odporový tenzometr, přičemž tyto jsou umístěny v místech pružných kloubů, vytvořených ne příčných nosnících.The aforementioned drawbacks are eliminated with the strain gauge strain sensor of the present invention, characterized in that three longitudinal beams are arranged at equal distances from each other, the longitudinal beams being parallel to one another, the longitudinal beams being integral, the longitudinal beam being divided in the central part into a first part adapted to accommodate the sensed ally in the direction of the second axis parallel to the plane of the longitudinal beams and perpendicular to the first oau having the direction of the longitudinal axis of the longitudinal beams, and to the second part adapted at its inner end for mounting on a support, the longitudinal beams are rigidly connected at their outer ends to the adjacent longitudinal beam by at least one pair of transverse beams extending in the direction of a third axis perpendicular to the first oau and to the second axis and distributed symmetrically to the plane of symmetry of the deformation member extending in a plane of symmetry of the deformation member extending in the axis of the second axis and of the third axis, and at least four transverse beams lying in a plane parallel to the symmetry plane of the deformation member extending in each transverse beam In the direction of the first axis and the third axis, at least one resistive strain gauge is disposed adjacent to the extreme longitudinal beams, these being located at the locations of the elastic joints formed on the transverse beams.

U řečení podle vynálezu ee tahová nebo tlaková zatížení převádí na zatížení kroutícím momentem, které je převáděno v ohyb v místě pružných kloubů, představovaných místními zeslabeními, ve kterých jsou umístěny odporové tensometry. Deformační člen podle vynálezu lze vyrobit velmi snadno vrtáním a jednoduchý· frázováním, místa pro přilepení odporových tenzometrů jaou snadno přístupná, snímač má malá rozměry a deformační člen se ve směru působení zatížení snímače málo deformuje a snímač je necitlivý k zatížení, které působí v jiném směru, než ve kterém ae zatížení stanovuje.In the present invention, the tensile or compressive loads are converted into a torque load that is converted into a bend at the location of the elastic joints represented by local weaknesses in which the resistance strain gauges are located. The deformation member according to the invention can be produced very easily by drilling and simple phrasing, the places for adhering the strain gauges are easily accessible, the sensor is small in size and the deformation member deforms slightly in the direction of load of the sensor and the sensor is insensitive to loads acting in another direction than in which ae load is determined.

Příklady provedení deformačního členu tenzometrického snímače sil podle vynálezu jaou znázorněny na připojených výkresech, na nichž obr. 1 ukazuje schematický perspektivní pohled na deformační člen, obr. 2 čelní pohled na jeden konec deformačního členu, obr. 3 zapojení odporových tenzometrů ve Wheatatoneově můstku, obr. 4 podélný řez deformačním1 shows a schematic perspective view of a deformation member, FIG. 2 shows a front view of one end of the deformation member, FIG. 3 shows the connection of resistive strain gauges in a Wheatatone bridge, FIG. 4 longitudinal section of deformation

252,47252.47

Členem, vedený mezi sousedními podélnými nosníky, a obr. 5 příčný nosník v perspektivním pohledu.The member guided between adjacent longitudinal beams, and FIG. 5 a cross-beam in perspective view.

Deformační člen tenzometrického snímače all podls vynálezu sestává ze tří podélných nosníků 1, které jsou uspořádány ve stejných vzdálenostech od sebe, přičemž jejich podélná osy 2 jsou rovnoběžná. Krajní podélná nosníky 1 jsou celistvá, kdežto střední podélný nosník 1 je ve střední části rozdělen ne první část 2 a na druhou část 2· První část 2 je uzpůsobena na jejím vnitřním konci pro přiložení snímané síly £ vs směru druhé esy χ, rovnoběžné s rovinou χχ podélných nosníků 1 a kolmá na první oau χ, mající směr podélné osy st podélných nosníků 1. Za tím účelem je první část 2 opatřena úchytem S pro přiložení snímané síly £.The strain gauge deformation member all according to the invention consists of three longitudinal beams 1, which are arranged equidistant from each other, their longitudinal axes 2 being parallel. The longitudinal beams 1 are integral, whereas the central longitudinal beam 1 is divided in the central part into the first part 2 and the second part 2. The first part 2 is adapted at its inner end to apply the sensed force vs vs the second ace χ direction parallel to the plane. χχ of the longitudinal beams 1 and perpendicular to the first oau χ, having the direction of the longitudinal axis st of the longitudinal beams 1. For this purpose, the first part 2 is provided with a clamp S for applying the sensed force..

Druhá část 2 je na jejím vnitřním konci uspůsobena pro upevnění na podpěře a je proto opatřena úchytem 2 pro upevnění ne noanám tělese snímače all. Podélná nosníky 1 jsou na svých vnějších koncích pevně spojeny se sousedním podélným nosníkem 1 alespoň jednou dvojicí příčných nosníků 4. Tyto jsou uspořádány ve směru třetí osy χ, kolmá na první osu χ a na druhou oau χ. Příčná nosníky 4 jsou rozmístěny souměrně k rovině deformačního členu, probíhající ve směru první osy χ a třetí osy χ a k rovině souměrnosti deformačního členu, probíhající ve směru druhé oay χ a třetí osy χ. Ma každém příčném nosníku 4 alespoň jedné čtveřice příčných nosníků 4, ležících v rovině rovnoběžné e rovinou souměrnosti deformačního členu, probíhající ve směru první osy χ a třetí oay X, je v sousedství krajních podélných nosníků 1 umístěn alespoň jeden odporový tenzometr i, Přičemž odporové tenzometry Z jsou umístěny v místech pružných kloubů & přičnýzh nosníků 4. Příčné klouby £ mohou být s výhodou vytvořeny tak, te v příčném nosníku 4 jsou souměrně proti sobě provedena stejná obloukovité vybrání.The second part 2 is at its inner end adapted to be fastened to a support and is therefore provided with a fastener 2 for fastening to the noane body of the sensor all. The longitudinal beams 1 are rigidly connected at their outer ends to the adjacent longitudinal beam 1 by at least one pair of transverse beams 4. These are arranged in the direction of the third axis χ, perpendicular to the first axis χ and the second oau χ. The transverse beams 4 are distributed symmetrically to the plane of the deformation member extending in the direction of the first axis χ and the third axis χ and to the plane of symmetry of the deformation member extending in the direction of the second oay χ and the third axis χ. With each transverse beam 4 of at least one of the four transverse beams 4 lying in a plane parallel to the plane of symmetry of the deformation member extending in the direction of the first axis χ and the third oay X, at least one resistive strain gauge 1 is located adjacent to the longitudinal beams 1. The transverse joints 4 can advantageously be formed so that the same arcuate recesses are symmetrically opposed in the transverse beam 4.

Odporová tenzometry £ lze seskupit do dvojic, jejichž členy jsou uspořádány na protilehlých stranách příčného nosníku 4 souměrně k jeho ose 2, a to 3 výhodou na bocích příčného nosníku 4, ale i například na horní a dolní straně příčného nosníku 4* Příčné nosníky 4, uspořádané nad sebou a seskupené do dvojic na každém konci deformačního členů, jaou názorně vyznačeny na obr. 1 a na obr. 2. Na obr. 4 je znázorněno provedení, u něhož jsou podélné nosníky 1 na svých vnějších koncích spojeny vždy dvěma dvojicemi příčných nosníků 4, umístěných souměrně k ose rovnoběžné se směrem třetí osy χ a ve stejné vzdálenosti od ní, přičemž jedna z dvojic na každém konci deformačního členu leží v rovině, probíhající ve směru první osy χ a třetí osy χ.The resistance strain gauges 6 can be grouped in pairs whose members are arranged on opposite sides of the crossbeam 4 symmetrically to its axis 2, preferably on the sides of the crossbeam 4, but also, for example, on the upper and lower sides of the crossbeam 4. 1 and 2. FIG. 4 shows an embodiment in which the longitudinal beams 1 are connected at their outer ends by two pairs of transverse beams in each case. 4, located symmetrically to the axis parallel to and equidistant from the third axis χ, one of the pairs at each end of the deformation member lying in a plane extending in the direction of the first axis χ and the third axis χ.

Odporová tenzometry £ jaou a výhodou zapojeny ve Wheatatoneově můstku Z následovně.Resistance strain gauges 6 are preferably connected in the Wheatatone bridge Z as follows.

Oba první odporová tenzometry 5/. umístěná na první straně příčných nosníků 4 na pivním konci deformačního členu, jaou zapojeny v první větvi 10 Vheatatoneova můstku Z·Both first resistance strain gauges 5 /. located on the first side of the crossbeams 4 at the beer end of the deformation member, are connected in the first branch 10 of the Vheatatone bridge

V protilehlá třetí větvi Wheatstoneova můstku Z jsou zapojeny oba třetí odporové tenzometry 5'. umístěné souměrně k prvním odporovým tenzometrům 5' na druhém konci deformačního členu. V sousední druhé větvi JJ. Wheatstoneova můstku Z Jsou zapojeny oba druhé odporové tenzometry 5. umístěné na druhé straně příčných nosníků 4 ne prvním konci deformačního členu, přičemž v protilehlé čtvrté větvi 12 Wheatstoneova můatku Z jseu zapojeny čtvrté odporové tenzometry 5. umístěné souměrně k druhým odporovým tenzometrům 5 na druhém konci deformačního členu.In the opposite third branch of the Wheatstone bridge Z are connected both third resistance strain gauges 5 '. located symmetrically to the first resistance strain gauges 5 'at the other end of the deformation member. In the adjacent second branch JJ. Wheatstone bridge Z Both second resistance strain gauges 5 located on the other side of the crossbeams 4 at the first end of the deformation member are connected, and in the opposite fourth branch 12 of the Wheatstone bridge Z are connected fourth resistance strain gauges 5 located symmetrically to the other resistance strain gauges 5 at the other end. deformation member.

Funkce deformačního členu tenzometrického snímače sil podle vynálezu je následující.The function of the strain gauge strain gauge according to the invention is as follows.

Po přiložení síly £, působící ve směru druhá osy χ, na deformační člen, dojdě k rosváženl Wheatstoneova můstku Z, protože napětí v pružných kloubech £, ne nichž jsou umístěny odporová tenzometry í, jsou stejná, ale opačná polarity. 'Při zatížení, působícím ve směru první osy χ nebo třetí osy χ, vznikají v pružných kloubech £, opatřených odporovými tenzometry Z, protisouměrná napětí, takže k rozvážení Wheatstoneova můstku Z nedojde, což znamená, že snímač sil, opatřený deformačním členem podle vynálesu, není citlivý na tato zatížení.Upon application of the force, acting in the direction of the second axis χ to the deformation member, the Wheatstone bridge Z is weighed, since the stresses in the elastic joints nichž on which the resistive strain gauges umístěny are located are of the same but opposite polarity. Under the load acting in the direction of the first axis χ or the third axis χ, counter-current stresses arise in the elastic joints 6 provided with resistive strain gauges Z, so that the Wheatstone bridge Z is not weighed, meaning that the force sensor provided with the deformation member according to the invention it is not sensitive to these loads.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Tensometric force sensor deformation member in which resilient joints are formed in its body and at least some of them have resistive strain gauges, characterized in that three longitudinal beams (1), whose longitudinal axes are arranged equidistant from one another (o) are parallel to each other, the longitudinal beams (1) are integral, the central longitudinal beam (1) is divided in the middle part into a first part (2), adapted at its inner end to apply an applied force (F) in the second direction oey (y), parallel to the plane (x, y) of the longitudinal beams (1) and perpendicular to the first axis (x) having aa longitudinal oey (o) of the longitudinal beams (1) and not a second portion (3) adapted to longitudinal beams (1) are rigidly connected at their outer ends to the adjacent longitudinal beam (1) by at least one pair of transverse beams (4) provided in the direction of the third axis (z), perpendicular to the first axis (jt) and the second axis (y), and distributed symmetrically to the plane of symmetry of the deformation member extending in the direction of the first axis (x) e of the third axis (z); a member running in the direction of the second axis (y) and a third axis (z), and on each transverse beam (4) at least one quadruple of the transverse beams (4) lying in a plane parallel to β plane of symmetry axis (x) and third axis (z), at least one resistive strain gauge (5) is located adjacent to the longitudinal beams (1), these being located at the locations of the elastic joints (6) formed on the cross beams (4).

2. The deformation member according to claim 1, characterized in that the longitudinal beams (1) are connected at their outer ends by one pair of transverse beams (4), which are non-woven.

The deformation member according to claim 1, characterized in that the longitudinal beams (1) are connected at their outer ends by two pairs of transverse beams (4) arranged symmetrically to the axis parallel to the direction of the third axis (z) and equidistant from one of the pairs at each end of the deformation member lies in a plane extending in the directional first axis (χ) β of the third axis (z).

The deformation member according to Claims 1 to 3, characterized in that the elastic joints (6) on the crossbeams (4) adjacent to the longitudinal beams (1) are formed by weakening the crossbeams (4) symmetrically opposed to each other by the same arcuate recesses.

5. The deformation member according to claims 3 and 4, characterized in that the weakening of the pair of transverse beams (4) is perpendicular to the weakening of the second pair of transverse beams (4) at the same end of the deformation member.

The deformation member according to claims 1 to 5, characterized in that the resistive tenzoameters (5) are grouped in pairs, the members of which are arranged on opposite sides of the crossbeam (4) symmetrical to its longitudinal axis (o) '.

The deformation member according to claim 6, characterized in that the resistive strain gauges (5) located on the first side of the transverse beams (4) at the first end of the deformation member, i.e. the first resistive strain gauges (5 '), are connected in the first branch. 10) Wheatstone bridge (7), resistive strain gauges (5) located symmetrically at the other end of the deformation member, i.e. third resistive strain gauges (5 '), are connected in opposite third branch of Wheatstone bridge (7), resistive strain gauges (5) ), located on the other side of the transverse beams (4) at the first end of the deformation member, i.e. the second resistance strain gauges (5), are connected in the adjacent second branch (11) of the Wheatstone bridge (7) and the resistance strain gauges (5) symmetrically at the other end of the deformation member, i.e. the fourth resistance strain gauges (5 ''), are connected in the opposite fourth branch (13) of the Wheatstone bridge (7).

A deformation member according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the inner end of the first portion (2) of the central longitudinal beam (1) is provided with a grip (8) for applying the sensed force (F).

The deformation Sien according to claims 1 to 8, characterized in that the inner end of the second portion (3) of the central longitudinal beam (1) is provided with a grip (9) for fastening to the support body of the force sensor.