RU2017094C1

RU2017094C1 - Force pickup

Info

Publication number: RU2017094C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Апасеев; Г.М. Гурьев
Original assignee: Апасеев Александр Иванович
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1990-10-04
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: pickup has resilient member in form of cylindrical body of rotation, provided with resistance strain gauges, and force-introducing members, made in form of prism-shaped flat rings, which are coincided along the internal contour by resilient member; body of rotation and force-introducing members are made together. Diametrically disposed grooves are made in resilient member, which form sectors, where resistance strain gauges are disposed; the gauges are brought into bridge circuit. EFFECT: improved reliability. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и строительству, более конкретно - к устройствам для измерения и контроля действующих сил в металлургии, испытательной технике, для измерения массы в весоизмерительных и весодозировочных устройствах, а также в строительных подъемно-транспортных механизмах и объектах. The invention relates to mechanical engineering and construction, and more specifically to devices for measuring and controlling the acting forces in metallurgy, testing equipment, for measuring mass in weight measuring and weighing devices, as well as in building hoisting-and-transport mechanisms and objects.

Известны датчики силы для измерения и контроля действующих сил, содержащие упругий элемент стержневого или цилиндрического типа, тензорезисторы, размещенные на чувствительной части упругого тела, и силоводящие элементы [1]. Known force sensors for measuring and monitoring the acting forces, containing an elastic element of the rod or cylindrical type, strain gauges placed on the sensitive part of the elastic body, and force-carrying elements [1].

Известны также датчики сил кольцевого типа, упругий элемент которых выполнен в виде вертикально расположенного круглого цилиндра, а также в виде вертикально расположенного кольца или выполненные с несколькими чувствительными кольцами [2]. Also known are force-type force sensors, the elastic element of which is made in the form of a vertically arranged round cylinder, as well as in the form of a vertically arranged ring or made with several sensitive rings [2].

Датчики силы, описанные выше, имеют тот недостаток, что они имеют значительные линейные размеры в направлении действия силы. Эти размеры определяются исходя из условия силовведения к чувствительной части упругого тела, при которых особенности внешней нагружающей системы как, например, боковые силы, скручивающие моменты и внецентренное прило- жение силы и т.д. оказывают большое влияние на точность и повторяемость результатов измерения. Их величина уменьшается при значительном и достаточном удалении от места их приложения (принципы Сен-Венана). Кроме того, при незначительных расстояниях от места приложения силы до места расположения тензорезисторов появляется значительный гистерезис из-за явления сопротивления поперечной деформа- ции, возникающей при контакте опорной поверхности упругого тела и силовводящего устройства, при котором возникают дополнительные касательные напряжения, находящиеся в равновесии с силами трения в месте контакта. Все эти явления снижают точность и повторяемость результатов измерений. The force sensors described above have the disadvantage that they have significant linear dimensions in the direction of the force. These dimensions are determined on the basis of the conditions of force introduction to the sensitive part of the elastic body, under which the features of the external loading system, such as lateral forces, torsional moments and eccentric application of force, etc. have a great influence on the accuracy and repeatability of measurement results. Their value decreases with a significant and sufficient distance from the place of their application (the principles of Saint-Venant). In addition, at small distances from the place of application of the force to the location of the strain gages, significant hysteresis appears due to the phenomenon of resistance to lateral deformation arising from the contact of the supporting surface of the elastic body and the power-introducing device, at which additional tangential stresses arise, which are in equilibrium with the forces friction at the point of contact. All these phenomena reduce the accuracy and repeatability of measurement results.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности за счет уменьшения влияния паразитных нагрузок и исключения влияния сопротивления поперечной деформации, возникающей при контакте двух твердых тел при уменьшении линейных размеров в направлении действия силы. The purpose of the invention is to increase the accuracy and sensitivity by reducing the influence of parasitic loads and eliminating the influence of lateral deformation resistance that occurs when two solids contact when linear dimensions decrease in the direction of the force.

Цель достигается тем, что датчик силы содержит выполненные за одно целое силовводящие элементы и упругий элемент с тензорезисторами, при этом силовводящие элементы выполнены в виде плоских колец призматической формы, соединенных по внутреннему контуру упругим элементом. С целью повышения чувствительности в упругом элементе выполнены диаметрально расположенные пазы с образованием секторов, на каждом из которых размещены тензорезисторы, включенные в мостовую схему. The goal is achieved by the fact that the force sensor contains integrally-formed force-introducing elements and an elastic element with strain gauges, while the force-introducing elements are made in the form of flat prismatic rings connected by an elastic element along the inner contour. In order to increase the sensitivity in the elastic element, diametrically located grooves are made with the formation of sectors, on each of which there are strain gauges included in the bridge circuit.

На фиг.1 изображен датчик силы в разрезе по диаметральной плоскости; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - исполнение с пазами в упругих элементах, вид сверху; на фиг.4 - вид элемента датчика в изображении свободного и нагруженного состояния (контур в тонких линиях показывает свободное состояние, толстыми линиями - нагруженное). Figure 1 shows a force sensor in the context of the diametrical plane; figure 2 is the same, a top view; figure 3 - version with grooves in the elastic elements, top view; figure 4 - view of the sensor element in the image of the free and loaded state (the outline in thin lines shows the free state, thick lines - loaded).

Датчик силы выполнен за одно целое из цельной заготовки материала и состоит из двух жестких силовводящих элементов, верхнего 1 и нижнего 2, выполненных в виде плоских колец призматической формы, сопряженных по внутреннему контуру упругим элементом 3, на котором размещены тензорезисторы. The force sensor is made in one piece from a single piece of material and consists of two rigid power-supplying elements, the upper 1 and lower 2, made in the form of flat prismatic rings conjugated along the inner contour by an elastic element 3 on which the strain gauges are placed.

Для повышения чувствительности в упругом элементе 3 выполнены пазы 4, которые образуют секторы, на которых размещаются тензорезисторы, включенные в мостовую схему. To increase the sensitivity in the elastic element 3, grooves 4 are made, which form the sectors on which the strain gages are included in the bridge circuit.

Такое выполнение позволяет отъюстировать одинаковую чувствительность всех секторов, что позволит определить положение центра приложения силы. This embodiment allows you to align the same sensitivity of all sectors, which will determine the position of the center of application of force.

Датчик силы работает следующим образом. The force sensor operates as follows.

При приложении внешней силы F к опорным призматическим поверхности силовоспринимающих колец 1 и 2 происходит их взаимное сближение за счет момента силы F на расстояние l до нейтральной оси 0-0 упругого элемента 3. В результате этого слой внутренней поверхности претерпевает деформацию растяжения, а внешней - сжатия. When an external force F is applied to the supporting prismatic surfaces of the power-receiving rings 1 and 2, they come closer together due to the moment of force F at a distance l to the neutral axis 0-0 of the elastic element 3. As a result, the layer of the inner surface undergoes tensile strain, and the outer one undergoes compression .

Деформация внутренней поверхности улавливается тензорезисторами, размещенными на ней. The deformation of the inner surface is captured by strain gauges placed on it.

Поскольку плоскость места приложения силы расположена соизмеримо с плоскостью размещения тензорезисторов и удалена от них на плече l, то высота упругого элемента определяется базовыми размерами применяемых тензорезисторов. Since the plane of the place of application of force is located commensurate with the plane of placement of the strain gages and is removed from them on the shoulder l, the height of the elastic element is determined by the basic dimensions of the used strain gages.

Выполнение датчика силы по предложенной конструкции снижает влияние условий силовведения, так как поперечные деформации, возникающие в месте контакта твердых тел, не передаются на упругий элемент, что повышает точность измерения при очень малой высоте упругого элемента. The implementation of the force sensor according to the proposed design reduces the influence of the conditions of force introduction, since the transverse deformations that occur at the contact point of solids are not transmitted to the elastic element, which increases the measurement accuracy at a very low height of the elastic element.

Claims

1. POWER SENSOR, comprising an elastic element with strain gauges and power-driving elements made in one piece in the form of a cylindrical body of revolution, characterized in that, in order to improve accuracy by reducing the influence of spurious loads by decreasing the linear dimensions in the direction of the force, the power-guiding elements are made in the form of flat rings of a prismatic shape, conjugated along the inner contour with an elastic element.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that in order to increase the sensitivity, diametrically located grooves are formed in the elastic element to form sectors, in each of which strain gages are included in the bridge circuit.