RU2114405C1

RU2114405C1 - Force transmitter of tensometric balance

Info

Publication number: RU2114405C1
Application number: RU97110541A
Authority: RU
Inventors: Е.В. Синицин; М.В. Стрельцов; В.С. Суханов; Ю.А. Крупнов
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Инновационный центр новых технологий"
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1998-06-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: given force transmitter is designed for use in high-accuracy tensometric balance. It incorporates elastic parallelogram member with two power arms joined by small elastic power beams with thinning of end sections that form restoring hinges. Small elastic measurement beam made from silicon monocrystal with resistance strain gauges and end flanges is placed inside parallelogram member in symmetry with reference to restoring hinges of small power beams. One of flanges is made fast to first power arm and the other one is coupled to second power arm via force-transmitting unit. Power arms have internal cantilever protrusions spaced apart over height. Force- transmitting unit is manufactured as one unit together with parallelogram member in the form of platform and two vertical band tie-rods 80-120 μm thick joining platform to cantilever protrusion on second power arm with formation of parallelogram suspension. Measurement beam is anchored with one end flange on cantilever protrusion of first power arm and with other one - on platform of force-transmitting unit. EFFECT: increased measurement accuracy, improved adaptability to manufacture and decreased production cost. 1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в высокоточных тензометрических весах, а также в качестве преобразователя механических величин (давления, перемещения, деформации, усилия) в электрический сигнал. The invention relates to measuring equipment and can be used in high-precision tensometric scales, and also as a converter of mechanical quantities (pressure, displacement, deformation, force) into an electrical signal.

В весовых системах широко используются датчики для измерения усилий при взвешивании с упругими элементами в форме параллелограмма. Примером такого датчика является устройство (патент США N 4107985, кл. 73-141 A, G 01 L 1/22, G 01 G 3/14, G 01 G 3/08, опубл. 22.08.78). Датчик содержит упругий параллелограммный элемент, имеющий два силовых плеча, соединенные упругими силовыми балочками, и размещенную внутри него упругую измерительную балочку с тензорезисторами, имеющую две консоли, соединенные утоненным участком. Размещение тензорезисторов вблизи нейтральной линии деформации на достаточно жестких консолях снижает точность измерения усилий, что делает это решение неприемлемым для высокоточных тензометрических весов. Кроме того, для повышения точности измерения усилий упругие балочки работают в зоне малых перемещений и имеют малое внутреннее демпфирование, поэтому при появлении даже малых колебаний датчик может долго не возвращаться к установившемуся значению. In weighing systems, sensors are widely used to measure forces when weighing with elastic elements in the form of a parallelogram. An example of such a sensor is a device (US patent N 4107985, CL 73-141 A, G 01 L 1/22, G 01 G 3/14, G 01 G 3/08, publ. 22.08.78). The sensor contains an elastic parallelogram element having two power arms connected by elastic power beams, and an elastic measuring beam with strain gauges placed inside it, having two consoles connected by a thinned section. Placing strain gages near the neutral strain line on sufficiently rigid consoles reduces the accuracy of the force measurement, which makes this solution unacceptable for high-precision strain gauges. In addition, to increase the accuracy of measuring the forces, the elastic beams work in the zone of small displacements and have low internal damping, therefore, even small oscillations will cause the sensor to not return to the steady state for a long time.

Известен также датчик усилий для тензометрических весов (патент США N4196784, кл. 177-211, опубл. 08.04.80). Датчик содержит упругий параллелограммный элемент, имеющий два силовых плеча, соединенные упругими силовыми балочками, и размещенный внутри него силоизмерительный элемент, также выполненный в виде упругого параллелограммного элемента, включающего два плеча, соединенные двумя упругими балочками, параллельными силовым балочкам внешнего параллелограммного элемента, одна из которых образует упругую измерительную балочку с тензорезисторами. Первое плечо внутреннего параллелограммного элемента жестко закреплено на первом силовом плече внешнего параллелограммного элемента, а второе плечо снабжено выступом, соединенным со вторым силовым плечом внешнего параллелограммного элемента через силопередающее устройство, содержащее шток и конусные регулируемые точечные опоры. Работоспособность датчика достигается за счет создания предварительного усилия поджатия на штоке. Такое выполнение датчика, если не учитывать силы трения, должно исключить нагружение внутреннего параллелограммного элемента моментом от эксцентричного приложения нагрузки и усилиями вдоль его упругих балочек. Однако наличие трения в точечных опорах приводит к появлению в них тангенциальных контактных напряжений, усилий вдоль упругих балочек внутреннего параллелограммного элемента и гистерезиса при приложении и снятии нагрузки, что понижает точность измерения усилий. При этом возникает неустранимое противоречие: для исключения возможных люфтов надо увеличить предварительное усилие поджатия на штоке, а для уменьшения влияния трения в точечных опорах на точность измерения необходимо нулевое усилие поджатия, что делает неприемлемой данную конструкцию для использования в высокоточных тензометрических весах. Данная конструкция также чувствительна к изменению температуры, так как при повышении температуры могут появиться дополнительные нагрузки или люфты, связанные с неравномерностью температурных деформаций штока и внутреннего параллелограммного элемента. Конструкция также сложна в регулировке и чувствительна к вибрациям, особенно если они действуют перпендикулярно штоку. Also known is a force sensor for tensometric scales (US patent N4196784, CL 177-211, publ. 08.04.80). The sensor contains an elastic parallelogram element having two power arms connected by elastic power beams and a force measuring element located inside it, also made in the form of an elastic parallelogram element including two arms connected by two elastic beams parallel to the power beams of the external parallelogram element, one of which forms an elastic measuring beam with strain gauges. The first shoulder of the internal parallelogram element is rigidly fixed to the first power shoulder of the external parallelogram element, and the second shoulder is provided with a protrusion connected to the second power shoulder of the external parallelogram element through a power transmitting device containing a rod and conical adjustable point supports. The performance of the sensor is achieved by creating a preliminary preload force on the rod. This embodiment of the sensor, if we do not take into account the frictional forces, should exclude the loading of the internal parallelogram element by the moment from the eccentric application of the load and the forces along its elastic beams. However, the presence of friction in the point supports leads to the appearance of tangential contact stresses in them, forces along the elastic beams of the internal parallelogram element and hysteresis during application and removal of the load, which reduces the accuracy of the measurement of forces. In this case, an irreparable contradiction arises: in order to eliminate possible backlash, it is necessary to increase the preliminary preload force on the rod, and to reduce the influence of friction in point supports on the measurement accuracy, zero preload force is necessary, which makes this design unacceptable for use in high-precision tensometric scales. This design is also sensitive to temperature changes, since with increasing temperature additional loads or backlash may appear due to uneven temperature deformations of the rod and the internal parallelogram element. The design is also difficult to adjust and sensitive to vibrations, especially if they act perpendicular to the stem.

Известен датчик усилий, содержащий упругий параллелограммный элемент, имеющий подвижное и неподвижное силовые плечи, соединенные между собой двумя силовыми балочками с утоненными концами, и расположенную между ними третью - измерительную балочку, которая одним из своих концов жестко соединена с неподвижным силовым плечом, а другим - через силопередающее устройство в виде упругого элемента связана с подвижным силовым плечом, при этом измерительная балочка выполнена с утонением в ее средней части, на котором установлены тензорезисторы (General Sensor Technology/Force And Pressure Sensors. Volume 1. Conference Proceedings. June 8-10. 1982. Chicago, IL. USA, p. 77, sketch 9). В известном датчике тензорезисторы смещены относительно середины упругих балочек к одному из их шарниров. Недостатком данного датчика является значительная нелинейность преобразовательной характеристики вследствие смещения тензорезисторов к одному из упругих шарниров силовых балочек и конечной жесткости упругого элемента, связывающего измерительную балочку с подвижным плечом, и обусловленные этим нелинейно зависимые от нагрузки продольные напряжения в местах установки тензорезисторов, что снижает точность измерения. Наиболее сильно эта нелинейность проявляется для устройств, рассчитанных на малые нагрузки, когда жесткость измерительной балочки и упругого элемента, связывающего ее с подвижным плечом, становятся соизмеримыми. A known force sensor containing an elastic parallelogram element having a movable and stationary power shoulders interconnected by two power beams with thinned ends, and a third located between them - a measuring beam, which one of its ends is rigidly connected to a fixed power shoulder, and the other through a power-transmitting device in the form of an elastic element is connected with a movable power arm, while the measuring beam is made with thinning in its middle part, on which strain gages are installed (Ge neral Sensor Technology / Force And Pressure Sensors. Volume 1. Conference Proceedings. June 8-10. 1982. Chicago, IL. USA, p. 77, sketch 9). In the known sensor, the strain gauges are offset relative to the middle of the elastic beams to one of their hinges. The disadvantage of this sensor is the significant non-linearity of the conversion characteristic due to the displacement of the strain gauges to one of the elastic joints of the power bars and the finite stiffness of the elastic element connecting the measuring beam to the movable arm, and the longitudinal stresses non-linearly dependent on the load at the locations of the strain gauges, which reduces the measurement accuracy. This nonlinearity is most pronounced for devices designed for small loads, when the stiffness of the measuring beam and the elastic element connecting it with the movable arm become comparable.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является датчик усилий для тензометрических весов (заявка Российской Федерации N 94023632/28, кл. G 01 L 1/22, опубл. 27.01.96). Датчик содержит упругий параллелограммный элемент, имеющий два силовых плеча, соединенные упругими силовыми балочками с утонениями на концевых участках, образующими упругие шарниры, и размещенный внутри него упругий силоизмерительный элемент, также выполненный в виде упругого параллелограммного элемента, оснащенного упругой измерительной балочкой, выполненной из монокристалла кремния с тензорезисторами и концевыми полками, одна из которых жестко соединена с первым силовым плечом внешнего параллелограммного элемента, а другая - связана со вторым силовым плечом внешнего параллелограммного элемента через силопередающее устройство, выполненное в виде упругого стержневого элемента и Z-образной жесткой опоры. Внутренний силоизмерительный параллелограммный элемент и силопередающее устройство выполнены за одно целое из монокристалла кремния. В данном датчике упругая измерительная балочка расположена симметрично относительно упругих шарниров силовых балочек внешнего параллелограммного элемента. Усилие на измерительную балочку передается через упругий стержень силопередающего устройства, что существенно уменьшает паразитные усилия и моменты от эксцентричного приложения нагрузки. Поскольку измерительная балочка размещена симметрично относительно упругих шарниров силовых балочек внешнего параллелограммного элемента, то ее центр вращения расположен на одной вертикальной линии с центрами вращения указанных балочек, и сохраняется линейная зависимость между углами поворота измерительной и силовых балочек, что повышает точность измерения усилий, особенно при малых углах поворота указанных балочек. Однако в данной конструкции не удается реализовать все преимущества симметричного расположения измерительной балочки относительно упругих шарниров силовых балочек, так как даже тонкий упругий стержень имеет определенную жесткость на изгиб, что приводит к неполной ликвидации продольных усилий в измерительной балочке и появлению погрешностей взвешивания. Вторая причина, приводящая к снижению точности измеряемых усилий, связана с поворотом торца тонкого упругого стержня при его изгибе, что вызывает деформацию внутреннего параллелограммного элемента и нагружение измерительной балочки паразитными усилиями. Паразитные усилия появляются и при эксплуатации датчика при различных температурах, так как разница температурных деформаций внешнего и внутреннего параллелограммных элементов также вызывает изгиб тонкого упругого стержня. Другим недостатком известного датчика является жесткое крепление концевых полок измерительной балочки по верхней и нижней поверхностям, что приводит к дополнительным погрешностям из-за неравномерного защемления указанных полок. Кроме этого, выполнение плеч и внешних балочек внутреннего параллелограммного элемента, а также силопередающего устройства за одно целое из монокристалла кремния снижает технологичность изготовления датчика и повышает его стоимость. Closest to the invention in terms of essential features is a force sensor for tensometric scales (application of the Russian Federation N 94023632/28, CL G 01 L 1/22, publ. 01.27.96). The sensor contains an elastic parallelogram element having two power arms connected by elastic power beams with thinning at the end portions forming elastic joints, and an elastic force measuring element located inside it, also made in the form of an elastic parallelogram element equipped with an elastic measuring beam made of silicon single crystal with strain gauges and end shelves, one of which is rigidly connected to the first power arm of the external parallelogram element, and the other is connected ana a second shoulder external force member through siloperedayuschee parallelogram device in the form of an elastic rod element and a Z-shaped rigid support. The internal force-measuring parallelogram element and the power-transmitting device are made in one piece from a single crystal of silicon. In this sensor, the elastic measuring beam is located symmetrically relative to the elastic joints of the power bars of the external parallelogram element. The force on the measuring beam is transmitted through the elastic rod of the power transmitting device, which significantly reduces stray forces and moments from the eccentric application of the load. Since the measuring beam is placed symmetrically relative to the elastic hinges of the power bars of the external parallelogram element, its center of rotation is located on the same vertical line with the centers of rotation of these bars, and the linear relationship between the rotation angles of the measuring and power bars is maintained, which increases the accuracy of the measurement of forces, especially for small the angles of rotation of these beams. However, in this design it is not possible to realize all the advantages of a symmetrical arrangement of the measuring beam relative to the elastic hinges of the power bars, since even a thin elastic rod has a certain bending stiffness, which leads to incomplete elimination of longitudinal forces in the measuring beam and the appearance of weighing errors. The second reason, leading to a decrease in the accuracy of the measured forces, is associated with the rotation of the end face of a thin elastic rod when it is bent, which causes the deformation of the internal parallelogram element and loading of the measuring beam with parasitic forces. Spurious forces appear during operation of the sensor at different temperatures, since the difference in temperature deformations of the external and internal parallelogram elements also causes a bend of a thin elastic rod. Another disadvantage of the known sensor is the rigid fastening of the end shelves of the measuring beam on the upper and lower surfaces, which leads to additional errors due to uneven jamming of these shelves. In addition, the implementation of the shoulders and outer beams of the internal parallelogram element, as well as the power-transmitting device in one piece from a silicon single crystal, reduces the manufacturability of the sensor and increases its cost.

Задача изобретения - создание датчика усилий с повышенной точностью измерения за счет уменьшения погрешностей, связанных со смещением прилагаемого усилия от номинального положения и разностью температурных деформаций измерительной балочки и внешнего параллелограммного элемента. The objective of the invention is the creation of a force sensor with increased measurement accuracy by reducing errors associated with the displacement of the applied force from the nominal position and the difference in temperature deformations of the measuring beam and the external parallelogram element.

Дополнительной задачей изобретения является создание датчика усилий с повышенной технологичностью изготовления и меньшей стоимостью. An additional objective of the invention is the creation of a force sensor with high manufacturability and lower cost.

Поставленные технические задачи решаются тем, что в известном датчике усилий для тензометрических весов, содержащем упругий параллелограммный элемент, имеющий два силовых плеча, соединенные упругими силовыми балочками с утонениями на концевых участках, образующими упругие шарниры, и размещенную внутри него симметрично относительно упругих шарниров силовых балочек упругую измерительную балочку из монокристалла кремния с тензорезистрами и концевыми полками, одна из которых жестко соединена с первым силовым плечом, а другая - связана со вторым силовым плечом через силопередающее устройство, согласно изобретению, силовые плечи выполнены с разнесенными по высоте внутренними консольными выступами, силопередающее устройство изготовлено за одно целое с параллелограммным элементом и выполнено в виде платформы и двух вертикальных ленточных тяг толщиной 80-120 мкм, соединяющих платформу с консольным выступом на втором силовом плече с образованием параллелограммной подвески, а измерительная балочка закреплена одной концевой полкой на консольном выступе первого силового плеча, а второй - на платформе силопередающего устройства. The stated technical problems are solved by the fact that in the known force sensor for tensometric scales containing an elastic parallelogram element having two power arms connected by elastic force beams with thinning at the end sections forming elastic hinges, and elastic inside it symmetrically with respect to the elastic hinges of the power beams silicon monocrystal measuring beam with strain gauges and end shelves, one of which is rigidly connected to the first power arm, and the other is connected with about the second power shoulder through the power transmitting device according to the invention, the power shoulders are made with spaced apart cantilevered protrusions, the power transmitting device is made in one piece with a parallelogram element and is made in the form of a platform and two vertical tape rods 80-120 μm thick, connecting the platform with cantilevered protrusion on the second power shoulder with the formation of a parallelogram suspension, and the measuring beam is fixed by one end shelf on the cantilevered protrusion of the first power plate cha, and the second - on siloperedayuschego device platform.

Целесообразно иметь длину упругой измерительной балочки равной 1,0-0,8 от длины силовых балочек. It is advisable to have the length of the elastic measuring beam equal to 1.0-0.8 of the length of the power bars.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом датчике обеспечивается передача на измерительную балочку измеряемого усилия и исключается возможность передачи изгибающих моментов и продольных усилий, так как ленточные тяги силопередающего устройства в заявленном диапазоне изменения их толщины имеют малую поперечную жесткость подвески и не передают никаких поперечных усилий, а также исключают возникновение в ней автоколебаний, что повышает точность измерения усилий. Малая поперечная жесткость параллелограммной подвески обеспечивает также минимальные продольные усилия в измерительной балочке при эксплуатации датчика при различных температурах, что также повышает точность измерения усилий, а также исключает возможность разрушения измерительной балочки при изменении внешней температуры, в том числе при хранении датчика в неотапливаемых помещениях. Это позволяет использовать в датчике более тонкую измерительную балочку без опасения ее разрушения от потери устойчивости при изменении температуры внешней среды. Выполнение силопередающего устройства за одно целое с упругим параллелограммным элементов в виде платформы и двух вертикальных ленточных тяг, соединяющих платформу с консольным выступом на втором силовом плече с образованием параллелограммной подвески, обеспечивает плоскопараллельное перемещение платформы с закрепленной на ней концевой полкой измерительной балочки и неизменность условий нагружения измерительной балочки при различных температурах и нагрузках, а также повышает технологичность изготовления датчика и снижает его стоимость. Закрепление концевых полок измерительной балочки на консольном выступе первого силового плеча и платформе силопередающего устройства исключает неравномерное защемление концов измерительной балочки, что обеспечивает постоянство условий ее нагружения при изменении температуры и взвешивании. The essence of the invention lies in the fact that in the proposed sensor the transmission of the measured force to the measuring beam is ensured and the possibility of transmitting bending moments and longitudinal forces is excluded, since the tie rods of the power transmitting device in the claimed range of variation of their thickness have low transverse stiffness of the suspension and do not transmit any transverse forces , and also exclude the occurrence of self-oscillations in it, which increases the accuracy of the measurement of forces. The low lateral stiffness of the parallelogram suspension also provides minimal longitudinal forces in the measuring beam during operation of the sensor at various temperatures, which also increases the accuracy of measuring forces, and also eliminates the possibility of destruction of the measuring beam when the external temperature changes, including when storing the sensor in unheated rooms. This allows you to use a thinner measuring beam in the sensor without fear of its destruction from loss of stability when the ambient temperature changes. The implementation of the power-transmitting device in one piece with the elastic parallelogram elements in the form of a platform and two vertical tie rods connecting the platform with a cantilever protrusion on the second power shoulder with the formation of a parallelogram suspension, ensures plane-parallel movement of the platform with the end shelf of the measuring beam fixed to it and the measurement loading conditions remain unchanged beams at different temperatures and loads, and also increases the manufacturability of the sensor and reduces its st cost. The fastening of the end shelves of the measuring beam on the cantilever protrusion of the first power arm and the platform of the power transmitting device eliminates uneven pinching of the ends of the measuring beam, which ensures constant loading conditions when the temperature and weighing change.

При заявленном соотношении длин измерительной и силовых балочек полностью исключается нагружение измерительной балочки сжимающими усилиями, что позволяет изготавливать ее меньшей толщины и, практически, ограничения на толщину измерительной балочки накладываются только технологией изготовления. With the stated ratio of the lengths of the measuring and power bars, loading of the measuring beam with compressive forces is completely eliminated, which allows it to be made thinner and, in practice, restrictions on the thickness of the measuring beam are imposed only by manufacturing technology.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении погрешности измерения усилий. The technical result from the use of the invention is to reduce the error of measurement of effort.

Неизвестны датчики усилий для тензометрических весов с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". The force sensors for tensometric scales with the indicated combination of essential features are unknown and the claimed combination of essential features does not follow explicitly from the current state of the art, which confirms the compliance of the invention with the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 - схема соединения тензорезисторов. In FIG. 1 shows the proposed sensor, General view; in FIG. 2 - node A in FIG. one; in FIG. 3 - section BB in FIG. 1 on an enlarged scale; in FIG. 4 is a diagram of a connection of strain gages.

Датчик содержит упругий параллелограммный элемент, имеющий два силовых плеча 1 и 2, соединенные между собой двумя упругими силовыми балочками 3 и 4 с утонениями 5 на концевых участках, образующими упругие шарниры. Силовые плечи 1 и 2 выполнены с разнесенными по высоте внутренними консольными выступами 6 и 7 соответственно. Внутри параллелограммного элемента размещены упругая измерительная балочка 8 с утонениями 9, образующими упругие шарниры, и концевыми полками 10, а также изготовленное за одно целое с параллелограммным элементом силопередающее устройство 11, включающее платформу 12 и две вертикальные ленточные тяги 13 толщиной 80 - 120 мкм, соединяющие платформу 12 с консольным выступом 7 на силовом плече 2 с образованием параллелограммной подвески. The sensor contains an elastic parallelogram element having two power arms 1 and 2, interconnected by two elastic power beams 3 and 4 with thinning 5 at the end sections forming elastic hinges. Power shoulders 1 and 2 are made with spaced apart in height inner cantilevered protrusions 6 and 7, respectively. Inside the parallelogram element there is an elastic measuring beam 8 with thinning 9 forming elastic hinges and end flanges 10, as well as a power transmitting device 11 made in one piece with a parallelogram element, including a platform 12 and two vertical tape rods 13 with a thickness of 80 - 120 μm, connecting platform 12 with a cantilevered protrusion 7 on the power arm 2 with the formation of a parallelogram suspension.

Измерительная балочка 8 изготовлена из монокристаллического кремния с диффузионными тензорезисторами 14 и 15 на нагруженных поверхностях в зоне утонений 9, с длиной, равной 0,8 от длины силовых балочек 3 и 4, и закреплена одной концевой полкой 10 на консольном выступе 6 силового плеча 1, а другой - на платформе 12 силопередающего устройства 11. Тензорезисторы 14 и 15 соединены в мост Уинстона, одна из диагоналей которого подключена к источнику стабилизированного питания Uп, а другая - к измерительно-информационному блоку (на чертеже не показано). Силовое плечо 1 образует неподвижное основание датчика, а силовое плечо 2 - подвижное основание. The measuring beam 8 is made of monocrystalline silicon with diffusion strain gages 14 and 15 on loaded surfaces in the thinning zone 9, with a length equal to 0.8 of the length of the power bars 3 and 4, and is fixed by one end shelf 10 on the cantilever ledge 6 of the power arm 1, and the other on the platform 12 of the power transmission device 11. The strain gages 14 and 15 are connected to the Winston bridge, one of the diagonals of which is connected to a stabilized power supply Uп, and the other to the measuring and information unit (not shown in the drawing). The power arm 1 forms a fixed base of the sensor, and the power arm 2 forms a movable base.

Предлагаемый датчик работает следующим образом. The proposed sensor operates as follows.

При нагружении датчика силой P силовое плечо 2 перемещается в направлении действия указанной силы. Это перемещение через ленточные тяги 13 и платформу 12 передается на измерительную балочку 8. Так как платформа 12 соединена ленточными тягами 13 с консольным выступом 7 на силовом плече 2 с образованием параллелограммной подвески, то перемещение силового плеча 2 вызывает плоскопараллельное перемещение платформы 12 с закрепленной на ней концевой полкой 10 измерительной балочки 8 и, соответственно, деформацию измерительной балочки. На тензорезисторы 14 и 15 воздействуют механические напряжения от изгиба, пропорциональные приложенной силе, причем на парах тензорезисторов 14 и 15 изгибные напряжения имеют разный знак. Тензорезисторы изменяют свое сопротивление, происходит разбаланс моста Уинстона и на его измерительной диагонали возникает напряжение, измеряемое информационно-измерительным блоком. При смещении усилия относительно номинального положения на параллелограммном элементе возникают дополнительные изгибающие моменты, однако они не передаются на измерительную балочку 8, так как ленточные тяги 13 не передают никаких поперечных усилий. Малая толщина ленточных тяг 13 гарантирует, что изгибы в точках их крепления к платформе 12 и консольному выступу 7 силового плеча 2 при относительных горизонтальных перемещениях параллелограммного элемента и измерительной балочки 8 не окажут существенного влияния на точность измерений. When the sensor is loaded with a force P, the power arm 2 moves in the direction of action of the indicated force. This movement through the tie rods 13 and the platform 12 is transmitted to the measuring beam 8. Since the platform 12 is connected by the tie rods 13 with the cantilever protrusion 7 on the power arm 2 with the formation of a parallelogram suspension, the movement of the power arm 2 causes a plane-parallel movement of the platform 12 with fixed on it end shelf 10 of the measuring beam 8 and, accordingly, the deformation of the measuring beam. The strain gauges 14 and 15 are affected by bending stresses proportional to the applied force, and on the pairs of strain gauges 14 and 15, the bending stresses have a different sign. Strain gages change their resistance, an imbalance of the Winston bridge occurs, and voltage arises on its measuring diagonal, measured by the information-measuring unit. When the force is shifted relative to the nominal position on the parallelogram element, additional bending moments arise, however, they are not transmitted to the measuring beam 8, since the tie rods 13 do not transmit any lateral forces. The small thickness of the tie rods 13 ensures that the bends at the points of their attachment to the platform 12 and the cantilever protrusion 7 of the power arm 2 with relative horizontal movements of the parallelogram element and the measuring beam 8 will not significantly affect the measurement accuracy.

В случае изменения температуры при эксплуатации датчика температурная деформация измерительной балочки 8 будет отличаться от аналогичных деформаций силовых балочек 3 и 4. Разница в температурных деформациях указанных балочек приведет к смещению платформы 12 и некоторому изгибу измерительной балочки 8, который может быть учтен при восстановлении нуля в начале взвешивания и не приведет к ухудшению точности измерений. In the event of a temperature change during operation of the sensor, the temperature deformation of the measuring beam 8 will differ from similar deformations of the power bars 3 and 4. The difference in temperature deformations of these bars will lead to a displacement of the platform 12 and some bending of the measuring beam 8, which can be taken into account when restoring zero at the beginning weighing and will not lead to deterioration of measurement accuracy.

Изобретение может быть изготовлено промышленным способом с использованием современных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость. The invention can be manufactured industrially using modern materials and technologies, which confirms its industrial applicability.

Claims

1. The force sensor for tensometric scales, containing an elastic parallelogram element having two power arms connected by elastic power beams with thinning at the end sections forming elastic hinges, and an elastic measuring beam made of silicon single crystal silicon with strain gauges symmetrically relative to the elastic hinges of power beams and end shelves, one of which is rigidly connected to the first power arm, and the other is connected to the second power arm through a power transmitting device, In that the power shoulders are made with internal cantilevered projections spaced apart in height, the power transmitting device is made in one piece with a parallelogram element and is made in the form of a platform and two vertical tape rods 80-120 μm thick connecting the platform with the cantilevered protrusion on the second power shoulder with the formation of a parallelogram suspension, and the elastic measuring beam is fixed by one end shelf on the cantilever protrusion of the first power arm, and the other on the platform of the power transmitting device state.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the length of the elastic measuring beam is equal to 1.0 - 0.8 of the length of the power bars.