RU2488081C1

RU2488081C1 - Force sensor

Info

Publication number: RU2488081C1
Application number: RU2012112165/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Андреевич Штыков; Наталия Павловна Царёва
Original assignee: Виктор Андреевич Штыков
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-07-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: force sensor is made in the form of a disc with an outer cylindrical surface, a central hole and support ends, on every of which there are three evenly arranged radial ledges. Radial ledges of one support end are displaced relative to radial ledges of the opposite support end by 60°, and between radial ledges there is at least one strain resistor fixed. At the outer cylindrical surface, between radial ledges arranged on opposite support ends of the disc, there are dead holes with a flat bottom, in which the strain resistor is fixed at the angle of 45° to the disc axis. On the flat bottom of each hole there might be two strain resistors fixed at the angle of 90° between them. Holes may be arranged in the form of an obelisk, two faces of which are parallel to support ends, and two other ones are parallel to radial ledges.

EFFECT: improved reliability of a force sensor.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, для измерения усилий в подъемных устройствах.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used, for example, for measuring forces in lifting devices.

Из патентной литературы известен датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, причем с внешней цилиндрической поверхности выполнена проточка, на опорных торцах выполнены кольцевые выступы, образующие плечо с внутренним диаметром проточки, а на уровне проточки в центральном отверстии закреплены тензорезисторы (1).A force sensor made in the form of a disk with an external cylindrical surface, a central hole, and supporting ends is known from the patent literature, moreover, a groove is made from the external cylindrical surface, annular protrusions are formed on the supporting ends, forming a shoulder with an internal diameter of the groove, and at the level of the groove in the central strain gauges (1) are fixed to the hole.

При приложении нагрузки к кольцевым выступам, изгибные деформации в стенке между проточкой и центральным отверстием воспринимаются тензорезисторами, выдающими электрический сигнал, пропорциональный величине нагрузки.When a load is applied to the annular protrusions, bending deformations in the wall between the groove and the central hole are perceived by the strain gauges that give an electric signal proportional to the load.

Недостатками такого датчика являются сложность конструкции и возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенной поверхности.The disadvantages of this sensor are the complexity of the design and the possibility of damage to the strain gauges mounted on an unprotected surface.

Из патентной литературы известен и датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор (2).From the patent literature there is also known a force sensor made in the form of a disk with an external cylindrical surface, a central hole and supporting ends, on which there are three evenly spaced radial protrusions, the radial protrusions of one supporting end being offset by 60 ° a relative to the radial protrusions of the opposite supporting end between the radial protrusions is fixed at least one strain gauge (2).

Недостатком этого датчика также является возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенных поверхностях.The disadvantage of this sensor is the possibility of damage to the strain gauges mounted on unprotected surfaces.

Цель настоящего изобретения - повышение надежности датчика силы.The purpose of the present invention is to increase the reliability of the force sensor.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике силы, выполненном в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор, с внешней цилиндрической поверхности, между радиальными выступами, расположенными на противолежащих опорных торцах диска, выполнены глухие отверстия с плоским дном, на котором тензорезистор закреплен под углом 45° к оси диска. На плоском дне каждого отверстия может быть закреплено по два тензорезистора под углом 90° между ними. Отверстия могут быть выполнены в форме обелиска (3), две грани которого параллельны опорным торцам, а две другие параллельны радиальным выступам.This goal is achieved by the fact that in the force sensor, made in the form of a disk with an external cylindrical surface, a Central hole and supporting ends, which are made of three evenly spaced radial protrusions, and the radial protrusions of one supporting end are offset relative to the radial protrusions of the opposite supporting end by 60 ° and at least one strain gauge is fixed between the radial protrusions, from the outer cylindrical surface, between the radial protrusions located on the opposite supporting x the ends of the disk, made blind holes with a flat bottom, on which the strain gauge is fixed at an angle of 45 ° to the axis of the disk. Two strain gages can be fixed on the flat bottom of each hole at an angle of 90 ° between them. The holes can be made in the form of an obelisk (3), the two faces of which are parallel to the supporting ends, and the other two are parallel to the radial protrusions.

Существо изобретения представлено на рис.1.The invention is presented in Fig. 1.

Датчик силы выполнен в виде диска 1 с внешней цилиндрической поверхностью 2, центральным отверстием 3 и опорными торцами 4, 5, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа 6…11, причем радиальные выступы 6, 7, 8 одного опорного торца 4 смещены относительно радиальных выступов 9, 10, 11 противоположного опорного торца 5 на 60° а между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6 закреплен хотя бы один тензорезистор 12, с внешней цилиндрической поверхности 2, между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6, расположенными на противолежащих опорных торцах 4, 5 диска 1, выполнены глухие отверстия 13…18 с плоским дном 19, на котором тензорезистор 12 закреплен под углом 45° к оси 20 диска 1. На плоском дне 19 каждого отверстия 13…18 может быть закреплено по два тензорезистора 12, 21 под углом 90° между ними. Отверстия 13…18 могут быть выполнены в форме обелиска, две грани 22, 23 которого параллельны опорным торцам 4, 5, а две другие 24, 25 параллельны радиальным выступам 6…11.The force sensor is made in the form of a disk 1 with an external cylindrical surface 2, a central hole 3 and supporting ends 4, 5, on which are made three equally spaced radial protrusions 6 ... 11, and the radial protrusions 6, 7, 8 of one supporting end 4 are offset relative to radial protrusions 9, 10, 11 of the opposite supporting end 5 at 60 ° and between the radial protrusions 6 and 9, 9 and 7, 7 and 10, 10 and 8, 8 and 11, 11 and 6 at least one strain gauge 12 is fixed, with an external a cylindrical surface 2, between the radial protrusions 6 and 9, 9 and 7, 7 and 10, 10 and 8, 8 and 11, 11 and 6, married to opposite supporting ends 4, 5 of the disk 1, blind holes 13 ... 18 are made with a flat bottom 19, on which the strain gauge 12 is fixed at an angle of 45 ° to the axis 20 of the disk 1. On the flat bottom 19 of each hole 13 ... 18 can be fixed two strain gauges 12, 21 at an angle of 90 ° between them. The holes 13 ... 18 can be made in the form of an obelisk, two faces 22, 23 of which are parallel to the supporting ends 4, 5, and the other two 24, 25 are parallel to the radial protrusions 6 ... 11.

Прокладка проводов, ведущих к тензорезисторам 12, 21, выполнена традиционными методами и на рис.1 не представлена.Laying the wires leading to the strain gauges 12, 21, made by traditional methods and not shown in Fig. 1.

Предлагаемый датчик силы работает следующим образом.The proposed force sensor works as follows.

Усилие, направленное вдоль оси 20, и прилагаемое к радиальным выступам 6, 7, 8 на торце 4 и 9, 10, 11 на торце 5 диска 1, вызывает тангенциальные деформации плоского дна 19 каждого из отверстий 13…18. Деформация тензорезисторов 12, 21, закрепленных по направлению тангенциальных деформаций плоского дна 19 отверстий 13…18, вызывает появление электрических сигналов, пропорциональных измеряемому усилию.The force directed along the axis 20, and applied to the radial protrusions 6, 7, 8 at the end 4 and 9, 10, 11 at the end 5 of the disk 1, causes tangential deformation of the flat bottom 19 of each of the holes 13 ... 18. The deformation of the strain gauges 12, 21, fixed in the direction of tangential deformation of the flat bottom 19 of the holes 13 ... 18, causes the appearance of electrical signals proportional to the measured force.

Расположение тензорезисторов 12, 21 на дне отверстий 13…18 практически исключает их механическое повреждение, что повышает надежность датчика силы. Для полного исключения повреждения тензорезисторов 12, 21 возможно заполнение отверстий 13…18 эластомерами.The location of the strain gauges 12, 21 at the bottom of the holes 13 ... 18 virtually eliminates their mechanical damage, which increases the reliability of the force sensor. To completely eliminate damage to the strain gauges 12, 21, it is possible to fill the holes 13 ... 18 with elastomers.

Суммирование сигналов нескольких тензорезисторов обеспечивает увеличение чувствительности датчика.The summation of the signals of several strain gauges provides an increase in the sensitivity of the sensor.

Выполнение отверстий 13…18 в форме обелиска увеличивает чувствительность датчика силы за счет уменьшения жесткости диска 1.The implementation of the holes 13 ... 18 in the form of an obelisk increases the sensitivity of the force sensor by reducing the stiffness of the disk 1.

Заявленный датчик силы может быть изготовлен промышленным способом с использованием известных материалов и технологий. При реализации изобретения могут использоваться различные конструктивные исполнения отдельных составляющих датчика силы, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунке, иллюстрирующем изобретение, без отхода от духа и рамок настоящего технического решения, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле изобретения.The claimed force sensor can be manufactured industrially using known materials and technologies. When implementing the invention, various designs of the individual components of the force sensor can be used that differ from those described in this application and shown in the figure illustrating the invention, without departing from the spirit and scope of this technical solution, determined by the scope of the claims set forth in the claims.

Источники информации:Information sources:

1. Авторское свидетельство СССР №2017094, G01L 1/22, 1990.1. USSR author's certificate No. 20170094, G01L 1/22, 1990.

2. Патент ФРГ №2655013, G01L 1/22, 1986.2. The patent of Germany No. 2665013, G01L 1/22, 1986.

3. И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, М., Наука, 1964, с.173, рис.114.3. I. N. Bronstein and K. A. Semendyaev, Handbook of mathematics for engineers and students of technical colleges, M., Nauka, 1964, p. 173, Fig. 114.

Claims

1. The force sensor, made in the form of a disk with an external cylindrical surface, a Central hole and supporting ends, which are made of three evenly spaced radial protrusions, and the radial protrusions of one supporting end are offset relative to the radial protrusions of the opposite supporting end by 60 ° and between the radial protrusions at least one strain gauge is fixed, characterized in that, in order to increase reliability, from an external cylindrical surface, between radial protrusions located on the counter aschih supporting ends of the disc, the blind holes are made with a flat bottom on which a strain gage is fixed at an angle of 45 ° to the axis of the disk.

2. The force sensor according to claim 1, characterized in that on the flat bottom of each hole two strain gages can be fixed at an angle of 90 ° between them.

3. The force sensor according to claim 1, characterized in that the holes can be made in the form of an obelisk, two faces of which are parallel to the supporting ends, and the other two are parallel to the radial protrusions.