RU2794992C1 - Strain gauge force sensor - Google Patents

Strain gauge force sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2794992C1
RU2794992C1 RU2022133983A RU2022133983A RU2794992C1 RU 2794992 C1 RU2794992 C1 RU 2794992C1 RU 2022133983 A RU2022133983 A RU 2022133983A RU 2022133983 A RU2022133983 A RU 2022133983A RU 2794992 C1 RU2794992 C1 RU 2794992C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
washer
sensor
parallelogram mechanism
parallel
pairs
Prior art date
Application number
RU2022133983A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Александрович Цывин
Original Assignee
Александр Александрович Цывин
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Александрович Цывин filed Critical Александр Александрович Цывин
Application granted granted Critical
Publication of RU2794992C1 publication Critical patent/RU2794992C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: instrumentation
SUBSTANCE: can be used to create accurate, noise-free, compact and high-tech strain gauge sensors for measuring weight and force. The sensor can be used in weighing technology and for commercial weighing, as well as in test technology for measuring forces in two directions. The sensor is made in the form of a washer, inside of which a parallelogram mechanism, monolithically connected with it, is formed, consisting of two parallelograms operating in parallel, which are monolithically connected with the periphery of the washer at one end, and others - with the power supply node of the sensor. The parallelogram mechanism is formed with the help of two U-shaped grooves located oppositely, and four blind identical holes on both sides of the washer, arranged in pairs and symmetrically and parallel to the O-O axis of the washer and perpendicular to the grooves and connected in pairs by blind slots located parallel to the planes of the washer, on which releases are made, the height of which h is determined by the deflection of the parallelogram mechanism when exposed to one and a half times the rated load, and the diameters ∅ are two mm higher than the largest two times the size from the center to the edge of the parallelogram mechanism.
EFFECT: increased noise immunity of the sensor from parasitic torques and bending moments at its input, as well as increased measurement accuracy due to the monolithic design of the entire structure. The cylindrical shape of the sensor makes it possible to simplify the manufacturing technology and make it a group one, as well as to simplify the sealing of sensors using profiled membranes.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения веса и силы. The invention relates to measuring technology, namely to devices for measuring weight and force.

Известен тензорезисторный датчик силы [1], содержащий упругий элемент (УЭ) в форме параллелограмма с мостом тензорезисторов (TP) и регулировочные резисторы. Недостатком такого датчика является незащищенность УЭ от паразитного крутящего момента, скручивающего обе балки параллелограмма, а также от реактивного момента в месте его крепления, что также влияет на точность измерения.Known strain gauge force sensor [1], containing an elastic element (UE) in the form of a parallelogram with a bridge of strain gauges (TP) and control resistors. The disadvantage of such a sensor is that the SE is not protected from a parasitic torque that twists both beams of a parallelogram, as well as from a reactive moment at the place of its attachment, which also affects the measurement accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является датчик силы, состоящий из двух элементов [2]. В нем УЭ выполнен в виде балки двойного изгиба, которая вставлена в параллелограммный механизм. Этот датчик лучше защищен от паразитных крутящих моментов, связанных с эксцентриситетами прилагаемых нагрузок, но его метрологические характеристики значительно ниже из-за немонолитного исполнения параллелограммного механизма и нестабильного поведения защемленных концов балки.The closest in technical essence to the proposed invention is a force sensor, consisting of two elements [2]. In it, the UE is made in the form of a double-bent beam, which is inserted into a parallelogram mechanism. This sensor is better protected from parasitic torques associated with the eccentricities of the applied loads, but its metrological performance is significantly lower due to the non-monolithic design of the parallelogram mechanism and the unstable behavior of the pinched ends of the beam.

Целями изобретения являются: повышение помехозащищенности и точности измерений, а также упрощение технологии изготовления и герметизации датчика.The objectives of the invention are: improving the noise immunity and accuracy of measurements, as well as simplifying the technology of manufacturing and sealing the sensor.

Цели достигаются тем, что УЭ выполняется в форме шайбы, внутри которой располагается параллелограммный механизм, состоящий из двух параллельно работающих параллелограммов, одними концами монолитно связанных с периферией шайбы, а другими - с силовводящим узлом, монолитно объединяющим два параллелограмма в единое целое с шайбой.The objectives are achieved by the fact that the UE is made in the form of a washer, inside of which there is a parallelogram mechanism, consisting of two parallel parallelograms, with one end monolithically connected to the periphery of the washer, and with the other ends - with a power input unit, monolithically combining two parallelograms into a single whole with the washer.

Цели достигаются также тем, что параллелограммный механизм сформирован с помощью двух пазов «П»-образной формы, которые расположены встречно, и четырех глухих и одинаковых по диаметру отверстий с двух сторон шайбы, расположенных попарно - симметрично и параллельно оси O-O шайбы и перпендикулярно пазам, и связанных попарно глухими прорезями, которые расположены параллельно плоскостям шайбы.The goals are also achieved by the fact that the parallelogram mechanism is formed using two “P”-shaped grooves, which are located opposite, and four blind holes of the same diameter on both sides of the washer, located in pairs - symmetrically and parallel to the O-O axis of the washer and perpendicular to the grooves, and connected in pairs by blind slots, which are parallel to the planes of the washer.

Для ограничения от перегрузки на двух сторонах шайбы сделаны освобождения, высота которых - h определяется прогибом параллелограммного механизма при воздействии полуторакратной номинальной нагрузки, а диаметр ∅ на 2 мм превышает наибольший двукратный размер L мах от центра до края параллелограммного механизма. На Фиг. 1 показаны виды датчика: спереди, сверху, сечение А-А, LMax, П1 и п2. На Фиг. 2 - эл. схема моста TP, регулировочные резисторы моста-Rб, Rт, Rт, Rв, (а-б)-напряжение питания моста-Епит., (в-г)-выходной сигнал датчика-Uвых.To limit the overload on both sides of the washer, releases are made, the height of which - h is determined by the deflection of the parallelogram mechanism when exposed to one and a half times the rated load, and the diameter ∅ by 2 mm exceeds the largest two-fold size L max from the center to the edge of the parallelogram mechanism. On FIG. 1 shows the views of the sensor: front, top, section A-A, LMax, P1 and P2. On FIG. 2 - el. TP bridge circuit, adjusting resistors of the bridge-Rb, Rt, Rt, Rb, (a-b) - supply voltage of the bridge-Epit., (c-d) - sensor output signal-Uout.

Датчик состоит из двух монолитно связанных параллелограммов П1 и П2, на которых закреплены тензорезисторы R1 и R2 на П1 и R2 и R3 на П2. Параллелограммы П1 и П2 монолитно связаны одними концами с периферией шайбы, на которой располагаются резисторы Rб и Rт1, а другими концами - с силовводящим узлом, на котором закреплены резисторы Rч и Rт2.The sensor consists of two monolithically connected parallelograms P1 and P2, on which strain gauges R1 and R2 are fixed on P1 and R2 and R3 on P2. Parallelograms P1 and P2 are monolithically connected at one end to the periphery of the washer, on which the resistors Rb and Rt1 are located, and at the other ends to the power supply unit, on which the resistors Rch and Rt2 are fixed.

Тензорезисторы R2 и R4 воспринимают деформацию одного знака, например, сжатия, a R1 и R4 другого - растяжения (знак зависит от направления силы). Между собой они соединены по мостовой схеме. Регулировочный резистор R6 служит для баланса моста, Rт1 для температурной компенсации нулевого сигнала, Rт2 для температурной компенсации выходного сигнала, a Rв для нормировки выходного сигнала. Для подавления синфазных помех RT2 и Rв разбиты на две части и включены в каждую из диагоналей питания моста.Strain gauges R2 and R4 perceive the deformation of one sign, for example, compression, and R1 and R4 of the other - tension (the sign depends on the direction of the force). They are interconnected by a bridge. The adjusting resistor R6 is used to balance the bridge, Rt1 for temperature compensation of the zero signal, Rt2 for temperature compensation of the output signal, and Rv for normalizing the output signal. To suppress common-mode noise, RT2 and Rb are divided into two parts and included in each of the bridge power diagonals.

Работа датчика сводится к следующему. При воздействии силы F параллелограммный механизм и тензорезисторы моста деформируются, Их сопротивления изменяются, например: у R2 и R4 - уменьшается, а у R1 и R3 - увеличивается. Это приводит к разбалансу мостовой схемы, в результате На выходной диагонали моста формируется выходной сигнал пропорциональный измеряемому усилию. По величине выходного сигнала судят о величине усилия F.The operation of the sensor is as follows. When the force F is applied, the parallelogram mechanism and the strain gauges of the bridge are deformed. Their resistances change, for example: for R2 and R4 it decreases, and for R1 and R3 it increases. This leads to an imbalance in the bridge circuit, as a result, an output signal proportional to the measured force is formed on the output diagonal of the bridge. The value of the force F is judged by the value of the output signal.

В случае воздействия измеряемого усилия как показано на Рис. 1 датчик можно не закреплять на месте его установки, при другом направлении усилия датчик следует закреплять, например, с помощью болтов. Для исключения возможных перегрузок с двух сторон шайбы сделаны освобождения, высота которых h определяется величиной прогиба конца параллелограммного механизма при нагружении датчика полуторакратной нагрузкой Fном, а диаметр ∅ освобождения должен на 2 мм превышать наибольший двукратный размер параллелограммного механизма.In the case of a measurable force, as shown in Fig. 1 the sensor may not be fixed at its place of installation; in case of a different direction of force, the sensor should be fixed, for example, with bolts. To exclude possible overloads, releases are made on both sides of the washer, the height of which h is determined by the deflection of the end of the parallelogram mechanism when the sensor is loaded with a 1.5-fold load Fnom, and the diameter ∅ of the release should be 2 mm greater than the largest twofold size of the parallelogram mechanism.

Предлагаемый датчик силы имеет определенные преимущества в сравнении с известными, а именно:The proposed force sensor has certain advantages in comparison with the known ones, namely:

1. Повышется его помехозащищенность от паразитных крутящих и изгибающих моментов.1. Its noise immunity from parasitic torques and bending moments will increase.

2. Повышется точность измерения за счет монолитности всей конструкции датчика, а также с учетом пункта 1.2. The measurement accuracy will increase due to the solidity of the entire sensor design, as well as taking into account point 1.

3. Упрощается технология изготовления и герметизации датчика за счет цилиндрической формы шайбы.3. The technology of manufacturing and sealing the sensor is simplified due to the cylindrical shape of the washer.

4. Возможна реализация группового метода изготовления.4. It is possible to implement a group manufacturing method.

Источники информации, принятые автором при экспертизе:Sources of information accepted by the author during the examination:

1. Авт. свидетельство №1198398, Мкл. G01L 1/22, 1985.1. Auth. certificate No. 1198398, Mkl. G01L 1/22, 1985.

2. Пат. США №3805604, кл. 73-141, 1974.2. Pat. USA No. 3805604, class. 73-141, 1974.

Claims (2)

1. Тензорезисторный датчик силы (ТДС), содержащий упругий элемент, мост тензорезисторов и регулировочные резисторы, отличающийся тем, что датчик выполнен в форме шайбы, внутри которой расположен параллелограммный механизм, состоящий из двух параллельно работающих параллелограммов, одними концами монолитно связанных с периферией шайбы, а другими - с силовводящим узлом, монолитно объединяющим две ветви параллелограммного механизма.1. Strain gauge force sensor (TDS), containing an elastic element, a bridge of strain gauges and adjusting resistors, characterized in that the sensor is made in the form of a washer, inside of which there is a parallelogram mechanism consisting of two parallelograms operating in parallel, with one end monolithically connected to the periphery of the washer, and others - with a power-generating node, monolithically combining two branches of the parallelogram mechanism. 2. ТДС по п. 1, отличающийся тем, что параллелограммный механизм сформирован с помощью двух пазов П-образной формы, расположенных встречно, и четырех глухих одинаковых отверстий с двух сторон шайбы, расположенных попарно-симметрично и параллельно оси О-О шайбы и перпендикулярно пазам и попарно связанных глухими прорезями, расположенными параллельно плоскостям шайбы, на которых сделаны освобождения, высота которых h определяется прогибом параллелограммного механизма при воздействии полуторакратной номинальной нагрузки, а диаметры ∅ на два мм превышают наибольший двукратный размер от центра до края параллелограммного механизма.2. TDS according to claim 1, characterized in that the parallelogram mechanism is formed using two U-shaped grooves located oppositely, and four blind identical holes on both sides of the washer, arranged in pairs symmetrically and parallel to the O-O axis of the washer and perpendicular grooves and connected in pairs by blind slots located parallel to the planes of the washer, on which releases are made, the height of which h is determined by the deflection of the parallelogram mechanism when exposed to one and a half times the rated load, and the diameters ∅ by two mm exceed the largest twofold size from the center to the edge of the parallelogram mechanism.
RU2022133983A 2022-12-23 Strain gauge force sensor RU2794992C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794992C1 true RU2794992C1 (en) 2023-04-27

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU223283U1 (en) * 2023-09-04 2024-02-12 общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "АСИ" (ООО "ИЦ "АСИ") Column-type strain gauge sensor with temperature compensation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3805604A (en) * 1973-04-25 1974-04-23 A Ormond Load cell and flexure means for transferring force thereto
GB2049950A (en) * 1979-04-19 1980-12-31 Tokyo Electric Co Ltd Load-cell balance
SU1198398A1 (en) * 1984-05-24 1985-12-15 Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Испытательных Машин,Приборов И Средств Измерения Масс Strain-gauge force transducer
RU2017094C1 (en) * 1990-10-04 1994-07-30 Апасеев Александр Иванович Force pickup

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3805604A (en) * 1973-04-25 1974-04-23 A Ormond Load cell and flexure means for transferring force thereto
GB2049950A (en) * 1979-04-19 1980-12-31 Tokyo Electric Co Ltd Load-cell balance
SU1198398A1 (en) * 1984-05-24 1985-12-15 Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Испытательных Машин,Приборов И Средств Измерения Масс Strain-gauge force transducer
RU2017094C1 (en) * 1990-10-04 1994-07-30 Апасеев Александр Иванович Force pickup

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU223283U1 (en) * 2023-09-04 2024-02-12 общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "АСИ" (ООО "ИЦ "АСИ") Column-type strain gauge sensor with temperature compensation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4181011A (en) Load cell
KR20120043035A (en) Circuit compensation in strain gage based transducers
US20050000304A1 (en) Flexure system for strain-based instruments
RU2794992C1 (en) Strain gauge force sensor
US3772912A (en) Load cell comprising two mutually movable members in a measuring direction
US2845795A (en) Dynamometer
US3261204A (en) Force measuring apparatus
US3222628A (en) Force measuring device
US4419902A (en) Constant strain load cell
US3646809A (en) Adjustable transducer overload stop
US4017819A (en) Pressure transducer
US2488348A (en) Electric load weighing device
US3205706A (en) Ring-type load cell
SU1336953A3 (en) Weight measuring device
US3033032A (en) Dynamometer
JPS5844323A (en) Pressure sensor
CN113984254B (en) Clamping force measuring sensor
US3743926A (en) Fine linearity control in integral silicon transducers
US3320802A (en) Device for measuring force
RU2795669C1 (en) Strain gauge force sensor
CN219391196U (en) Axial force measuring ring device based on optical fiber sensing technology
RU2804254C1 (en) Strain gauge force sensor
KR100778386B1 (en) Load sensor with multiple measuring ranges
CN211085530U (en) Bending-resistant static torque sensor and bending-resistant static torque sensor system
RU2175117C1 (en) Sensor for measurement of longitudinal force