RU2819553C1 - Strain gage force sensor - Google Patents
Strain gage force sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819553C1 RU2819553C1 RU2024100396A RU2024100396A RU2819553C1 RU 2819553 C1 RU2819553 C1 RU 2819553C1 RU 2024100396 A RU2024100396 A RU 2024100396A RU 2024100396 A RU2024100396 A RU 2024100396A RU 2819553 C1 RU2819553 C1 RU 2819553C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- force
- bridges
- hemisphere
- elastic element
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно - к датчикам (Д) для измерения веса и силы.The invention relates to measuring technology, and specifically to sensors (D) for measuring weight and force.
Известен тензорезисторный датчик силы (ТДС), содержащий упругий элемент (УЭ) в форме мембраны, на которой закреплен мост тензорезисторов (TP) [1]. Недостатки подобных Д состоят в том, что они имеют значительные погрешности нелинейности и гистерезиса, обусловленные натягом срединной поверхности мембраны.A strain gauge force sensor (TSF) is known, containing an elastic element (UE) in the form of a membrane on which a strain gauge bridge (TP) is attached [1]. The disadvantages of such D are that they have significant nonlinearity and hysteresis errors caused by the tension of the middle surface of the membrane.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ТДС, содержащий УЭ в виде профилированной мембраны [2]. У таких Д улучшена линейность характеристики за счет выравнивания поля деформации мембраны. К недостаткам следует отнести сложность наклейки TP на изогнутые поверхности мембраны и слабо фильтруемые погрешности от паразитных поперечных сил.The closest in technical essence to the proposed invention is a TDS containing UE in the form of a profiled membrane [2]. For such D, the linearity of the characteristic is improved by leveling the deformation field of the membrane. Disadvantages include the difficulty of sticking TP onto curved membrane surfaces and poorly filtered errors from parasitic shear forces.
Цели изобретения - упрощение наклейки и повышение точности расположения TP на мембране, повышение точности и надежности измерений за счет возможности наклейки двух мостов TP и включения в конструкцию Д двух силоприемных полусфер и силопередающего штока, фильтрующих паразитные поперечные силы, а также за счет снижения температурных погрешностей «нуля» и чувствительности путем изготовления основных элементов Д из одной марки стали.The objectives of the invention are to simplify the sticker and increase the accuracy of the location of the TP on the membrane, increase the accuracy and reliability of measurements due to the possibility of sticking two TP bridges and the inclusion in the design D of two force-receiving hemispheres and a force-transmitting rod that filter parasitic transverse forces, as well as by reducing temperature errors " zero" and sensitivity by manufacturing the main elements D from the same grade of steel.
Поставленные цели достигаются тем, что УЭ снабжен двумя мостами TP и силовым штоком, который упирается в первую силоприемную полусферу, а цилиндрическая опора упругого элемента опирается на вторую силоприемную полусферу. В опоре, для исключения влияния на точность Д растяжения срединной поверхности мембраны, с помощью двух глухих, кольцевых, встречно-направленных проточек, сформирован упругий шарнир. А также тем, что каждый мост в форме протяженных цепочек последовательно расположенных TP закреплен на прямоугольной изолирующей подложке, подложки закреплены на плоской поверхности мембраны во взаимно-перпендикулярных направлениях, при этом TP, точно зафиксированные на подложке, при ее закреплении на мембране точно располагаются на ней в зонах с равными величинами радиальных напряжений различных знаков, формирующихся из-за расчетного профиля второй стороны мембраны. А также тем, что упругий элемент и две силоприемные полусферы изготовлены из одной марки стали. На Фиг. 1 показан разрез Д, где Р - измеряемая сила. На Фиг. 2 - схема расположения мостов TP на мембране. На Фиг. 3 - схема нагружения плоской мембраны диаметром D, постоянной толщины h const силой Р, а также эпюра изгибающих моментов На Фиг. 4 - схема нагружения профилированной мембраны диаметром D переменной толщины силой Р и эпюра изгибающих моментов На Фиг. 5 - электрическая схема Д, где R1, R2, R3, R4 - сопротивления TP в мостовой схеме, (1-3) - клеммы для подачи напряжения питания, (2-4) - клеммы для регистрации выходного сигнала.The set goals are achieved by the fact that the UE is equipped with two TP bridges and a power rod, which rests on the first force-receiving hemisphere, and the cylindrical support of the elastic element rests on the second force-receiving hemisphere. In the support, to eliminate the effect on the accuracy of D of stretching the middle surface of the membrane, an elastic hinge is formed using two blind, annular, counter-directional grooves. And also by the fact that each bridge in the form of extended chains of sequentially located TP is fixed on a rectangular insulating substrate, the substrates are fixed on the flat surface of the membrane in mutually perpendicular directions, while the TP, precisely fixed on the substrate, when fixed to the membrane, are precisely located on it in zones with equal values of radial stresses of different signs, formed due to the calculated profile of the second side of the membrane. And also by the fact that the elastic element and two force-receiving hemispheres are made of the same grade of steel. In FIG. Figure 1 shows section D, where P is the measured force. In FIG. 2 - diagram of the arrangement of TP bridges on the membrane. In FIG. 3 - diagram of loading of a flat membrane with diameter D, constant thickness h const by force P, as well as a diagram of bending moments In FIG. 4 - loading diagram of a profiled membrane with a diameter D of variable thickness force P and diagram of bending moments In FIG. 5 - electrical diagram D, where R1, R2, R3, R4 are TP resistances in the bridge circuit, (1-3) - terminals for supplying supply voltage, (2-4) - terminals for recording the output signal.
Обозначения, принятые на фигурах: 1 - мембранный УЭ; 2 - силовой шток; 3,4 - мосты TP; 5 - верхняя полусфера радиуса 6 - нижняя полусфера радиуса 7 - глухие, кольцевые, встречно - направленные проточки; 8 - подложки двух мостов TP; 9 - глухие отверстия в полусферах под ключ для их прикручивания к УЭ; 10 - герметизирующие прокладки - уплотнения; 11 - электрические разъемы: вых. 1, вых. 2; 12 - переходная колодка для распайки выводов от тензорезисторов и проводов к разъемам. Датчик работает следующим образом: при подаче на диагональ моста (1-3) напряжения питания и нагружении датчика силой Р, на выходной диагонали (2-4) формируется выходной сигнал пропорциональный измеряемой силе.Designations adopted in the figures: 1 - membrane UE; 2 - power rod; 3,4 - TP bridges; 5 - upper hemisphere radius 6 - lower hemisphere radius 7 - blind, circular, counter-directed grooves; 8 - substrates of two TP bridges; 9 - blind holes in the hemispheres on a turnkey basis for screwing them to the UE; 10 - sealing gaskets - seals; 11 - electrical connectors: out. 1, out. 2; 12 - adapter block for wiring leads from strain gauges and wires to connectors. The sensor operates as follows: when supply voltage is applied to the bridge diagonal (1-3) and the sensor is loaded with force P, an output signal proportional to the measured force is generated on the output diagonal (2-4).
Предлагаемая конструкция ТДС позволяет повысить надежность и точность измерений за счет использования двух мостов на мембране и упростить точную наклейку TP в зонах равных механических напряжений разных знаков, а также снизить температурный дрейф «нуля» и температурные изменения чувствительности за счет изготовления основных элементов Д из одной марки стали.The proposed design of the TDS makes it possible to increase the reliability and accuracy of measurements through the use of two bridges on the membrane and to simplify the precise sticking of TP in zones of equal mechanical stresses of different signs, as well as to reduce the temperature drift of the “zero” and temperature changes in sensitivity due to the manufacture of the main elements D from the same brand become.
Источники информации, принятые автором при экспертизе:Sources of information accepted by the author during the examination:
1. Пат США №3095551 кл. 338-5, дата публ. 25.06.63.1. US Pat. No. 3095551 cl. 338-5, publ. 06.25.63.
2. Пат США №3213400 Кл.338-5, дата публ. 25.06.63.2. US Pat. No. 3213400 Cl. 338-5, publ. date. 06.25.63.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2819553C1 true RU2819553C1 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA28316A (en) * | 1996-06-05 | 2000-10-16 | Технічний Науково-Виробничий Центр "Том" | Tensio-resistor force transducer |
CN1982860A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-20 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Three-dimensional finger force sensor and information acquisition method thereof |
RU124796U1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-02-10 | Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М" | TENZORESISTERNY MEMBRANE SENSOR OF WEIGHT AND POWER |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
UA28316A (en) * | 1996-06-05 | 2000-10-16 | Технічний Науково-Виробничий Центр "Том" | Tensio-resistor force transducer |
CN1982860A (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-20 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Three-dimensional finger force sensor and information acquisition method thereof |
RU124796U1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-02-10 | Закрытое Акционерное Общество "Весоизмерительная Компания "Тензо-М" | TENZORESISTERNY MEMBRANE SENSOR OF WEIGHT AND POWER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20010086253A (en) | Tensile testing sensor for measuring mechanical jamming deformations on first installation and automatic calibrating based on said jamming | |
US3411348A (en) | Electronic dynamometer | |
ATE47227T1 (en) | PIEZORESISTIVE FORCE MEASUREMENT ELEMENT AND ITS USE FOR DETERMINING FORCES ACTING ON A COMPONENT. | |
RU2819553C1 (en) | Strain gage force sensor | |
Wang et al. | Characterization of a silicon-based shear-force sensor on human subjects | |
JPH06347284A (en) | Strain gauge type converter and initial value variation detecting method thereof | |
RU2795669C1 (en) | Strain gauge force sensor | |
Heywood et al. | Tri-axial plantar pressure sensor: design, calibration and characterization | |
RU2135976C1 (en) | Device for measuring constituents of traction force of jet engine | |
KIEFFER | Analysis of Creep Behavior of Bending Beam Load Cell | |
SU568854A1 (en) | Dynamometer | |
RU2803392C1 (en) | Strain gauge force sensor | |
JPS63228037A (en) | Force measuring device | |
SU1566235A1 (en) | Dynamometer | |
RU2231023C1 (en) | Method of manufacture of strain-gauge sensitive elements | |
Chahmi | Study and realization of a torque measurement sensor based on strain gauges dedicated to bending and torsion | |
SU1490515A1 (en) | Device for measuring pressure | |
Li et al. | A contact stress sensor based on strain gauge | |
SU1605146A1 (en) | Pressure transducer | |
RU2425326C1 (en) | Load meter | |
Leijen | Low-cost silicon-based resistive load cell suitable for asymmetric loads | |
SU694777A1 (en) | Elastic member of a force transducer | |
RU59801U1 (en) | UNIVERSAL REFERENCE ELECTRIC DYNOMETER WITH A NAMED SCALE | |
RU2222788C2 (en) | Transducer measuring vibration movements | |
SU994937A1 (en) | Strain-gauge resistor pickup of force |