Изобретение относитс к силоизмерительной технике и может быть использовано дл точного измерени усилий. Известны тензорезисторные датчики силы, содержащие осесимметричный упругий злемент в виде тела вращени с сЯлопреобразукщим звеном в фор ме пластины, кольца или оболочки и вьтолненные за одно целое или жест ко соединенные с ним концентрические подрезисторные кольца с расположенными на них тензорезисторами.При этом толщина осевого сечени колец посто нна вдоль оси lj и 2J . Принцип работы таких датчиков сил основан на том, что при приложении, осевой нагрузки их деформаци преобразуетс в деформацию подрезисторных колец и расположенньк на них тензорезисторов . При этом точность измере ни усили тем вьпие, чем больше чувствительность упругого элемента при прочих равных услови х, т.е. чем больше деформаци тензорезисторов при одном и том же напр женнодеформированном состо нии упругого . элемента. В упругих элементах, содержащих концентрические подрезисторные кольца , повышение: чувствительности возможно путем увеличени высоты колец и соответствующего отдалени тензорезисторов от нейтральной плоскости изгибаемого силопреобразующего звена упругого элемента. Однако такое увеличение возможно лишь в определенных, довольно неболь ших пределах в св зи с тем, что при дальнейшем увеличении высоты кольца из-за прогиба его консольного участка приращение радиальной деформации уменьшаетс , а увеличение высоты кольца значительно повышает жесткость упругого элемента, что ведет к снижению его чувствительности. В обо их случа х дл достижени адекватной величины рабочего коэффициента передачи необходимо увеличить деформацию упругого элемента,- что влечет за собой повышение уровн напр жений в нем и ухудшение метрологически характеристик. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство, в котором подрезисторные кольца упругого элемента имеют осевое сечение , уменьшающеес к периферийному торцу з . На фиг. 1 представлена деформаци подрезисторных колец раст жений АС и сжати АВ при различном исполнении осевого сечрни колец. В упругих элементах, у которых подрезисторные кольца имеют посто нную толщину, форма упругой линии их осевого сечени изображена кривыми АВ и АС,. Из-за прогиба консольного участка кольца (фиг. 1) его радиальна деформаци ЛR, значительно меньше радиального перемещени (R. нормалей АВ, и АС, а относительно пр молинейный участок кольца ограничен небольшой высотой Л Н, В упругом элементе, подрезисторные кольца которого имеют осевое сечение, уменьшающеес к периферийному торцу, упругие линии осевого сечени АВ2 и АС обеспечивают большую радиальную деформацию j R и имеют больший относительно пр молинейный участбк , однако сохран ют присущие кольцам пос-т-о нного сечени недостатки, обусловленные прогибом их сечени . Цель изобретени - повышение чувствительности и точности тензорезисторных датчиков силы. Указанна цель достигаетс тем, что в тензорезисторном датчике силы, содержащем осесимметричный упругий элемент в виде тела вращени с силопреобразующим звеном в форме пластины , кольца или оболочки и выполненные за одно целое концентрические подрезисторные кольца с расположенными на них тензорезисторами, средний диаметр подрезисторных колец равен 0,3-1,0 наружного диаметра силопреобразующего звена, а толщина осевого сечени подрезисторных колец h(z) на произвольной высоте Z от верши.ны кольца определ етс соотношением h(z) а(|) , где а - толщина осевого сечени подрезисторного кольца в вершине, мм; b - толщина осевого сечени подрезисторного кольца в основании, мм; Н - высота подрезисторного х кольца, мм; z - высота сечени , перпендикул рного оси от вершины коль ца, мм, при этом отношение толщины осевого сечени подрезкеторных колец в осно вании к тал1цине того же сечени в вершине не менее двух. Оптимальной вл етс форма упругой линии сечени колец, совпадающа с лини ми ABj и ACj - норма- л ми к нейтральной плоскости изогнутой ш1астины.Все это можно отнес ти к любым осесимметричным упругим элементам с силопередающим звеном в виде тела вращени (кольцо, оболочка цилиндрическа , коническа и т.д.), рассматрива собственную деформацию подрезисторных колец от воздействи СИЛОВЬЕХ факторов, замен ющих остальную часть упругого элемента. Требованию совпадени упругой линии с нормал №1 ABj и ACj отвечаю кольца равных углов поворота поперечных сечений, т.е. такие кольца, у которых в деформированном состо нии все поперечные сечени на любой высоте кольца имеют практически оди наковые углы поворота. Определение конструктивных параметров таких колец осуществл етс н основании известных зависимостей. Пример. Так как рассматрива мые подрезисторные кольца представл ют собой цилиндрическую оболочку с осевым сечением переменной толщины , то дифференциальное уравнение изгиба такой оболочки имеет вид EhMz) , 1 Ч-,/ 12() dz2J где - коэффициент Пуансона матери ала подрезисторного кольца; Е - модуль упругости 1 рода материала подрезисторного кол Ца; R - средний радиус; h(i) - толшина на произвольной выс те кольца; q - интенсивность эквивалентной нагрузки. Так как в реальньк конструкци х подрезисторных колец «1, то вторым членом в (1) можно пренебреч и уравнение будет эквивалентно осно ному дифференциальному уравнению упругой линии стержн переменного 0 сечени hCz) при изгибе, а угол его поворота будет равен 12(1-: )M H- с (2) где Cp - угол поворЪта сечени ; В - ширина сечени . Дл оболочки равных углов поворота должно соблюдатьс условие Так как в выражении (2) от / зависит только подинтеграпьна функии , то дл соблюдени условий (3) эта функци F(z) на всем прот жении t должна быть практически посто нной, а ее производна не должна обращатьс в нуль. Таким услови м удовлетвор ет функци 2 Н ch А ().,, 3/13- Т arctge(5) F(z) при (:Уэ;- 2. Продифференцировав (5) и подставив его в (4), после соответствующих преобразований получаем h(.l-a(l Таким образом, параметры подрезисторного кольца в виде оболочки равных углов поворота определ ютс зависимостью (6). Такие кольца обеспечивают оптимальную реализацию напр женно-деформированного состо ни упругого элемента.в деформацию тёнзорезисторов. Смысловое значение параметров а, b и Н представлено на фиг. 2(а,б) на фиг. 3(а,б) приведены примеры конкретного выполнени силоизмерительных элементов дл датчиков по насто щему изобретению. . Подрезисторные кольца 1 и 2 могут располагатьс на торце силопре образующего звена (фиг. За) или на его наружном диаметре (фиг. Зб, поз. 1 и 2). Возьюжно также и комбинированное сочетание - на торце и наружном диаметре (фиг. 36, поз. 1 и 2 ) , На фиг. 3 сипопреобразующее звено 3 вьшолиено в виде пластины, однако 511 все изложенное относитс и к другой осесимметричной форме силопреобразую щего эвена в виде тела вращени , натфимер кольца, оболочки цилиндрической , конической и т.д.. Во всех этих случа х независимо от формы силопреобразующего звена в виде тела вращени в датчике реализуютс все изложенные достоинства под- -MThis invention relates to load measuring technique and can be used to accurately measure force. Tension resistant force sensors containing an axisymmetric elastic element in the form of a body of rotation with a YD converting link in the form of a plate, a ring or a shell and integral with one another or rigidly connected to it concentric subresistor rings with strain gages located on them are known. constant along the lj axis and 2J. The principle of operation of such force sensors is based on the fact that when an axial load is applied, their deformation is transformed into the deformation of the subresistor rings and the strain gages located on them. At the same time, the accuracy of measurement is not so strong that the greater the sensitivity of the elastic element, all other conditions being equal, i.e. the greater the strain resistance of the strain gages with the same strain-induced elastic state. an item. In elastic elements containing concentric subresistor rings, the increase: sensitivity is possible by increasing the height of the rings and the corresponding distance of the strain gauges from the neutral plane of the flexible force-reversing element of the elastic element. However, such an increase is possible only in certain, rather small limits due to the fact that with a further increase in the height of the ring due to the deflection of its cantilever portion, the increment of radial deformation decreases, and an increase in the height of the ring significantly increases the rigidity of the elastic element, which leads to a decrease in his sensitivity. In both cases, in order to achieve an adequate value of the working transfer coefficient, it is necessary to increase the deformation of the elastic element, which entails an increase in the level of stresses in it and a deterioration in metrological characteristics. . The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device in which the subresistor rings of the elastic element have an axial section that decreases towards the peripheral end of the h. FIG. Figure 1 shows the deformation of the subresistor rings of the AC stretch and compression AB with different versions of the axial section of the rings. In elastic elements, in which the subresistor rings have a constant thickness, the shape of the elastic line of their axial section is depicted by curves AB and AC ,. Due to the deflection of the cantilever section of the ring (Fig. 1), its radial deformation LR is significantly less than the radial displacement (R. normals AB, and AC, and the relatively straight line portion of the ring is limited to a small height LN, In an elastic element, the resistor rings of which have The axial section, which decreases towards the peripheral end, the elastic lines of the axial section AB2 and AC, provide a large radial deformation j R and have a larger relatively straight line section, however, the inherent section defects are retained, The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of the strain gauge force sensors. This goal is achieved in that the strain gauge force sensor containing an axisymmetric elastic element in the form of a body of rotation with a force-transforming link in the form of a plate, ring or shell and made as one piece concentric subresistor rings with strain gages located on them, the average diameter of the subresistor rings is 0.3-1.0 of the outer diameter of the transducer link, and the thickness of the core The cross section of the subresistor rings h (z) at an arbitrary height Z from the top of the ring is determined by the relation h (z) a (|), where a is the axial section thickness of the subresistor ring at the apex, mm; b is the thickness of the axial section of the subresistor ring at the base, mm; H - the height of the subresistor x ring, mm; z is the height of the cross section perpendicular to the axis from the top of the ring, mm, while the ratio of the thickness of the axial section of the cutter rings in the base to the talcin of the same section at the top is not less than two. The optimum is the shape of the elastic line of the section of the rings, which coincides with the lines ABj and ACj - normals to the neutral plane of the curved wristleins. All this can be attributed to any axisymmetric elastic elements with a body of rotation in the form of a body of revolution (ring, shell cylindrical, conical, etc.), considering the intrinsic deformation of the subresistor rings due to the influence of POWER factors replacing the rest of the elastic element. The requirement for the elastic line to coincide with the normal No. 1 ABj and ACj is answered by rings of equal angles of rotation of the cross sections, i.e. such rings, in which, in the deformed state, all cross sections at any height of the ring have almost the same angles of rotation. The design parameters of such rings are determined on the basis of known dependencies. Example. Since the considered subresistor rings are a cylindrical shell with an axial cross section of variable thickness, the differential bending equation for such a shell is EhMz), 1 H -, / 12 () dz2J where is the Punch coefficient of the material of the subresistor ring; E is the modulus of elasticity of the 1st kind of material of the subresistor count Ca; R is the average radius; h (i) is the thickness at an arbitrary height of the ring; q is the intensity of the equivalent load. Since in the real structures of the subresistor rings “1, the second term in (1) can be neglected and the equation will be equivalent to the basic differential equation of the elastic line of a rod of variable 0 section hCz) when bending, and its angle of rotation will be 12 (1-: ) M H- с (2) where Cp is the angle of rotation of the section; B is the width of the section. For a shell of equal angles of rotation, the condition must be met. Since in expression (2) only the integrand functions depend on /, to satisfy conditions (3), this function F (z) should be almost constant throughout t, and its derivative must be zero. Such conditions are satisfied by the function 2H ch A (). ,, 3/13-T arctge (5) F (z) with (: Ue; - 2. Differentiating (5) and substituting it into (4), after the corresponding transformations, we obtain h (.la (l Thus, the parameters of the subresistor ring in the form of a shell of equal angles of rotation are determined by dependence (6). Such rings provide the optimal realization of the stress-strain state of the elastic element. in the strain gage resistance. The meaning of the parameters a, b and H are shown in Fig. 2 (a, b); Fig. 3 (a, b) shows examples of a specific embodiment with sensors for sensors of the present invention. The subresistor rings 1 and 2 can be located at the end of the silopreforming link (Fig. 3a) or on its outer diameter (Fig. 3B, pos. 1 and 2). at the end and outer diameter (fig. 36, pos. 1 and 2), in fig. 3, the cryptographic link 3 is molded in the form of a plate, however, 511 everything described also applies to another axisymmetric form of the force-transforming Even in the form of a body of rotation, a natfimer of a ring, shell cylindrical, conical, etc .. In all In these cases, regardless of the form of the force-transforming link in the form of a body of revolution, all the described advantages of sub-M are realized in the sensor.
Фиг. 2 l резисторных колец равных углов поворота . Кроме того, параметры подрезисторных колец, определенные по зависимости (6), достаточно точно поддаютс аппроксимации дугами окружностей (фиг. 2б) соответствующего радиуса, что упрощает технологию их изготовлени .FIG. 2 l resistor rings of equal angles of rotation. In addition, the parameters of the subresistor rings, defined by the relation (6), are quite accurately approximated by circular arcs (Fig. 2b) of the corresponding radius, which simplifies the technology of their manufacture.