SU1550339A1 - Чувствительный элемент - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  точного измерени  усилий или крут щих моментов. Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение функциональных возможностей. Чувствительный элемент содержит упругий стержень 1, на боковой поверхности которого под углом меньше 20° к его оси выполнена многозаходна  нарезка 2 с глубиной, равной 1,5 - 2 диаметрам тензопроволоки. В нарезке навита с предварительным нат гом тензопроволока, образующа  тензорезисторы сжати  3, 4. На той же боковой поверхности над нарезкой навита тензопроволока, образующа  тензорезисторы раст жени  5, 6. При приложении силы P вдоль оси упорного стержн  он деформируетс  совместно с тензорезисторами так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаютс , а тензорезисторы 5, 6 раст гиваютс . На упругом стержне, на его боковой воерхности, может быть выполнена многозаходные права  и лева  нарезки. При этом угол нарезки равен 45°. Использование трехслойного расположени  тензорезисторов увеличивает чувствительность упругого стержн . Стержень ослаблен с помощью внутреннего отверсти , использование навиваемых тензоризисторов и отверсти  в стержне дает возможность измерени  крут щего момента. Дл  измерени  малых значений сил к торцам упругого стержн  присоединены рычаги. С их помощью усилие трансформируетс  в крут щий момент, который закручивает стержень. Величина получаемого сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. 4 З.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к силоизмерительной технике и может быть использовано дл  точного измерени  усилий или крут щих моментов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение функцио- нальных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображен чувствительный

1 г О

элемент с углом нарезки 15 5 на фиг. 2 - то же, с углом нарезки 45 ,

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент, состо щий из упругого стержн  1, в котором выполнена на его боковой поверхности под углом V5° к его оси многозаходна  нарезка 2. Глубина нарезки 1,5-2 диаметра тензоре- зисторной проволоки. Навита  с предварительным нат гом тензорезисторна  проволока, расположенна  в многоза- ходной нарезке, образует тензорезисторы 3, 4 сжати . Навита  с предвари- тельным нат гом на боковой поверхности упругого стержн  тензорезисторна  проволока образует тензорезисторы 5, 6 раст жени . Этот силочувствительный элемент предназначен дл  измерени  больших осевых усилий (свыше 1000кН).

На фиг, 2 изображен чувствительный элемент, состо щий из упругого стержн  7, в котором выполнены на одной и той же его боковой поверхности под углом 45° к оси многозаходные права  8 и лева  9 нарезки. Причем глубина одной нарезки больше другой на 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки. Навита  с предварительным нат гом тензорезисторна  проволока, располо- Жённа  в правой многозаходной нарезке , образует тензорезисторы раст жени  10 - 13, а в левой - сжати  14-17

Чувствительный элемент (фиг. 1) работает следующим образом.

Вдоль оси упругого стержн  действует усилие. Упругий стержень совместно с тензорезисторами деформируетс  так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаютс , а 5, 6 раст гиваютс . Это приводит к разбалансу электрического моста , величина которого пропорциональна измер емому усилию. Выполнение многозаходной нарезки под углом менее 20° к оси упругого стержн  способствует уменьшению вли ни  напр жений, раст гивающих тензорезисторы сжати . Выполнение навивки тензорезисторов раст жени  с малым шагом навивки проволоки способствует уменьшению вли ни  напр жений, сжимающих тензорезисторы раст жени , так как диаметр тензорезисторной проволоки очень мал.

Чувствительный элемент, предназначенный дл  измерени  больших осевых усилий (свыше 1000 кН), с увеличенным значением электрического сигнала изображен на фиг. 1 (лева  нарезка не показана). Расположение тензорезисторной проволоки в этом случае по сн етс  разрезами А-А, приведенными на фиг. 1 и 2. Воздействующее усилие Р деформирует упругий элемент, Тензорезисторы, расположенные в левой нарезке, сжимаютс  так же, как расположенные в правой нарезке, причем получаем удвоенное значение приращени  электрического сигнала за счет только одного плеча мостика Уин- стона, в который включены эти тензорезисторы сжати . Это позвол ет увеличить длину тензорезисторов 5 и 6 раст жени  фиг. 1, Поэтому в данном

случае получаем повышенное значение величины электрического сигнала за счет более полного использовани  деформации этой поверхности.

Силочувствительный элемент (фиг.2) работает следующим образом.

К торцам упругого стержн  приложены одинаковые и разнонаправленные

и под действием малых усилий (менее 10 кН), Выполнение упругого стержн  полым будет способствовать увеличению податливости чувствительного ле- мента, следовательно, увеличению электрического сигнала. Это эквивалентно снижению величины приложенного усили . Использование большей части

крут щие моменты, под действием кото- JQ деформируемой поверхности дл  измерерых происходит его закручивание. Это приводит к дополнительному раст жению тензорезисторов 14 - 17 и уменьшению раст гивающих напр жений тензорезисторов 10-13 (они навиты с предвари- 15 Резки незначительна, так как тензотельным нат гом), что приводит к разбалансу электрического моста, величина которого пропорциональна измер емому крут щему моменту. Повышение величины электрического сигнала в данном случае также происходит из-за использовани  многозаходной винтовой нарезки, так как при этом длина тен- зорезисторной деформируемой проволоки увеличиваетс  пропорционально количеству нарезок. Поэтому дл  измерени  больших крут щих моментов будем полу- чать достаточную величину электрического сигнала, что расширит функциональные возможности чувствительного элемента.

Чувствительный элемент, предназначенный дл  измерени  крут щих моментов уменьшенной величины, приведен на фиг. 2 (внутреннее цилиндрическое отверстие не-показано). К торцам упругого стержн  приложены одинаковые и разнонаправленные крут щие моменты, под действием которых происходит его закручивание. Так как в упругом стержне выполнена полость, то при приложении крут щих моментов малой величины будем получать достаточной величины электрический сигнал. При этом точность измерени  будет высока .

Чувствительный элемент, предназначенный дл  измерени  малых усилий, изображен на фиг. 2 (силовоспринимаю- щие рычаги и внутреннее отверстие в

резисторна  проволока, как правило, имеет диаметр 20 мк. Поэтому концентрации напр жений вблизи нарезки не происходит. Это позвол ет использо20 вать чувствительный элемент дл  измерени  больших усилий.

В случае использовани  трехслойного расположени  тензорезисторов достигаетс  значительное увеличение

25 чувствительности упругого стержн , а также увеличиваетс  коэффициент использовани  поверхности чувствительного элемента.

Использование правой и левой разЗо новысотной нарезки малой глубины, различие составл ет 1,5-2,0 диаметра тензорезисторной проволоки, способствует более полному использованию дл  измерени  боковой поверхности упруго35

40

45

го стержн , Тензорезисторы в этом случае располагаютс  строго под 45° к оси стержн , что увеличивает точность измерени .

Совокупное использование навиваемых тензорезисторов на упругий стержень и его ослабление с помощью внутреннего отверсти  позвол ет измер ть крут щие моменты малой величины с большой точностью.

Использование рычагов, присоединенных к концам полого упругого стержн , на котором выполнены многозаходна  лева  и права  разновысотна  нарезка , в которой с предварительным

упругом стержне не показаны). С помо- 50 нат гом расположена тензорезисторна  щью рычагов, соединенных с концами проволока, дает возможность измерени 

динамических усилий малой величины

упругого полого стержн , перпендикул рно его оси, усилие трансформируетс  в крут щий момент, который и закручивает этот стержень. Величина получаемого электрического сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. Поэтому этот чувствительный элемент будет закручиватьс 

55

(менее 10 кН).

Чувствительный элемент в зависимости от нового конструктивного выполнени  может быть использован дл  измерени  как больших, так и малых усилий и крут щих моментов, что  вл етс  расширением функциональных возни  достигаетс  тем, что на боковой поверхности упругого элемента выполнена многозаходна  нарезка под углом, меньшим 20 , к его оси. Глубина нарезисторна  проволока, как правило, имеет диаметр 20 мк. Поэтому концентрации напр жений вблизи нарезки не происходит. Это позвол ет использовать чувствительный элемент дл  измерени  больших усилий.

В случае использовани  трехслойного расположени  тензорезисторов достигаетс  значительное увеличение

чувствительности упругого стержн , а также увеличиваетс  коэффициент использовани  поверхности чувствительного элемента.

Использование правой и левой разновысотной нарезки малой глубины, различие составл ет 1,5-2,0 диаметра тензорезисторной проволоки, способствует более полному использованию дл  измерени  боковой поверхности упруго

го стержн , Тензорезисторы в этом случае располагаютс  строго под 45° к оси стержн , что увеличивает точность измерени .

Совокупное использование навиваемых тензорезисторов на упругий стержень и его ослабление с помощью внутреннего отверсти  позвол ет измер ть крут щие моменты малой величины с большой точностью.

Использование рычагов, присоединенных к концам полого упругого стержн , на котором выполнены многозаходна  лева  и права  разновысотна  нарезка , в которой с предварительным

(менее 10 кН).

Чувствительный элемент в зависимости от нового конструктивного выполнени  может быть использован дл  измерени  как больших, так и малых усилий и крут щих моментов, что  вл етс  расширением функциональных возможноетей с повышением точности их i измерений.

Claims (5)

1.Чувствительный элемент, содержащий упругий цилиндрический стержень на боковой поверхности которого закреплены тензорезисторы сжати , о т - личающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  и расширени  диапазона измерени , в него введены тензорезисторы раст жени , которые, как и тензорезисторы сжати , выполнены из тензорезисторной проволоки , а на боковой поверхности сжати  под углом к его оси выполнена много- заходна  нарезка, в которой с нат гом размещена тензорезисторна  проволока сжати , над которой с нат гом навита тензорезисторна  проволока раст жени .

2.Элемент по п. отличающийс  тем, что нарезка выполнена

разнонаправленной под углом менее 20 а глубина первой нарезки больше второй на 1,5 - 2 диаметра тензорезисторной проволоки.

3. Элемент попп. 1и2,отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей за счет измерени  крут щего момента , нарезка выполнена под углом 45°, причем тензорезисторна  проволока , расположенна  в правой нарезке, образует тензорезисторы раст жени , а в левой - сжати ,

4.Элемент по п. 3, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности измерени , упругий стержень выполнен полым,

5.Элемент по п. 4, отличающийс  тем, что оба конца упругого стержн  снабжены рычагами одинаковой длины и расположенными перпендикул рно его оси.