SU1723467A1

SU1723467A1 - Force measuring device

Info

Publication number: SU1723467A1
Application number: SU894727409A
Authority: SU
Inventors: Михаил Анатольевич Шушаков; Юрий Андреевич Киселев; Анатолий Васильевич Назаренко; Юрий Юрьевич Кучин; Алексей Леонидович Долгин; Владимир Николаевич Пануровский; Людмила Павловна Колинко
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к силоизмери- тельной технике. Цель изобретени - повышение точности. Устройство содержит размещенные в корпусе упругий элемент 1, выполненный в виде П-образного кольца, разрезанного по радиусу на сегменты, внутренним диаметром св занного с силоввод - щим элементом 2, а наружным -. с опорным элементом 3, который выполнен в виде кольцевой призмы, св занной с корпусом, измеритель деформации, выполненный в виде дифференциального емкостного датчика, два потенциальных электрода 5 и 6 которого закреплены на опорном элементе, а третий токовый 4 - на силоввод щем, и преобразователь емкости в аналоговый сигнал, который выполнен в виде генератора пр моугольных импульсов, усилител напр жени и синхронного детектора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The invention relates to load measuring technology. The purpose of the invention is to improve accuracy. The device contains resilient element 1 placed in a housing, made in the form of a U-shaped ring, cut radially into segments, with an inner diameter connected with force diverter 2, and the outer diameter. with the supporting element 3, which is made in the form of an annular prism connected to the housing, a strain gauge, made in the form of a differential capacitive sensor, two potential electrodes 5 and 6 of which are fixed to the supporting element, and the third current 4 on the drive driver, and the converter capacitance to an analog signal, which is made in the form of a square pulse generator, voltage amplifier and synchronous detector. 1 hp f-ly, 3 ill.

Description

Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано в весост- роении и силоизмерительной технике.The invention relates to instrument making and can be used in weight building and load measuring equipment.

Известен емкостный датчик силы с мембранным упругим элементом и дифферен- циальным емкостным преобразователем перемещений.A capacitive force sensor with a membrane elastic element and a differential capacitive displacement transducer is known.

Недостатком данного датчика вл етс уменьшение его чувствительности из-за вли ни емкости кабел , величина которой соизмерима с емкостью самого преобразовател . При этом возникают дополнительные погрешности измерени за счет изменени емкости кабел , например, в результате температурного воздействи или механического перемещени .The disadvantage of this sensor is a decrease in its sensitivity due to the influence of the cable capacitance, the value of which is commensurate with the capacitance of the converter itself. This results in additional measurement errors due to a change in the cable capacitance, for example, as a result of temperature effects or mechanical movement.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс тензорези- сторный датчик силы, содержащий размещенный в корпусе упругий элемент, выполненный в виде тела вращени и содержащий силоввод щую и опорную части, сопр женные с несущим кольцом, на концентрических выступах которого размещены тензорезисторы, цилиндрическими оболочками, кажда из которых образована парой направленных противоположно одна другой соосных проточек, причем силовво- д ща часть соединена с корпусом мембраной . Преимуществами этого датчика вл ютс его осесимметричность и уменьшение габаритных размеров.The closest to the proposed technical entity is a strain gauge force sensor, which contains an elastic element placed in a housing, made in the form of a body of rotation and containing a force-guiding and supporting parts, conjugated with a supporting ring, on concentric projections of which strain-gauges are placed, cylindrical shells , each of which is formed by a pair of oppositely aligned one another coaxial grooves, with the force-bearing part connected to the body by a membrane. The advantages of this sensor are its axisymmetry and reduction in overall dimensions.

К недостаткам известного датчика относ тс погрешности измерений от наличи сухого трени между проволокой тензоре- зистора и поверхностью подрезисторного кольца, а также в зоне контакта упругого элемента с корпусом датчика от провисани проволоки тензорезисторов.The disadvantages of the known sensor include measurement errors from the presence of dry friction between the strain gauge wire and the surface of the subresistor ring, as well as in the contact zone of the elastic element with the sensor body from sagging the strain gauge wires.

Цель изобретени - повышение точно- сти измерений.The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy.

В сравнении с прототипом в предлагаемом .силоизмерительном устройстве упругий элемент выполнен в виде П-образного кольца, разрезанного по радиусу на сегмен- ты, внутренним диаметром св занного с си- ловвод щим элементом, а наружным - с опорным элементом, который выполнен в виде кольцевой призмы, св занной с корпусом , а измеритель деформации выполнен в виде дифференциального емкостного датчика , два электрода которого закреплены на опорном элементе; а третий - на силоввод - щем, и преобразовател емкости в аналоговый сигнал. Преобразователь емкости в аналоговый сигнал размещен в корпусе си- лоизмерительного устройства и выполнен в виде генератора пр моугольных импульсов, усилител и синхронного детектора, при этом потенциальные электроды дифференциального емкостного датчика подключены к генератору пр моугольных импульсов, токовый электрод - к усилителю напр жени , выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, соединенного вторым входом с генератором пр моугольных импульсов. Благодар наличию этих признаков отсутствуют погрешности от сухого трени , поскольку измерени деформации осуществл ютс бесконтактным методом, уменьшаютс погрешности силоввода и погрешности из-за вли ни соединительных проводов, т.е. повышаетс точность измерени .In comparison with the prototype in the proposed device, the elastic element is made in the form of a U-shaped ring, cut along the radius into segments, with an inner diameter associated with the power element, and the outer one with a supporting element, which is made as an annular a prism connected to the housing, and the strain gauge is made in the form of a differential capacitive sensor, the two electrodes of which are fixed on the supporting element; and the third is on the power driver, and a capacitance converter into an analog signal. A capacitance-to-analog converter is placed in the case of a measuring device and is designed as a square pulse generator, an amplifier and a synchronous detector, while the potential electrodes of a differential capacitive sensor are connected to a square pulse generator, and the current electrode is connected to a voltage amplifier, the output of which connected to the first input of a synchronous detector connected by a second input to a square pulse generator. Due to the presence of these signs, there are no errors due to dry friction, since strain measurements are carried out by the contactless method, the power input errors and errors due to the influence of connecting wires, i.e. measurement accuracy is improved.

На фиг.1 представлено предлагаемое силоизмерительное устройство; на фиг.2 - тоже, вид сверху; на фиг.З- схема преобразовател емкости в аналоговый сигнал.Figure 1 presents the proposed load device; figure 2 is also a top view; FIG. 3 is a diagram of a capacitance-to-analog converter.

Силоизмерительное устройство содержит упругий элемент 1, силоввод щий 2 и опорный 3 элементы, токовый электрод 4, установленный на силоввод щем элементе, потенциальные электроды 5 и б емкостного дифференциального датчика, закрепленные на опорном элементе, и преобразователь 7 емкости в аналоговый сигнал. Потенциальные электроды 5 и 6 емкостного дифференциального датчика подключены к выходу генератора 8 пр моугольных импульсов, а токовый электрод 4 датчика подключен к усилителю 9 напр жени , выход которого соединен с первым входом синхронного детектора 10, второй вход которого соединен с выходом генератора пр моугольных импульсов .The force-measuring device contains an elastic element 1, a power supply 2 and a reference 3 elements, a current electrode 4 mounted on the power input element, potential electrodes 5 and a b capacitive differential sensor mounted on the support element, and a converter 7 of the capacitance into an analog signal. Potential electrodes 5 and 6 of a capacitive differential sensor are connected to the generator output 8 rectangular pulses, and the current electrode 4 of the sensor is connected to a voltage amplifier 9, the output of which is connected to the first input of the synchronous detector 10, the second input of which is connected to the output of the square pulse generator.

Силоизмерительное устройство работает следующим образом.Load device operates as follows.

Осевое усилие F, приложенное к сило- измерительному устройству, деформирует упругий элемент 1, что вызывает осадку устройства . Зазор между электродами 4 и 6 уменьшаетс , а между электродами 4 и 5 - увеличиваетс . Полученна в результате этого разность падений напр жений на емкост х электродов поступает на усилитель 9, а с него - на первый вход синхронного детектора 10, на другой вход которого поступает напр жение управлени от генератора 8 пр моугольных импульсов. Унифицированный выходной сигнал синхронного детектора (значением 0-10В)подаетс на стандартный цифровой вольтметр.The axial force F applied to the metering device deforms the elastic element 1, which causes the device to settle. The gap between the electrodes 4 and 6 is reduced, and between the electrodes 4 and 5 is increased. The resulting difference in voltage drops across the capacitances of the electrodes is fed to the amplifier 9, and from there to the first input of the synchronous detector 10, to the other input of which the control voltage is supplied from the generator 8 of rectangular pulses. The unified output of the synchronous detector (value 0-10V) is fed to a standard digital voltmeter.

Формул а изо бретени 1. Силоизмерительное устройство, содержащее размещенный в корпусе осесим- метричный упругий элемент, силоввод щийFormulas of the invention 1. Load measuring device containing axial-symmetric elastic element placed in the body, force conducting

и опорный элементы и измеритель деформации , отличающеес тем, что, с целью повышени точности, упругий элемент в виде П-образного кольца, разрезанного по радиусу на сегменты, внутренним диаметром св занного с силоввод щим элементом, а наружи ым-с опорным элементом, который выполнен в виде кольцевой призмы, св занной с корпусом, а измеритель деформации выполнен в виде дифференциального емкостного датчика, два электрода которого закреплены на опорном элементе, а третий - на силоввод щем, и преобразовател емкости в аналоговый сигнал.and a support element and a strain gauge, characterized in that, in order to increase accuracy, an elastic element in the form of a U-shaped ring cut along the radius into segments, an internal diameter associated with the force-feed element, and the outer element with a supporting element A ring-shaped prism connected to the housing, and a strain gauge in the form of a differential capacitive sensor, two electrodes of which are fixed on the support element, and the third on the drive driver, and a capacitance converter into an analog signal.

0.0

5five

2. Устройство по п.1, от л и ч а ю щ е е- с тем, что, преобразователь емкости в аналоговый сигнал размещен в корпусе и выполнен в виде генератора пр моугольных импульсов, усилител напр жени и синхронного детектора, при этом потенциальные электроды дифференциального емкостного датчика подключены к генератору пр моугольных импульсов, токовый электрод - к усилителю напр жени , выход которого соединен с первым входом синхронного детектора, соединенного вторым входом с генератором пр моугольных импульсов .2. The device according to claim 1, from which it is possible that the capacitance-to-analog converter is located in the housing and is made in the form of a square pulse generator, a voltage amplifier and a synchronous detector, while the potential the electrodes of the differential capacitive sensor are connected to a square pulse generator, the current electrode to a voltage amplifier, the output of which is connected to the first input of a synchronous detector connected by a second input to a square pulse generator.

«г. 2."Y. 2

Claims

Claim

1. A force measuring device containing an axisymmetric elastic element located in the housing, a force-carrying and supporting elements, and a strain gauge, characterized in that, in order to improve accuracy, the elastic element is in the form of a U-shaped ring cut in radius into segments, the inner diameter associated with a power-input element, and an external one with a support element, which is made in the form of an annular prism connected with the housing, and the strain gauge is made in the form of a differential capacitive sensor, two electrodes of which mounted on the supporting member, and the third on silovvodyaschem and capacitance converter into an analog signal.

2. The device according to claim 1, with the fact that, the capacitance to analog signal converter is placed in the housing and is made in the form of a rectangular pulse generator, a voltage amplifier and a synchronous detector, while the potential differential electrodes the capacitive sensor is connected to a rectangular pulse generator, the current electrode to a voltage amplifier, the output of which is connected to the first input of a synchronous detector connected to the second input with a square pulse generator.

Ϊ3 e