SU1723468A1

SU1723468A1 - Датчик силы

Info

Publication number: SU1723468A1
Application number: SU904817159A
Authority: SU
Inventors: Виктор Евгеньевич Морозовский; Владимир Федорович Семенюк; Анатолий Иванович Кравченко; Анатолий Григорьевич Цимбалюк
Original assignee: Одесский Политехнический Институт
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к силоизмери- тельной технике и может быть использовано дл измерени знакопеременных сил малого номинала с высокой точностью. Целью изобретени вл етс уменьшение нелинейности датчика. Дл достижени цели в универсальном датчике силы, содержащем корпус, силоввод щую часть и два упругих элемента, на радиальных перемычках которых размещены тензорезисторы, радиальные перемычки упругих элементов выполнены со встречным наклоном к центральной оси.2 ил.

Description

Изобретение относитс к силоизмери- тельной технике и может быть использовано дл измерени знакопеременных сил малого номинала с высокой точностью.

Известен тензодатчик силы, в котором упругий элемент выполнен в форме кольца с двум диаметральными, ортогонально расположенными перемычками, на которых размещены тензорезисторы. При приложении к кольцу силы вследствие его деформа- ции одна из перемычек сжимаетс , а друга раст гиваетс , что позвол ет реализовать схему полного электрического моста. При измерении малых сил требуетс высока податливость всех частей упругого элемента, что неизбежно приводит к потере устойчивости сжимаемой перемычки, а также к большим прогибам кольца и, как следствие, к ухудшению качества датчика по критерию нелинейности. Конструкци не позвол ет осуществить центральное приложение силы .

Известен тензорезисторный датчик силы (ТДС) в котором упругий элемент в форме

крестовины с жестким центром зажат по С/) концам балок между двум кольцами, а тен- f зорезисторы размещаютс на верхней и л нижней полках. Дл реализации полного электрического моста необходимо, чтобы активные тензорезисторы попарно испытывали деформацию противоположных знаков . Поэтому в указанной, конструкции vl должны использоватьс только деформа- Ю ции, обусловленные изгибом балочек. При СО измерении малых сил балочки должны быть 1ч. тонкими , и их прогибы большими. В этом Q случае защемление концов балочек обусло- Q вит мембранный эффект, т.е. приращение деформаций одного знака на каждом тензо- резисторе, что противоречит вышеуказанным требовани м. Незащемление концов балок приведет к их перемещению, что обусловит повышение гистерезиса и изменение плеча изгибающих сил, что приведет к повышению нелинейности.

Целью изобретени вл етс уменьшение нелинейности.

Поставленна цель достигаетс тем, что в датчик силы введены дополнительный упругий элемент, идентичный первому, и втулка , посредством которой св заны между собой внутренние кольца упругих элементов , при этом радиальные перемычки обоих упругих элементов выполнены со встречным углом наклона к центральной оси датчика .

Новым в предлагаемой конструкции датчика силы вл етс предварительное раст жение упругих элементов, закрепленных на кольцевой раме, путем их осевого поджати к торцам дистанционной втулки, длина которой меньше начального рассто ни между упругими элементами, а также последовательное соединение в плечах электрического моста двух тензорезисторов, располагаемых на одинаково ориентированных радиальных перемычках упругого элемента.

При этом упругие элементы могут иметь форму полос, кольцевой сплошной мембраны или кольцевой перфорированной мембраны с четырьм ортогонально ориентированными радиальными перемычками , на которых размещено по одному тен- зорезистору и два тензорезистора на одинаково ориентированных перемычках каждого упругого элемента включены последовательно в плечо моста электрической измерительной схемы.

На фиг.1 изображена конструкци предлагаемого датчика; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

В предлагаемом датчике упругие элементы выполнены в форме кольцевых перфорированных мембран с четырьм ортогонально ориентированными радиальными перемычками, на каждой из которых размещаетс по одному тензорезистору (фиг.2).

Датчик (фиг.1) включает корпус 1, кольцевую рамку 2, гайку 3, дистанционную втулку 4, упругие элементы 5 и 6, тензорези- сторы 7 и 8, 9 и 10, силоввод щую часть 11, шайбу 12, гайку 13, мембрану 14 и уплотни- тельные кольца 15 и 16.

Датчик собираетс и работает следующим образом.

Упругие элементы 5 и 6 своими массивными част ми сопр гаютс с лысками на кольцевой рамке по размеру I с проставкой между ними дистанционной втулки 4. В ненапр женном состо нии между податливыми част ми упругих элементов рассто ние по оси датчика больше, чем длина дистанционной втулки 4 (в).

Силоввод ща часть 11 центрирует по диаметру d втулку 4 и упругие элементы 5 и

6. С помощью гайки 13 через шайбу 12 производ т полную выборку осевых зазоров между центральными част ми упругих элементов 5 и 6 и втулкой 4 с предварительной

зат жкой соединени усилием Р3ам FH, где FH - номинальное значение измер емой знакопеременной силы. В результате этой операции горизонтальные вначале податливые участки упругих элементов 5 и 6 станов тс наклонными и ввиду ограничений радиальных перемещений к центру на размере I испытывают деформацию нат жени . Если тензорезисторы 7,8,9 и 10 размещены на упругих элементах до их зат жки, то они

также наход тс в статически раст нутом состо нии в ненагруженном датчике. Если же они размещаютс на упругих элементах после их зат жки, то тензорезисторы наход тс в недеформированном состо нии в

ненагруженном датчике. Кольцева рамка 2 сопр гаетс с корпусом 1 по диаметру D и фиксируетс от осевых перемещений в нем с помощью гайки 3. От внешней среды рабоча полость датчика герметизируетс мембраной 14, закрепл емой на силоввод щей части кольцом 15 и на корпусе кольцом 16. При приложении к датчику сжимающего усили F податлива часть упругого элемента 6 догружаетс , испытыва дополнительное раст жение, а упругого элемента 5 разгружаетс , что обуславливает ее сжатие.

Расположенные на податливых част х упругих элементов тензорезисторы 7 и 8

также раст гиваютс , а 9 и 10 сжимаютс , что дает возможность реализовать схему полного электрического моста. При этом все упругие элементы работают в устойчиво- равновесном состо нии, так как их податливые части всегда раст нуты. Поскольку упругие элементы работают так, что догрузка одного обуславливает такую же разгрузку другого, все приращени систематических погрешностей взаимокомпенсиругатс ввиду их разных знаков. Все это обуславливает повышение точности измерений.

Все основные детали датчика выполнены в форме тел вращени , что дает возможность изготовить их на любом виде

обрабатывающего оборудовани с минимальными трудозатратами при высокой точности . Тензорезисторы размещены на плоских податливых част х упругих элементов , что обеспечивает высокое качество соединени и позвол ет механизировать или автоматизировать процесс наклейки тензорезисторов .

Изготовление упругих элементов возможно из стандартных заготовок (например , пружинной ленты) одним из наиболее

производительных способов - вырубкой на прессах.

Все вышеуказанное обеспечивает высокую технологичность конструкции.

При выполнении упругих элементов в форме кольцевой сплошной мембраны возможно использование тензорозеток, что повышает интегрирующую характеристику датчика и, как следствие, снижает его чувствительность к силовведению.

При выполнении упругих элементов в форме кольцевых перфорированных мембран с четырьм ортогонально ориентированными радиальными перемычками на каждой из них размещаетс по одному тен- зорезистору (фиг.2). При этом на упругом элементе 6 образуетс две пары одинако- вых ориентированных перемычек с тензоре- зисторами 7-7 и 8-81, а на упругом элементе 5 - с тензорезисторами вдоль оси датчика. При паразитной нагрузке Рхтензо- резисторы 7 и 9 частично догружаютс , а тензорезисторы 71 и 91 разгружаютс . Ввиду того, что тензорезисторы 7 и 7 последо- вательно собраны в одном из плеч электрического моста, а тензорезисторы 9 и 91 - в другом из плеч электрического моста их догрузка-разгрузка на одинаковые величины не обуславливает дополнительного

0

разбаланса моста. При действии паразитной нагрузки FX имеет место аналогична ситуаци и в отношении тензорезисторов 8 и 10 (догружающихс ), и 81 и 101 (разгружающихс ).

Таким образом, предлагаемый датчик обладает низкой чувствительностью к силовведению . При этом уменьшаютс нелинейность при измерении малых нагрузок и чувствительность к погрешности.

Claims

Формула изобретени Датчик силы, содержащий корпус с закрепленным в нем упругим элементом, выполненным в виде соосно расположенных внутреннего и внешнего колец, соединенных между собой радиальными перемычками , на которых размещены тензорезисторы и силоввод щую часть, отличающийс тем, что, с целью уменьшени нелинейности , в него введены дополнительный упругий элемент, идентичный первому, и втулка посредством которой св заны между собой внутренние кольца упругих элементов , при этом радиальные перемычки обоих упругих элементов выполнены со встречным углом наклона к центральной оси датчика .

Вид А