ДАТЧИК СИЛЫ Российский патент 1996 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано в качестве датчика для измерения постоянно и переменно действующих сил как в лабораторных, так и при промышленных испытаниях.

Известен датчик силы, содержащий корпус с упругими элементами, установленную на упругих элементах инертную массу и датчики (1) прототип.

Устройство-прототип имеет ряд существенных недостатков, а именно, датчик имеет большую погрешность, поскольку металлический корпус пропускает колебания как от измеряемого объекта, например, фрезы на основание, например, станок, так и в обратном направлении. Это искажает величину измеряемой силы.

Кроме того, как правило, инертная масса также выполняется из металла, что не позволяет измерять силу, изменяющуюся с большой частотой.

Сущность изобретения заключается в том, что корпус и инертная масса выполнены из материала с высокими демпфирующими свойствами, датчики размещены на упругих элементах внутри материала корпуса симметрично относительно составляющих измеряемой силы, а в качестве материала используется высоконаполненный композиционный материал на полимерной основе, например, синтегран. Это позволяет гасить посторонние колебания и исключить влияние действия посторонних сил на точность измерения за счет их демпфирования материалом корпуса и инерционной массы. Кроме того, повысить точность измерений за счет точной ориентации датчиков в соответствии с направлением действующих составляющих измеряемой силы, а также расширить частотный диапазон измерений, обеспечивая высокоточное измерение как низкочастотных (менее 1 Гц), так и высокочастотных сил (более 20 тыс. Гц).

На фиг. 1 представлен вертикальный разрез датчика, на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Датчик силы содержит корпус 1 с упругими элементами 2, 3, 4, 5, 6, 7 (по 4 в каждой плоскости), на которых установлена инертная масса 8. Корпус 1 и инертная масса 8 выполнены из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе, например, синтеграна, обладающего высокими демпфирующими способностями (логарифмический декремент колебаний в 12-20 раз выше, чем у чугуна).

Пример состава материала (масс.):
эпоксидный компаунд 9-11
аминный отвердитель 9-11
наполнитель:
фракции меньше 0,315 мм 30
0,63-1,25 мм 15
3,0-5,0 мм остальное.

Внутри материала корпуса 1 в упругих элементах 2-7 размещены тензодатчики 9, 10, 11, 12, 13 и 14 (по 4 в каждой плоскости), электрически связанные с системой регистрации сигналов (не показана). Тензодатчики 9-14 расположены симметрично относительно составляющих измеряемой силы в вертикальной, горизонтальной и фронтальной плоскостях. Датчик изготавливают путем установки в литейную форму тензодатчиков 9-14 с их последующей заливкой полимерным материалом. Процесс заливки и стабилизации осуществляют при комнатной температуре (15-20^oС).

Устройство работает следующим образом.

Датчик устанавливают на испытуемый объект или испытуемый объект устанавливают на датчик, если объект мал и прикладывают измеряемую силу к инертной массе 8. Последняя совершает пространственные перемещения, деформируя упругие элементы 2-7 и тензодатчики 9-14, сигнал с которых регистрируется аппаратурой.

Использование: в области метрологии. Сущность изобретения: корпус и инертная масса выполнены из материала с высокими демпфирующими свойствами, датчики размещены на упругих элементах внутри материала корпуса симметрично относительно составляющих измеряемой силы, а в качестве материала используется высоконаполненный композиционный материал на полимерной основе, например, синтегран. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Датчик силы, содержащий корпус с упругими элементами, установленную на упругих элементах инертную массу и измерительные преобразователи, отличающийся тем, что корпус и инертная масса выполнены из материала с высокими демпфирующими свойствами, а измерительные преобразователи размещены на упругих элементах внутри материала корпуса симметрично относительно составляющих измеряемой силы. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что корпус и инертная масса выполнены из высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе. 3. Датчик по п. 2, отличающийся тем, что в качестве высоконаполненного композиционного материала на полимерной основе используют синтегран.