ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ Российский патент 2024 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к приборостроению, а конкретно: к созданию тензорезисторных датчиков силы (ТДС).

Известен ТДС, содержащий упругий элемент (УЭ) в виде профилированной мембраны [1]. Профилирование позволяет улучшить линейность за счет выравнивания поля деформаций мембраны.

К недостаткам такой конструкции следует отнести сложность наклейки TP на профилированную мембрану и небольшой выходной сигнал.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является ТДС, содержащий в профилированной мембране четыре цековки (глухих отверстия), частично выделяющих на мембране крест из балок с такой же сложной поверхностью, что несколько повышает чувствительность ТДС, но не решает проблему сложности наклейки TP на такие поверхности [2].

Целями изобретения являются: повышение чувствительности датчика за счет полного выделения с помощью 4-х сквозных отверстий креста из 2-х балок и упрощение наклейки мостов TP и точности их расположения на мембране, а также возможности одновременной наклейки двух мостов TP, что достигается за счет наклейки мостов TP на плоские поверхности балок.

Поставленные цели достигаются тем, что в мембране формируют 4-е одинаковых сквозных отверстия, диаметр которых d=0,42⋅D-0,58⋅В, где D - диаметр мембраны, В - ширина подложки мостов TP; центры отверстий находятся на окружности радиуса R=(D-d)/2, при этом отверстия располагаются вдоль диаметров мембраны у ее заделки перпендикулярно друг-другу и сдвинуты относительно продольных осей сформированных балок на угол в 45°, что позволяет полностью выделить из тела мембраны крест, состоящий из двух идентичных симметрично расположенных балок, и упростить наклейку двух подложек с мостами TP на плоские поверхности. А также тем, что плоские поверхности балок креста с закрепленными на них мостами TP расположены внутри корпуса мембраны.

На Фиг. 1 показан разрез ТДС, где Р - измеряемая сила. На Фиг. 2 - схема расположения мостов на балках мембраны. На Фиг. 3 - разрез ТДС по сечению А-А. На Фиг. 4 - электрическая схема датчика, где R1, R2, R3, R4 - сопротивления TP в мостовой схеме; (1-3) - клеммы моста для подачи напряжения питания на мост; (2-4) - клеммы для регистрации выходного сигнала.

Обозначения, принятые на фигурах:

1 - мембранный УЭ; 2 - четыре сквозных отверстия диаметром d; 3, 4 - мосты TP; 5 - подложки 2-х мостов TP; 6 - герметизирующие прокладки-уплотнения; 7 - электрический разъем; 8 - переходная колодка для распайки выводов от TP и проводников к разъему; 9 - тонкая герметизирующая мембрана; 10 - силоприемный узел; 11 - герметизирующая заглушка; 12 - глухие отверстия для ключа, чтобы прикручивать заглушку; Р - измеряемая сила, D - диаметр мембраны УЭ; d - диаметр 4-х сквозных отверстий в мембране; В - ширина подложки моста TP;

Датчик работает следующим образом: при подаче электрического напряжения на диагональ питания моста (1-3) и нагружении датчика силой Р, на выходной диагонали моста (2-4) формируется выходной сигнал пропорциональный измеряемой силе.

Предлагаемая конструкция позволяет: повысить чувствительность ТДС за счет полного освобождения из мембраны, с помощью 4-х сквозных отверстий, креста из 2-х балок; а также упростить технологию наклейки 2-х мостов TP и повысить точность их наклейки за счет использования для этих целей плоских поверхностей балок креста; а также повысить надежность и точность измерений за счет использования 2-х мостов ТР.

Источники информации, принятые при экспертизе:

1. Пат. США №3213400 Кл. 338-5, дата публ. 26.06.63.

2. Пат. США №3712123 Кл. 73-141А, дата публ. 23.01.73.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для создания невысоких датчиков силы с высокими метрологическими характеристиками и высокой чувствительностью. Упругий элемент датчика выполнен в виде профилированной мембраны с четырьмя сквозными отверстиями, при этом отверстия располагаются вдоль диаметра мембраны у ее заделки перпендикулярно друг другу и сдвинуты относительно продольных осей сформированных балок на угол 45°. Изготовление 4-х сквозных отверстий позволяет полностью выделить из мембраны крест, состоящий из 2-х балок и закрепить на их плоских поверхностях два моста тензорезисторов. Измеряемое усилие через силовводящий узел передается к мембране и закрепленные на ней мосты тензорезисторов. При подаче на входную диагональ моста напряжения питания и нагружении датчика силой на выходной диагонали формируется выходной сигнал пропорциональный измеряемому усилию, который передается на электрический разъем, закрепленный на корпусе датчика. Технический результат - повышение чувствительности и надежности датчика, упрощение наклейки двух мостов тензорезисторов, которые располагаются на сформированных балках. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тензорезисторный датчик силы (ТДС), содержащий мембранный упругий элемент диаметром D и мост тензорезисторов (TP) на подложке шириной В, отличающийся тем, что в мембране изготовлены четыре сквозных отверстия, диаметр которых d=0,42⋅D-0,58⋅В, а их центры находятся на окружности радиуса R=(D-d)/2, при этом отверстия располагаются вдоль диаметров мембраны у ее заделки перпендикулярно друг другу и сдвинуты относительно продольных осей сформированных балок на угол в 45°, что позволяет полностью выделить из тела мембраны крест, состоящий из двух идентичных симметрично расположенных балок, и упростить наклейку двух подложек с мостами TP на их плоские поверхности.

2. ТДС по п. 1, отличающийся тем, что плоские поверхности балок креста с закрепленными на них мостами TP расположены внутри корпуса мембраны.