Двухкомпонентный силоизмерительный датчик Советский патент 1983 года по МПК G01L1/14 

Изобретение относится к силоизмерительной технике. Известны. механо гропные сило.измерительные датчики, содержащие упруг систему и механотрюпные преобразователи f 1 J. Недостатком этих датчиков являет ся то, что они представляют собой однокомпонектные устройства и не позволяют производить измерение вектора усилия. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является двухкомпонентный .силоизмерительный датчик,, содержащий двухкоординатный м.еханотрон, закрепленный в неподвижной колодке, и упругу систему, связанную с одной стороны с неподвижной колодкой,- а с другой стороны через подвижную колодку со. штырем механотрона. 2 . . Недостатком известного датчика является невысокая точность .из-за Нсшичия гистерезиса в упругой системе и неравномерности нагружнения сечений упругой системы датчика, а также невозможность использования датчика в жидкой среде из-за незащищенности мембраны механотрона от во.здействия среды. Целью изобретения является повышение точности измерения и улучшени эксплуатационных характеристик. Указ.анная цель достигается тем, что в датчике упругая система выпол нена в виде полого .усеченного параболоида вращения, расположенного соосно штырю механотрона и связанно го герметично с неподвижной колодкой -в своем большем сечении и с под вижной колодкой в своем меньшем сечении, при этом воображаемая вершин параболоида совмещена с точкой приложения измеряемого.усилия .к штырю механотрона. На фиг. 1 показан датчик, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг, 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - схема нагружени датчика. Датчик состоит из оболочки 1, подвижной колодки 2, жестко и герме тично соединенной с оболочкой 1 и штырем 3 двухкомпонентного механотрона. В своем другом (большем) сечении оболо.чка 1 жестко и герметично соединена с неподвижной колодкой .4, где, в свою очередь, аналогичным образом закреплен фланец 5, несущий в себе эластичную мембрану 6 и стеклянный корпус 7 механотрона.Дву компонентный механотрон включает в себя также четыре неподвижных катод 8,жестко связанных с корпусом 7 по средством слюдяных изоляторов 9,и о щий подвижный анод 10 квадратного с „чения,укрепленный на стержне 3,впаЯННОМ в мембрану б, являющуюся-частью вакуумированной полости механотрона.,. Подвижный анод 10 электрически соединен с выводим цоколя посредством гибкой контактной пружинки 11, а остальные электроды соединены с вывода и .цоколя посредством контактных проводников 12с Каждый из катодов механотрона расположен вдоль одной из плоскостей анода. Перемещение анэда, вызванное перемещением штыря механр трона, приводит к изменению межэлектродны х расстояний в приборе и к соответствуюцему изменению токов катодов. При этом механотрон имеет две оси наибольшей чувствительности по току к перемещению - оси ЛЯЦ. и NN {фиг. 3), В то же время оси ММ и ЫЫ являются осями прямоугольных координат, .по которым происходит разложение на компоненты измеряемо- . го -вектора усилия Датчик работает следующим образом. Измеряемое усилие воздействует на штырь 3 механотрона, передающего через подвижную колодку 2 усилие на оболочку 1, которая, упруго деформируясь, вызывает перемещение штыря 3 и связанного с ним анода 10 относительно катодов 8, что и обусловливает возкикковение электрического сигнала на выходе измерительной системы. . Для TorOf чтобы снизить механический гистерезис, геометрическая форма оболочки 1 принята в виде тела равного сопротивления изгибу. На схеме нагружения оболочки (фиг.4) заданы ее длина б, диаметр D защелки и толщина материала cf. Требуется найти текущий диаметр Dj из условия ранного сопротивления изгибу силой F.I .Пренебрегая жесткостью мембраны б; рассмотрим заданную оболочку как. балку а, консольно нагруженную силой F. Для балок равного сопротивления изгибу справедливо общеизвестное соотношение .. и - .х const, (-() , W где 6 - напряжение в материгше балки, обусловленное ее изгибом; М . текущий и максимальный изгибающие моменты, соответственно;Ujj,W - текущий и максимальный сопротивления изгибу балки, соответственно. Эпюра изгибгиощих моментов (фиг в) показывает, что М-.г. М F X где X - текущая координата. С другой стороны, для поперечного сечения в виде тонкостенного кругового кольца -Il mcfx 4 Подставляя вышеприведенные эна ния Mjf, М„, W,V в формулу (1), получаем р ЛВ « Выражение (2) после сокращения обеих частей полученного соотноше ния на 4P/J7 :r приводит к зависимост ,l-°i- .. Уравнение (3) представляет соб искомое уравнение образующей сред ной поверхности оболочки 1. Эта образующая - парабола, а поверхность, образуемая ею - параболоид. Существенным является здесь то обстоятельство, что нагружение оболочки должно производиться так, чтобы линия действия измеряемого усилия проходила касательно к вершине параболоида. Использование.предлагаемой конструкции позволяет помимо повышения линейности преобразования, снижения гистерезиса выходной характеристики и уменьшения .расхода материала повысить чувствительность датчика к силам по сравнению, например, с цилиндрической оболочкой с тем же диаметром заделки. Учитывая тот факт, что в данной конструкции датчика параболоидная оболочка усечена, точка.С приложения усилия Р к штырю мехаиотрона совмещена не с реальной, а с вообт ражаемой вершиной указанного параболоида - срединной поверхностью оболочки.

г -f

ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ СИЛОИЗМЕРИТЕЛЬШЙ ДАТЧИК, содержащий двухкоординатный механотрон, закрепленный в неподвижной колодке, и упругую систему, связанную с одной сфороны (с неподвижной коподкой, а с другой стороны через подвижную колодку со штырем механотрона, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и улучшения эксплуатационных характеристик, в нем упругая система выполнена в виде полого усеченного параболоида вращения, расположенного соосно штырю механотрона и связанного герметично с неподвижной колодкой в своем большем сечении и с подвиж- . ной колодкой в своем меньшем сечении, при этом воображаемая вершина параболоида вращения совмемвна с точкой приложения измеряемого усилия к штырю I механотрона.