Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1985 года по МПК G01L1/22 

11 Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой точностью знакопеременных усилий в испытательных стендах, системах взве шивания масс. Цель изобретения - повышение точности измерения знакопеременных усилий . На фиг. 1 схематически изображен да чик, разрезанный осевой плоскостью,общий вид;на фиг. 2 - характер деформирования опорной части упругого элемент при работе датчика на сжатие; на фиг. 3 - то же, при работе датчика на растяжение-, на фиг. А - резьбовое соединение корпуса датчика с нажим-ной гайкой без крышки; на фиг. 5 то же, с нажимной гайкой и крышкой; на фиг. 6 - положение опорной части упругого злемента до сборки с корпусом датчика; на фиг. 7 - то же, поеле сборки с корпусом датчика. Датчик содержит корпус 1, силовводящую 2 и опорную 3 части упругого элемента, соединенные с несущим кольцом 4 с помощью тонких цилиндрических оболочек 5 и 6. На концентрических ребрах 7 и 8 расположены винто вые тензорезисторы 9 и 10; На опорной части 3 упругого злемента, представляющей собой цилиндрическую оболочку, выполнены первый и второй кон центрические выступы 11 и 12, контактирующие с такими же выступами 13 и 14 на внутренней поверхности корпуса. Поясок 15 опорной части упругого элемента соединен с тонкой цилиндрической оболочкой 6. Концентрический выступ 14 в радиальном направлении закреплен между выступом 13 корпуса и кольцом 16. В осевом направлении опорная часть 3 упругого элемента закреплена между корпусом 1 и нажимной гайкой 17. На верхнюю часть 18 корпуса 1 с натягом насажена крышка 19. Мембрана 20 закреплена с помощью колец 21 и 22. Датчик работает следующим образом. При приложении сжимающего усилия F силовводящая часть 2 (фиг. 1) через оболочку 5 передает это усилие .несущему кольцу 4, которое изгибается под действием сжимающего усилия концентрические ребра 7 и 8 поворачиваются, при этом навитые с натягом 292 тензорезисторы 9 растягиваются, а тензорезисторы 10 сжимаются. Поясок 15 (фиг. 2), соединенней с оболочкой 6, деформирует оболочку части 3, Наличие концентрических выступов 11 и 12 на опорной части упругого элемента обеспечивает несоприкосновение цилиндрической оболочки опорной части с корпусом 1 датчика, а следовательно, исключает трение между корпусом датчика и деформируемой в процессе работы датчика опорной частью упругого элемента. Расположение пояска 15 между первым выступом 11 и серединой высоты цилиндрической оболочки опорной части 3 упругого элемента исключает перемещение нижнего выступа 11. Перемещение же первого выступа 11 устранено закреплением его между кольцом 16 и выступом 13 на внутренней поверхности корпуса. Таким образом, отсутствует относительное перемещение опорных поверхностей, исключается сухое трение на этих поверхностях и повышается точность датчика. При приложении растягивающего усилия F датчик работает аналогично тому, как при сжимающем, при этом тензорезисторы 9 сжимаются, а тензорезисторы 10 растягиваются. Для предотвращения перемещения упругого элемента в осевом направлении опорная часть 3 упругого элемента закреплена между корпусом 1 и нажимной гайкой 17, Так же как и при действии сжимающего усилия указанными конструктивными решениями исключается относительное перемещение опорных поверхностей при воздействии растягивающего усилия (фиг. 3). Надежное закрепление опорной части упругого элейента в осевом направлении, что особенно важно при действии знакопеременных усилий, осуществлено за счет того, что корпус 1 имеет участок 18 малой радиальной жесткости. При завинчивании нажимной гайки 17 между резьбовыми поверхностями корпуса и нажимной гайки возможен зазор (фиг. 4), который дает возможность некоторого осевого перемещения опорной части упругого элемента под действием знакопеременных усилий. После завинчивания нажимной гайки 17 участок 18 корпуса 1 деформируется в радиальном направлении крышкой 19 за счет ее сопряжения с поверхностью корпуса IK) посадке с натягом на участке 18 (фиг. 5), в результате чего зазор па этом участке исключается и нажимная т-айка не может переместит ся в осевом направлении. Малую радиальную жесткость участка 18 корпуса 1 можно обеспечить, если толп1ина его минимальная, но достаточная для удовлетворения условия прочности этого участка. Исходя из этого можно рекомендовать толщину участка 18 не более двух шагов резьбы, выполненной на внутренней поверхности корпуса. 294 Для осуществления сборки упругого элемента и корпуса используется нажимная гайка 17 (фиг. 6). Номинальный диаметр соединения верхних выступов 11 и 13 соответственно опорной часту упругого элемента и корпуса больше номинального диаметра соединения нижних выступов 12 и 14, а глубина резьбы Кр превьшает высоту выступов ( не менее чем в 1,5 раза. Это позволяет исключить контакт при сборке выступа 12 опорной части с выступом 13 корпуса, повышает технологичность сборки датчика. $$

7 Г2 6 1

ffu3. J

1. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ, содержащий цилиндрический корпус с внутренним выступом, крышку, мембрану, упругий элемент с тензорезисторами, в котором несущее кольцо сопряжено с его силовводящей и опорной частями посредством тонкостенных цилиндрических оболочек, а опорная часть выполнена в виде кольца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения знакопеременных усилий, в него введены кольцо и нажимная гайка, а опорная часть упругого элемента выполнена в виде цилиндрической оболочки с двумя концентрическими выступами на ее внешней поверхности у торцов и кольцевым пояском на ее внутренней поверхности, расположенным между первым концентрическим выступом-и серединой высоты цилиндрической оболочки и соединяющим опорную часть с тонкостенной цилиндрической оболочкой упругого элемента, причем оба концентрических выступа цилиндрической оболочки опорной части упругого элемента контактируют с соответствующими концентрическими выступами, выполненными на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, при этом опорная часть упругого элемента в зоне первого концентрического выступа жестко закреплена в радиальном направлении между выступом корпуса и кольцом, а в осевом направлении между корпусом и нажимной гайкой. 2.Датчик по п. 1, отличающ и и с я тем, что, с целью обеспе- чения надежности закрепления опорной части упругого элемента в осевом направлении, внутренняя цилиндрическая i поверхность крышки и наружная поверхность корпуса в зоне соединения с на(/) жимной гайкой выполнены ступенчатыми, причем толщина цилиндрической части в зоне первого концентрического выступа корпуса не превышает двух шагов резьбы, выполненной на ее внутренней поверхности, а диаметр внутренней цилиндрической поверхности крышки мень00 ше диаметра цилиндрической поверхел ности корпуса на величину, соответствующую посадке крышки -в корпус с i3 натягом. 3,Датчик по п. 1, отличаюсо щийся тем, что, с целью повышения технологичности сборки, номинальный диаметр соединения первого выступа корпуса и соответствующего выступа цилиндрической оболочки опорной части упругого элемента больше номинального диаметра соединения вторых выступов, расположенных на поверхностях указанных деталей, а глубина резьбы на внутренней поверхности корпуса превышает высоту этих выступов не менее, чем в 1,5 раза.