Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1986 года по МПК G01L1/22 

ми КП. Выполнение наружного радиуса опорной оболочки 10 с радиальными пазами меньше внутреннего радиуса ПК на величину 0,5-1 высоты консольной части ПК позволило увеличить разность между средними радиусами оболочек 9 и 10, пропорциональную чувствительI

Изобретение относится к силоизме- рительной технике и может быть использовано для точного измерения малых усилий.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности.

На фиг с 1 и 2 показан предлагаемый датчик.

Датчик содержит пластину 1 разрезанную радиальными пазами 2., тензоре зисторы 3 и 4, размещенные на под- резисторных кольцах 5 и 6 (фиг.1) и 7 и 8 (фиг, 2), нагружающий центр и опорную оболочку 10, разрезанную радиальными пазами, соосными с пазами 2 в пластине.

Нагружающий центр 9 сопряжен ,с пластиной по ее внутреннему диаметру и выполнен в виде цилиндрической оболочки, разрезанной радиальными пазами, соосными с пазами 2 в пластине Цилиндрическая форма нагружающего центра позволяет выполнить его с минимальной толщиной стенки при значительной длине, поэтому полоски, образующиеся при расчленении нагружающего центра радиальными пазами, обладают малой изгибной жесткостью, что повышает чувствительность и точность датчика.

Подрезисторные кольца 5-8 расположены на наружном диаметре пластины 1, что существенно упрощает формирование пазов 2 в пластине и, соответственно, боковых поверхностей балочек 11, а также монтаж тен- зорезисторов, Кроме того, такое расположение подрезисторных колец значительно упрощает изготовление всего датчика.

Жесткость датчика в основном определяется жесткостью подрезмсторных колец, которая уменьшается с увеличением их диаметра. Поэтому

ности датчика. В 1Ш выполнены отверстия, касательные к внутреннему диаметру ПК, снижающие уровень напряжения в ней. На торце 1Ш может быть выполнена выточка, дно которой выступает за пределы торцовой плоскости ПК, 1 з.п, ф-лы, 2 ил.

5

расположение подрезисторных колец на наружном диаметре пластины повышает чувствительность, точность датчика и упрощает его изготовление. 5 Каждое из подрезисторных колец 5 и 6 (фиг, 1) может иметь две части: сопряженную с пластиной 1 и консольную,, На фиг. 2 представлены кольца 7 -и 8, не имеюш,ие консольной части.

0 Выбор формы подрезисторного кольца осуществляется при разработке рабочей документации на датчик и определяется типом тензорезисторов, но- минальной нагрузкой датчика, его назначением и т,д.

Чувствительность датчика тем вьше, чем больше разность между средними радиусами оболочек 9 и 10, В связи с этим наружный (и, соответственно, средний) радиус опорной оболочки 10 принят максимально возможным - меньше внутреннего радиуса подрезисторных колец 5 и 6 (фиг,1) на величину 0,5 - 1 высоты консоль5 ной части кольца 6, смежного с оболочкой 10. На фиг, 2 подрезисторное кольцо 8 не имеет консольной части, поэтому наружньш радиус оболочки 10 практически равен внутреннему радиусу кольца 8, В этом случае, при всех прочих условиях, датчик имеет еще более высокую чувствительность, так как при этом увеличивается разность между средними радиусами оболочек 9 и 10,

Цри расчленении пластины 1 пазами 2 Подрезисторные кольца освобождаются от воздействия пластины на

участках шириной, равной ширине пазов 2, и тангенциальная деформ ация

0

0

5

колец осуществляется практически только на этих участках, что приводит к повышению уровня напряжений в кольцах на этих участках, снижению

чувствительности и точности датчика. Для устранения этих недостатков в пластине выполнены отверстия 12, касательные к внутреннему диаметру подрезисторных колец и радиально соосные с пазами 2 в пластине.

. Для формирования пазов 2 (фиг.2) подрезисторные кольца 7 и 8 смещены в сторону торца 13 пластины 1, и на этом торце выполнена выточка 14, дно 15 которой выступает за пределы торцовой плоскости подрезисторного кольца 7, ее внутренний радиус равен наружному радиусу нагружающего центра 9, а наружный радиус меньше наружного радиуса пластины на величину разности между толщиной пластины и глубиной выточки. Предел места расположения наружного радиуса выточки принят из условия равенства толщины балочек 11 и столбиков 16, передающих одинаковый изгибающий момент -на кольца 7 и 8.

Датчик работает следующим .образом.

Так как изгибная жесткость тонких и относительно длинных оболочек 9 и 10, разрезанных на полоски, мала, то изгибная жесткость датчика определяется жесткостью подрезистор ных колец. В силу этого, центр изгиба радиального сечения датчика практически совпадает с центром изгиба радиальных сечений колец. Поэтому подрезисторные кольца испытывают радиальные деформации противоположного знака: при воздействии на нагружающий центр 9 усилия Р ба- лочки 11 поворачиваются, изгибая кольца 5 и 6 (фиг, 1), при этом диаметр кольца 5 и длина тензорезис торов 3 уменьшается, а кольца 6 и тензорезисторов 4, соответственно, увеличивается; в датчике (фиг.2) балочки 11 и столбики 16 поворачиваются, как одно целое, деформируя кольца 7 и 8 и тензорезисторы 3 и 4 так же, как и в датчике на фиг. 1.

Формула изобретения

10

15

20

25

30

35

40

45

1. Тензорезисторный датчик силы, содерлсащий упругий элемент в виде кольцевой пластины, разрезанной радиальными пазами, тензорезисторы, размещенные на подрезисторных кольцах, нагружающий центр, связанньш с кольцевой пластиной по ее внутреннему диаметру, и опорную оболочку, разрезанную радиальными пазами, соосными с радиальными пазами в коль- {Цевой пластине, отличающий- с я „тем, что, с целью повышения его точности и чувствительности, нагружающий центр выполнен в виде Iполой цилиндрической оболочки, разрезанной радиальными пазами, соосными с пазами в кольцевой пластинеj подрезисторные кольца расположены на наружном диаметре кольцевой пластины, наружный радиус опорной оболочки меньше внутреннего радиуса подрезисторных колец на величину, равную 0,5-1 высоты консольной части подрезисторного кольца, смежного с опорной оболочкой, а в кольцевой пластине выполнены отверстия, касательные к внутреннему диаметру подрезисторных колец и расположенные в одной плоскости симметрии датчика с пазами в кольцевой пластине.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что подрезисторные кольца смещены относительно нейтральной плоскости кольцевой. пластины в сторону ее торца, соединенного с опорной оболочкой, а на упомянутом торце выполнена выточка, дно которой выступает за пределы торцовой плоскости подрезисторного кольца, причем внутренний радиус выточки равен наружному радиусу нагружающего центра, а наружный радиус меньше наружного радиуса кольцевой пластины на величину, равную разности между толщиной кольцевой пластины и глубиной выточки ,

/4 /J /

2

Фиг..

Изобретение может быть исполь- зовано для точного измерения малых усилий и позволяет повысить точность и чувствительность датчика. Тензо- резисторный датчик содержит упругий элемент в виде кольцевой пластины (КП) 1, разрезанной радиальными пазами. На наружном диаметре КП 1 расположены подрезисторные кольца (ПК) 5- 8 с тензорезисторами 3 и 4, а по внутреннему диаметру с ней сопряжен нагружающий центр в виде полой цилиндрической оболочки 9, разрезанной радиальными пазами, соосными с паза(Л « оо