Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1987 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к силоизме- рительнон технике и может быть использовано для измерения сжимающих усилий.

Цель изобретения - повышение точности, надежности и уменьшение габаритных размеров датчика.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Датчик содержит упругий элемент, выполненный в форме тела вращения и включаклций силовводящую 1 и опорную 2 части, несущие кольцо 3 с концентрическими выступами 4 и 5, на которых размещаются тензорезисторы 6 и 7. Пары цилиндрических проточек 8-9, 10-11 образуют соответственно дилинд рические оболочки 12 и 13. Расположение цилиндрических проточек, при котором в каждой паре проточки разно го диаметра противоположно направлены одна другой и проточка меньшего диаметра выполнена со стороны действия измеряемой силы, а проточка большего диаметра - со стороны опорной поверхности, позволяет обеспечить соединение несущего кольца с силовво- дящей и опорной частями коаксиальными цилиндрическими оболочками, работающими на растяжение.

Удругий элемент расположен в корпусе 14 и изолирован от внешней среды мембраной 15, которая герметизируется на корпусе кольцом 16, а на сило- вводящей части.упругого элемента - .кольцом 17.

Датчик работает следующим образом. При приложении сжимающего усилияF к силовводящей части 1 цилиндрические

10

15

мость несущего кольца 3 пределы изменения толщины стенки оболочки 12 должны быть 0,09-0,15 ее среднего ра диуса.

Для обеспечения минимальной радиальной деформации оболочек 12 и 13 в месте сопряжения с несущим кольцом 3 что способствует и минимальной напря женности в зоне сопряжения и минимальному измене нию плеча сил, изгибающих несущее кольцо, экспериментал но установлено,что глубины проточки большего диаметра у силовводящей. час ти и проточки меньшего диаметра у опорной части должны превышать толщину кольца 3 на величину радиуса сопряжения стенок проточек.

При этом, так как паразитная сила F через оболочку.12 передается на кольцо3 .в месте его сопряжения с этой оболочкой, а реакция от этой силы со стороны оболочки 13 передается на кольцо 3 в месте ее сопряжения с кольцом, то указанные параметры проточек обуславливают действи силы F через оболочку 12 и реакции от оболочки t 3 в одной плоскости,ортогональной оси упругого элемента, что приводит к нейтрализации их действия на изгиб кольца 3 и, как следствие, также понижает чувствительность датчика к действию силы F .

Для обеспечения подвеса силовво- 35 дящей части,- непосредственно в.оспри- нимающей все силы, экспериментально установлено,что глубина проточек в каждой паре, расположенных внутри упругого элемента, должна превышать

-20

25

.30

оболочки 12 и 13, растягиваясь, из- 40 глубину смежной проточки в той же гибают несущее кольцо 3, в результате паре в 1,2-3,0 раза, чего тензорезисторы 6 на выступе А .

испытьшают деформацию сжатия, а тен- Форм у лай з обретения зорезисторы 7 на выступе 5 - деформацию растяжения. При этом паразитная 45

Тензорезисторный датчик силы,.содержащий размещенный в корпусе упругий элемент, выполненный в виде тела вращения и содержащий силовводящую и опорную части, сопряженные с несуТензорезисторный датчик силы,.содержащий размещенный в корпусе упругий элемент, выполненный в виде тела вращения и содержащий силовводящую и опорную части, сопряженные с несупоперечная сила F, приложенная к

силовводящей части 1, обуславливает

изгиб оболочек 1-2-и 13 в плоскости

действия этой силы. Но так как обе .

оболочки работают на растяжение,одно-50 кольцом, ira-концентрических высвременно появляется восстанавливающая которого размещены тензорезиссила, обусловленная измеряемой осевой °Р Цилиндрическими оболочками,кажсилой F, стремящаяся совместить .оси которых образована парой напоболочек с линией действия силы F, .равленных противополбжно одна другой

что уменьшает чувствительность датчи-55 соосных проточек, причем силовводящая

ка к поперечной силе.часть соединена с корпусом мембраной,

отличающийся тем, что.

Для минимизации влияния изгиба с целью повьш1ения точности,, надеж- краевой зоны оболочки на деформируе- кости и уменьшения габаритных разме

10

15

мость несущего кольца 3 пределы изменения толщины стенки оболочки 12 должны быть 0,09-0,15 ее среднего радиуса.

Для обеспечения минимальной радиальной деформации оболочек 12 и 13 в месте сопряжения с несущим кольцом 3, что способствует и минимальной напряженности в зоне сопряжения и минимальному измене нию плеча сил, изгибающих несущее кольцо, экспериментально установлено,что глубины проточки большего диаметра у силовводящей. части и проточки меньшего диаметра у опорной части должны превышать толщину кольца 3 на величину радиуса сопряжения стенок проточек.

При этом, так как паразитная сила F через оболочку.12 передается на кольцо3 .в месте его сопряжения с этой оболочкой, а реакция от этой силы со стороны оболочки 13 передается на кольцо 3 в месте ее сопряжения с кольцом, то указанные параметры проточек обуславливают действие силы F через оболочку 12 и реакции от оболочки t 3 в одной плоскости,ортогональной оси упругого элемента, что приводит к нейтрализации их действия на изгиб кольца 3 и, как следствие, также понижает чувствительность датчика к действию силы F .

20

25

.30

Для обеспечения подвеса силовво- 35 дящей части,- непосредственно в.оспри- нимающей все силы, экспериментально установлено,что глубина проточек в каждой паре, расположенных внутри упругого элемента, должна превышать

Форм у лай з обретения

Тензорезисторный датчик силы,.содержащий размещенный в корпусе упругий элемент, выполненный в виде тела вращения и содержащий силовводящую и опорную части, сопряженные с несу313522564

ров датчика, глубина проточки больше- бину смежной проточки в той же паре

го диаметра, расположенной у силовво- в 1,2-3,0 раза, при этом толщина стен- дящей части, и проточки меньшего диа- ки цилиндрической оболочки, распЪло- метра, расположенной у опорной части, женной у силовводящей части, состав- превьш1ает половину толщины несущего ляет 0,09-0,15. ее среднего радиуса, кольца на величину радиуса сопряжения а толщины цилиндрических оболочек стенок проточки, а глубина другой относятся друг к другу обратно про- проточки в каждой паре превышает глу- порционально их средним радиусам.

Изобретение относится к сило- измерительной технике и позволяет повысить точность, надежность иумень- .шить габариты датчика. В устр-ве пары цилиндрических проточек 8 и 9, 10 и 11 образуют соответственно цилиндрические оболочки 12 и 13, ТОЛ-/4 J6 rS щины которых относятся друг к другу обратно пропорционально их средним радиусам. Глубина проточки большего диаметра, расположенной у силовводя- щей части 1, и проточки меньшего диаметра - у опорной части 2 превышает половину толщины несущего кольца 3 на величину радиуса сопряжения стенок проточки.Вторая проточка в каждой паре выполнена глубиной,превышающей глубину смежной проточки в той же паре в 1,2- 3,0 раза. При воздействии сжимающего усилия, приложенного к части 1, оболочки 12, 13 изгибают кольцо 3, вызывая деформацию тензорезисторов 6, 7 на его выступах 4, 5. Выполнение толщины стенки оболочки 12, равной 0,09- 0,15 ее среднего радиуса, уменьшает влияние изгиба краевой зоны этой оболочки на деформируемость кольца 3, 1 ил. (Л 10 а