Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1988 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к силоизме- рительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий. Цель изобретения - повышение точности и надежности.

i На чертеже схематически изображен Ьатчик, разрезанный осевой плоско- стью. .

j Датчик содержит корпус 1, силовво дящий элемент 2 и кольцевой осесим- Иетричный упругий элемент с тензоре- |зисторами 3 и AS соединенный с кор усом 1 и силовводящим элементом 2 посредством силовводящей 5 и опо.рной 6 оболочек, выполненных в виде полых цилиндров, сопряженных с кольцом 7 в зоне его нейтральной плоскости, и жестко соединенных с силовводящим эле- ментом 2 и корпусом 1 соответственно Силовводящая 5 и опорная 6 оболорки соединены с кольцом 7 в середине высоты полых цилиндров и кольца, а с |силовводящим элементом 2 и корпусом 1 - в торцовых зонах 8-11 полых цилиндров. По перечное сечение кольца 7 выполнено в форме ромба, большая диагональ 12 которого перпендикулярна плоскости кольца 7, причем дли- на большой диагонали 12 ромба сос- ;тавляет 1,5-2 длины его малой диаго- |нали 13, а толш,ина Ь и Ь кольца 17 в зонах соединения с силовводящей 5 и опорной 6 оболочками равна 2,5 - 3,5 толщины соответствующей оболочки. Полость датчика герметизирована мембраной 14 и крьшкой 15.

Датчик работает следующим образом Измеряемое усилие Р сиповводящим элементом 2 через концы 8 и 9 силовводящей оболочки 5 передается на кольцо 7, которое опирается на корпус 1 через концы 10 и 11 опорной оболочки 6, Под действием изгибаю- щего момента сечение кольца 7 поворачивается, при этом текзорезисторы 3 и 4 получают тангенциальную деформацию, преобразуемую в выходной сигнал датчика.

Соединение силовводящей 5 и опорной 6 оболочв с кольцом 7 в середине высоты полых цилиндров и кольца обеспечивает упругую симметрию датчика. Это предопределяет симметртгч- ную форму характеристики преобразования датчика при измен га на травле- ния измеряемого усилия, а также уменьшение влияния поперечных сил и моментов и ввод их неустраненной части строго по нейтральной плоскости кольца, что повышает точность измерения усилий о

Наиболее напряженными в упругом элементе являются зоны оболочек 5 и 6 в плоскостях их сопряжения с кольцом 7. Двойное сопряжение каждой оболочки с кольцом обеспечивает снижени уровня напряжений в этих зонах примерно в два раза, благодаря чему существенно уменьшается вероятность возникновения в них усталостных явлений, что одновременно повьш1ает точность и надежность датчика. Этот эффект усиливается тем, что при любом направлении измеряемого усилия один конец каждой из оболочек 5и 6 работает на растяжение, а второй на сжатие.

Сечение кольца в форме .ромба позволяет снизить средний уровень напряжений в кольце, так как в зоне наибольших тангенциальных напряжений измеряемых тензорезисторами,находится относительно малая часть сечения. Соотношение диагоналей ромба, равное 1,5-2, позволяет пропорционально уменьшить угол поворота сечения упругого элемента при одинаковом с прототипом значении рабочего коэффициента передачи, что в 1,5-2 раза снижает уровень изгибных напряжений в зоне сопряжения оболочек 5 и 6 с кольцом 7 и существенно усиливает,положительный эффект от двойного сопряжения оболочек с кольцом и двукратного снижения уровня напряжений. Выполнение толщины h и h,.j кольца в зоиах соединения с силовводящей и опорной оболочками равной 2,5-3,5 толщины стенки соответствующей оболочки обеспечивает преимущественный изгиб не по кольцу, а по прилегающим участкам оболочек, обладающих лучшей из- гибной податливостью. При этом также обеспечивается минимальное удаление изгибаемых участков оболочек от ней тральной плоскости. I

В совокупности это повышает точность и надежность датчика.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик силы, содержащий корпус, кольцо,силовводя- щий элемент, кольцевой осесимметрич- ный упруггш элемент с тензорезисторами, соединенный с корпусом и силовво- дящим элементом посредством силовво- дящей и опорной оболочек, выполненных в виде полых цилиндров,сопряженных с ним в зоне нейтральной плоскости кольца, и жестко соединенных с си- ловводящим элементом и корпусом Соот- ветстбенно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, силовводящая и опорная оболочки соединены с кольцом в середине высоты полых цилиндров и кольца, а с силовводящим элементом и корпусом - в зонах, прилегающих к торцам полых цилиндров, поперечное сечение кольца выполнено в форме ромба, большая диагональ которого перпендикулярна плоскости кольца, причем длина большой диагонали ромба составляет 1,5-2 длины его малой диагонали, а толщина сечения кольца в зонах соединения с силовводящей и опорной оболочками равна 2,5гЗ,5 толщины стенки соответствующей оболочки.

Изобретение относится к силоиз- мерительной технике и повьшает точность и надежность устройства. Воздействующее на силовводящий элемент 2 измеряемое усилие передается через силовводящую оболочку 5 на кольцо 7, выполненное в форме ромба. Длина больше диагонали ромба, перпендикулярной плоскости кольца 7, составляет 1,5-2 длины его малой диагонали. Соединение силовводящей 5 и опорной 6 оболочек с кольдом 7 в середине их высоты обеспечивает упругую симметрию датчика. Толщина сечения кольца в зонах соединения с оболочками 5 и 6 равна 2,5-3,5 толщины стенки соответствующей оболочки, что обеспечи вает минимальное удаление изгибаемых участков оболочек от нейтральной плоскости.1 ил. i (Л ю 00 СП СХ) со J3 / 7 V

Редактор Е.Папп

Составитель Б.Годзиковский

Техред Л.0лНИНыкКорректор М.Шароши

Заказ 4,146/40

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное