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

S

(Л

с

4 ю ел

4

00 to

Изобретение относится к силоизмеритель- ной технике, в частности, для измерения знакопеременных нестационарных усилий.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Уравнение динамики датчика силы при соответствующих допущениях может быть представлено в виде

М X (t) +ci(t) +Kx(t) F(t),(1)

где М, С и К - параметры, характеризующие соответственно присоединенную к штоку датчика массу, демпфирование и жесткость упругого элемента; x(t) - деформация упругого элемента, пропорциональная выходному сигналу датчика; F(t) - измеряемое усилие, воздействующее на щток датчика. Из приведенного соотношения следует, что усилие F t, действующее на шток датчика, в общем случае раскладывается в датчике на три составляющие: инерционную Mx(t) демпфирующую Cx(t) и упругую Kx(t. В передемпфированном датчике, т. е. в датчике, в котором степень успокоения колебаний больше критической (), инерционная составляющая Mx(t) пренебрежимо мала при любой форме из- |1еряемого усилия, и соотношение (1) в этом случае приводится к виду : F(t) Kx(t) +ci(t),(2)

Из которого следует, что в передемпфиро- анном датчике входное усилие F(t} раскла- а,ывается только на две составляющие и, {следовательно, если к выходному сигналу |;илоизмерительного элемента (упругая со- Ьтавляющая) добавить в соответствующем Масштабе сигнал, пропорциональный демпфирующей силе, то суммарный сигнал воспроизведет точную, без динамических иска- ркений, масштабную копию измеряемого усилия. В предлагаемой конструкции датчика электрический сигнал, пропорциональный 5 пругой составляющей, снимается с тензо- резисторов, наклеенных на силоизмеритель- |ный элемент, а сигнал, пропорциональный демпфирующей силе, снимается с тензоре- зисторов, наклеенных определенным образом на силовые элементы демпфера, и далее эти электрические сигналы суммируются. На фиг. 1 представлен тензорезисторный датчик силы; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Датчик состоит из корпуса 1, в котором на двух центрирующих и герметизирующих мембранах 2 вывешен шток 3, опирающийся на силоизмерительный элемент 4 с наклеенными на его поверхности тензорезисто- рами 5. На конце щтока закреплен подвижный диск 6, который с осевым зазором обхватывается двумя неподвижными дисками 7, жестко скрепленными с корпусом датчика, закрытым с двух сторон крышками.

0

Подвижный диск демпфера (фиг. 2) выполнен в виде двух концентрично расположенных колец, соединенных между собой четырьмя перемычками, на боковых поверхностях которых наклеены тензорезисторы 8, испытывающие деформацию сдвига. Возможны другие варианты исполнения подвижного диска демпфера, например с тонкой цилиндрической шей кой между диском и внутренним кольцом, но в любом случае используются тензорезисторы, воспринимающие деформацию, вызванную демпфирующей силой, воздействующей на подвижный диск демпфера. Тензорезисторы 8 объединены в мостовую измерительную схему и че5 рез гермовводы 9 подключены к электрической схеме силоизмерительного элемента, например, по схеме параллельного включения мостовых схем.

Полость демпфера заполнена полиметил- силоксановой демпфирующей жидкостью,

0 вязкость которой обеспечивает степень успокоения колебаний датчика больше критической 4 1 (передемпфирование) при фиксированных геометрических параметрах элементов демпфера.

5 Датчик работает следующим образом. При действии измеряемого усилия на щток 3 датчика деформируются мембраны 2 и силоизмерительный элемент 4. Деформация силоизмерительного элемента преобразуется посредством тензорезисторов 5 в элект0 рический сигнал, который поступает на разъем 10. Одновременно щток перемещает подвижный диск 6 демпфера. При этом демпфирующая жидкость вытесняется из умень- щающегося плоского кольцевого зазора и всасывается в увеличивающийся зазор. Та5 КИМ образом, перемещению подвижного диска 6 препятствует сила вязкого сопротивления, которая вызывает деформацию перемычек, связывающих кольцевую активную часть демпфера со щтоком. Тензорезисторы 8, наклеенные на перемычки, формируют

электрический сигнал, пропорциональный демпфирующей силе, который через гермовводы 9 поступает на разъем и суммируется с электрическим сигналом силоизмерительного элемента.

5 Электрический сигнал в демпфере возникает только на переходных режимах работы датчика, а при измерении статических усилий выходной сигнал с демпфера отсутствует и измеряемому усилию полностью соответствует выходной сигнал силоизмери0 тельного элемента.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик силы, содержащий корпус, в котором расположен тен- 5 зорезисторный силоизмерительный элемент связанный со штоком, гидравлический демпфер, выполненный в виде подвижного диска, закрепленного на щтоке с осевым двусторонним зазором между двумя неподвижными дисками, измерительную схему, подключенную к тензорезисторному элементу, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности измерений, в нем на подвижном диске демпфера размещены тензорезисторы, включенные в измерительную цепь тензо- резисторного силоизмерительного элемента.

Изобретение относится к силоизмери- тельной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных нестационарных усилий. Цель изобретения - повышение точности измерения. В корпусе 1 расположен связанный со штоком 3 силоизме- рительный элемент 4 с наклеенными на его поверхности тензорезисторами 5. При действии измеряемого усилия на шток 3 датчика деформируются мембраны 2. Одновременно шток 3 перемещает подвижный дцск 6 демпфера, размешенного на штоке с осевым двухсторонним зазором между двумя неподвижными дисками 7. Сила вязкого сопротивления препятствует перемешению подвижного диска б и деформирует тензоре- зисторы, закрепленные на перемычке диска. Формируется электрический сигнал, пропорциональный демпфируюшей силе, который суммируется с электрическим сигналом сило- измерительного элемента 4. 2 ил.

8

Фиг. г