Чувствительный элемент Советский патент 1990 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий или крутящих моментов.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функцио- нальных возможностей устройства.

На фиг. 1 изображен чувствительный

1 г О

элемент с углом нарезки 15 5 на фиг. 2 - то же, с углом нарезки 45 ,

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент, состоящий из упругого стержня 1, в котором выполнена на его боковой поверхности под углом V5° к его оси многозаходная нарезка 2. Глубина нарезки 1,5-2 диаметра тензоре- зисторной проволоки. Навитая с предварительным натягом тензорезисторная проволока, расположенная в многоза- ходной нарезке, образует тензорезисторы 3, 4 сжатия. Навитая с предвари- тельным натягом на боковой поверхности упругого стержня тензорезисторная проволока образует тензорезисторы 5, 6 растяжения. Этот силочувствительный элемент предназначен для измерения больших осевых усилий (свыше 1000кН).

На фиг, 2 изображен чувствительный элемент, состоящий из упругого стержня 7, в котором выполнены на одной и той же его боковой поверхности под углом 45° к оси многозаходные правая 8 и левая 9 нарезки. Причем глубина одной нарезки больше другой на 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки. Навитая с предварительным натягом тензорезисторная проволока, располо- Жённая в правой многозаходной нарезке, образует тензорезисторы растяжения 10 - 13, а в левой - сжатия 14-17

Чувствительный элемент (фиг. 1) работает следующим образом.

Вдоль оси упругого стержня действует усилие. Упругий стержень совместно с тензорезисторами деформируется так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаются, а 5, 6 растягиваются. Это приводит к разбалансу электрического моста, величина которого пропорциональна измеряемому усилию. Выполнение многозаходной нарезки под углом менее 20° к оси упругого стержня способствует уменьшению влияния напряжений, растягивающих тензорезисторы сжатия. Выполнение навивки тензорезисторов растяжения с малым шагом навивки проволоки способствует уменьшению влияния напряжений, сжимающих тензорезисторы растяжения, так как диаметр тензорезисторной проволоки очень мал.

Чувствительный элемент, предназначенный для измерения больших осевых усилий (свыше 1000 кН), с увеличенным значением электрического сигнала изображен на фиг. 1 (левая нарезка не показана). Расположение тензорезисторной проволоки в этом случае поясняется разрезами А-А, приведенными на фиг. 1 и 2. Воздействующее усилие Р деформирует упругий элемент, Тензорезисторы, расположенные в левой нарезке, сжимаются так же, как расположенные в правой нарезке, причем получаем удвоенное значение приращения электрического сигнала за счет только одного плеча мостика Уин- стона, в который включены эти тензорезисторы сжатия. Это позволяет увеличить длину тензорезисторов 5 и 6 растяжения фиг. 1, Поэтому в данном

случае получаем повышенное значение величины электрического сигнала за счет более полного использования деформации этой поверхности.

Силочувствительный элемент (фиг.2) работает следующим образом.

К торцам упругого стержня приложены одинаковые и разнонаправленные

и под действием малых усилий (менее 10 кН), Выполнение упругого стержня полым будет способствовать увеличению податливости чувствительного ле- мента, следовательно, увеличению электрического сигнала. Это эквивалентно снижению величины приложенного усилия. Использование большей части

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий или крутящих моментов. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Чувствительный элемент содержит упругий стержень 1, на боковой поверхности которого под углом меньше 20° к его оси выполнена многозаходная нарезка 2 с глубиной, равной 1,5 - 2 диаметрам тензопроволоки. В нарезке навита с предварительным натягом тензопроволока, образующая тензорезисторы сжатия 3, 4. На той же боковой поверхности над нарезкой навита тензопроволока, образующая тензорезисторы растяжения 5, 6. При приложении силы P вдоль оси упорного стержня он деформируется совместно с тензорезисторами так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаются, а тензорезисторы 5, 6 растягиваются. На упругом стержне, на его боковой воерхности, может быть выполнена многозаходные правая и левая нарезки. При этом угол нарезки равен 45°. Использование трехслойного расположения тензорезисторов увеличивает чувствительность упругого стержня. Стержень ослаблен с помощью внутреннего отверстия, использование навиваемых тензоризисторов и отверстия в стержне дает возможность измерения крутящего момента. Для измерения малых значений сил к торцам упругого стержня присоединены рычаги. С их помощью усилие трансформируется в крутящий момент, который закручивает стержень. Величина получаемого сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. 4 З.п. ф-лы, 2 ил.

крутящие моменты, под действием кото- JQ деформируемой поверхности для измерерых происходит его закручивание. Это приводит к дополнительному растяжению тензорезисторов 14 - 17 и уменьшению растягивающих напряжений тензорезисторов 10-13 (они навиты с предвари- 15 Резки незначительна, так как тензотельным натягом), что приводит к разбалансу электрического моста, величина которого пропорциональна измеряемому крутящему моменту. Повышение величины электрического сигнала в данном случае также происходит из-за использования многозаходной винтовой нарезки, так как при этом длина тен- зорезисторной деформируемой проволоки увеличивается пропорционально количеству нарезок. Поэтому для измерения больших крутящих моментов будем полу- чать достаточную величину электрического сигнала, что расширит функциональные возможности чувствительного элемента.

Чувствительный элемент, предназначенный для измерения крутящих моментов уменьшенной величины, приведен на фиг. 2 (внутреннее цилиндрическое отверстие не-показано). К торцам упругого стержня приложены одинаковые и разнонаправленные крутящие моменты, под действием которых происходит его закручивание. Так как в упругом стержне выполнена полость, то при приложении крутящих моментов малой величины будем получать достаточной величины электрический сигнал. При этом точность измерения будет высокая.

Чувствительный элемент, предназначенный для измерения малых усилий, изображен на фиг. 2 (силовоспринимаю- щие рычаги и внутреннее отверстие в

резисторная проволока, как правило, имеет диаметр 20 мк. Поэтому концентрации напряжений вблизи нарезки не происходит. Это позволяет использо20 вать чувствительный элемент для измерения больших усилий.

В случае использования трехслойного расположения тензорезисторов достигается значительное увеличение

25 чувствительности упругого стержня, а также увеличивается коэффициент использования поверхности чувствительного элемента.

Использование правой и левой разЗо новысотной нарезки малой глубины, различие составляет 1,5-2,0 диаметра тензорезисторной проволоки, способствует более полному использованию для измерения боковой поверхности упруго35

40

45

го стержня, Тензорезисторы в этом случае располагаются строго под 45° к оси стержня, что увеличивает точность измерения.

Совокупное использование навиваемых тензорезисторов на упругий стержень и его ослабление с помощью внутреннего отверстия позволяет измерять крутящие моменты малой величины с большой точностью.

Использование рычагов, присоединенных к концам полого упругого стержня, на котором выполнены многозаходная левая и правая разновысотная нарезка, в которой с предварительным

упругом стержне не показаны). С помо- 50 натягом расположена тензорезисторная щью рычагов, соединенных с концами проволока, дает возможность измерения

динамических усилий малой величины

упругого полого стержня, перпендикулярно его оси, усилие трансформируется в крутящий момент, который и закручивает этот стержень. Величина получаемого электрического сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. Поэтому этот чувствительный элемент будет закручиваться

55

(менее 10 кН).

Чувствительный элемент в зависимости от нового конструктивного выполнения может быть использован для измерения как больших, так и малых усилий и крутящих моментов, что является расширением функциональных возния достигается тем, что на боковой поверхности упругого элемента выполнена многозаходная нарезка под углом, меньшим 20 , к его оси. Глубина нарезисторная проволока, как правило, имеет диаметр 20 мк. Поэтому концентрации напряжений вблизи нарезки не происходит. Это позволяет использовать чувствительный элемент для измерения больших усилий.

В случае использования трехслойного расположения тензорезисторов достигается значительное увеличение

чувствительности упругого стержня, а также увеличивается коэффициент использования поверхности чувствительного элемента.

Использование правой и левой разновысотной нарезки малой глубины, различие составляет 1,5-2,0 диаметра тензорезисторной проволоки, способствует более полному использованию для измерения боковой поверхности упруго

го стержня, Тензорезисторы в этом случае располагаются строго под 45° к оси стержня, что увеличивает точность измерения.

Совокупное использование навиваемых тензорезисторов на упругий стержень и его ослабление с помощью внутреннего отверстия позволяет измерять крутящие моменты малой величины с большой точностью.

Использование рычагов, присоединенных к концам полого упругого стержня, на котором выполнены многозаходная левая и правая разновысотная нарезка, в которой с предварительным

(менее 10 кН).

Чувствительный элемент в зависимости от нового конструктивного выполнения может быть использован для измерения как больших, так и малых усилий и крутящих моментов, что является расширением функциональных возможноетей с повышением точности их i измерений.

Формула изобретения

разнонаправленной под углом менее 20 а глубина первой нарезки больше второй на 1,5 - 2 диаметра тензорезисторной проволоки.

5.Элемент по п. 4, отличающийся тем, что оба конца упругого стержня снабжены рычагами одинаковой длины и расположенными перпендикулярно его оси.