Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1991 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к силоизме- рительной технике и предназначено для измерений сил, в том числе и знакопеременных.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлен датчик.

Упругий элемент датчика, будучи выполненным заодно целое, телом вращения, включает в себя силовоспри- нимающую часть 1, силовводящую цилиндрическую собственно оболочку 2,внутреннюю кольцевую полку 3, собственно кольцо 4, наружную кольцевую полку 5, опорную цилиндрическую оболочку с фланцем 6, поднезисторные высту- пы 7 и 8. Тензорезисторы 9 и 10 размещены на цилиндрических поверхностях поднезисторных выступов.

К корпусу 11 упругий элемент крепится жестко и от внешней среды его рабочая зона герметизируется мембраной 1 2.

Датчик работает следующим образом.

При измерении сжимающих усилий, кольцо нагружается активным осевым усилием, распределенным по диаметру d, и реактивным осевым усилием,распределенным по диаметру d. Кольцо 4 изгибается что обуславливает поворот левой части меридионального сечения по часовой стрелке, а правой - наоборот. При этом тензорёзисторы 9, размещенные на поднезисторном выступе 7, испытывают деформацию сжатия, а тензореэисторы 10, размещенные на 1подрезисторном выступе 8, - деформа- .цию растяжения, что позволяет реали0ССГ

СО

Ј

зовать схему моста с четырьмя активными тензорезисторами.

При измерении растягивающего усилия все знаки перемещений и деформаций меняются. Коэффициент передачи датчика с таким упругим элементом, с достаточной для практических целей точностью, можно определить по зависимости

К F

V . F,

- измеряемое усилия;

- д -К-S(d6 - d2)l.hTJ/RT-;

где К1 - константа; S - коэффициент тензочувствительности материала тен- зорезисторов; пт:и RTJ - соответственно расстояние от срединной плоскости кольца до j-ro тенэорезистора и радиус цилиндрической поверхности под j-м тензорезистором; Ск - коэффициент жесткости изгибаемого кольца.

Для минимизации нелинейности необходимо, чтобы

V(gO const

(3)

а для обеспечения идентичности характеристик при изменении знака измеряемого усилия необходимо,чтобы

.V(+cO - V(-tf), (4)

где ОС oi(F) - угол поворота меридионального сечения изгибаемого кольца, включающего условно-составные части 3,4,5,6 и 8.

Ввиду малости угла (X , параметры в числителе зависимости (2) мож- но принять независимыми от об .

При этом условия (3) и (5) будут выполняться, если

С„(+бО СК(-К) const.

(5)

и V г (л/ к

Коэффициент жесткости кольца определяется зависимостью

Е

RK

1А

(6)

где Е - модуль Юнга материала упругого элемента; RK радиус центра

16313194

тяже, и меридионального сечения кольца; Ix - осевой момент инерции меридионального сечения кольца.

Так как изгиб кольца практически

не изменяет RK, то геометрическая нелинейность прямо пропорциональна изменению момента инерции меридионального сечения ввиду его поворота на угол об . Известно, что значение осевого момента инерции сечения, повернутого на угол ф6 определяется зависимостью I

5

0

5

0

5

0

5

0

I2.2

1 cos Oi + ly sin 0Ј,

Iv I

из которой следует, что при при любом значении будет I Ј 1, , что и требуется для выполнения условия (5).

Так как смещение поднезисторного выступа на соответствующем торце кольца в противоположную сторону смещению кольцевой полки от центра тяжести сечения способствует выравниванию значений 1 и Iu, т.е. этот путь к обеспечению условия (5) является наиболее эффективным.

Предлагаемый датчик обеспечивает уменьшение нелинейности и повышение идентичности его характеристик при измерении сил противоположной направленности.

Формула изобретения Тензорезисторный датчик силы, содержащий корпус, соединенный с упругим элементом, выполненным в виде кольца заодно целое с внутренней и наружной кольцевыми полками и цилиндрическими опорной и силовводящей оболочками, причем на торцовых поверхностях кольца выполнены подрезистор- ные выступы с размещенными на них тензореэисторами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, моменты инерции кольца в его меридиональном сечении относительно центральных осей, одна из которых параллельна линии действия измеряемой силы, равны, при этом подре- зисторные выступы расположены по разные стороны от этой же оси.

/ 2795 / I / /

3 Ч В Ю

б 11

Изобретение относится к силоиз- мерительной технике и предназначено для измерений сил, в том числе и знакопеременных. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения нелинейности и повышения идентичности характеристик при измерении знакопеременных сил. Цель достигает- ,ся тем, что несущее изгибаемое кольцо упругого элемента выполнено с меридиональным сечением, обладающим равенством моментов инерции относительно центральных осей X и Y, при этом подрезисторные выступы расположены по разные стороны от центра тяжести сечения кольца. 1 ил. I (Л