Тензометрическое устройство Советский патент 1991 года по МПК G01L1/22 

9 7

3 8 10

Фиг.1

Изобретение относится к массо-и си- лоизмерительной технике и может быть использовано, например, при создании прецизионных весов, динамометров для медицинской клинико-диагностической техники.

Цель изобретения - повышение точности измерений и упрощение электрической схемы многоопорного тензометрического устройства.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема трехопорного тензометрического устройства для измерения массы; на фиг. 2 -то же, вид сверху; на фиг. 3 - функциональная схема устройства; на фиг.4 и 5 - схемы соединения тензорезисторов темзометри- ческих узлов в единую соответственно мостовую и полумостовую схемы; на фиг.б - график зависимости выходного сигнала устройства от деформации для предлагаемо- го и известного устройств.

Тензометрическое устройство (фиг. 1) состоит из грузовоспринимающей платформы и автономных тензометрических узлов 2, размещенных на опорах 3. Каждый тензо- метрический узел 2 содержит упругий элемент 4, например, в виде двухбалочной пружины, на котором установлены тензоре- зистивные преобразователи 5-8.

При этом, если принять тензорезисторы 5 и 6 (фиг. 1 и 3), размещенные на рабочих плечах 9 и 10 соответственно, каждого упругого элемента 4 за тензорезисторы с положительной девиацией сопротивления, то соответствующие им тензорезисторы 7 и 8 будут иметь отрицательную девиацию сопротивления при приложении нагрузки к силовоспринимающией платформе 1.

Опоры 3 с закрепленными на них автономными тензометрическими узлами 2 установлены по периферии силовосприни- мающей платформы 1 (фиг. 2) симметрично относительно ее геометрического центра 0 с возможностью перемещения в плоскости приложения усилий (в плоскости платформы 1) в направлении к геометрическому центру О платформы 1 и обратно, а также с возможностью фиксации в необходимом положении.

Возможность перемещения опор 3 с закрепленными на них автономными тензо- метрическими узлами 2 реализована путем выполнения в платформе 1 направляющих радиальных пазов 11 (по числу опор 3), равноудаленных от геометрического центра 0 платформы 1 и симметричных ему, в которые с малым зазором входят выступы 12 корпусов тензометрических узлов 2.

В устройстве с трехопорной платформой 1 пазы 11 расположены в вершинах равностороннего треугольника, равноудаленных от центра 0 платформы 1, причем оси пазов 11 совмещены с направлением (хетветствующих им радиусов платформы 1. Длина пазов 11 выбирается с учетом возможного начального технологического разброса характеристик упругих элементов 4 и тензорезисторов 5-8 отдельных тензоузлов 2 и лежит в пределах 1-2 % от величины соответствующего радиуса.

Возможность фиксации положения опор 3 с автономными тензометрическими узлами 2 реализуется посредством фикси- рующих винтов 13 (или гаек).

Тензорезисторы 5-8 всех автономных тензометрических узлов 2 соединены в единую мостовую (полумостовую) схему (фиг. 4 и 5), причем тензорезисторы 5 с положительной дзвиацией сопротивления всех автономных узлов 2 включены последовательно в одно плечо моста, в противолежащее плечо которого также включены последовательно соединенные тензорезисторы б с положительной девиацией сопротивления всех автономных узлов 2, а в смежные с ними плечи моста включены, соответственно, все тензорезисторы 7 и все тензорезисторы 8 с противоположным знаком девиации сопротивления.

Таким образом, каждому плечу моста (полумоста) принадлежат тензорезисторы всех автономных теизоузлов 2, причем в каждом плече они имеют последовательное и одинаковое по знаку девиации сопротивления включение, а смежные плечи моста ( полумоста) различаются по знаку девиации сопротивления, образующих их тензорезисторов. Мостовая или полумостовая схемы работают с источником 14 питания.

При наладке устройства а процессе его сборки осуществляют коррекцию коэффициента преобразования в каждом автономном тензометрическом узле 2. Для этого на время коррекции коэффициентов преобразования тензорезисторы 5-8 каждого автономного узла 2 соединяют в свою мостовую схему. Нагружают платформу 1 калиброванными грузам/., обеспечивая равные приращения массы, При каждой конкретной нагрузке измеряют выходные сигналы по каждому из автономных узлов 2 и сопоставляют их между собой. Для получения одинаковых величин коэффициентов преобразования автономных узлов 2 их перемещают вместе с опорой 3 вдоль геометрического радиуса платформы 1 скольжением выступа 12 в направляющем пазу 11, добиваясь равных величин приращения выходных сигналов этих узлов в процессе нагружен.ия. Затем положения автономных

узлов 2 с опорами 3 фиксируют винтами 13, а тензорезисторы 5-8 всех автономных узлов 2 соединяют в мостовую (полумостовую) схему (фиг. 4 и 5).

На фиг. 6 заштрихована область распо- 5 ложения характеристически ЛU2(AI)отдельного тензоузла при перемещении его направлении к геометрическому центру 0 плат: формы 1 иобратно по направляющему пазу 11. Ширина области, соответствующая дли- 10 не паза 11. лежит в пределах приблизительно ± 2 % от номинального значения крутизны преобразования тензоузла.

Устройство работает следующим образом.15

Груз (например, кровать с пациентом) помещают на платформу 1, стараясь расположить его ближе к геометрическому центру О платформы. Усилие, воспринимаемое платформой 1, передается через выступ 12 корпу- 20 са каждого автономного тензометрического узла 2 на его упругий элемент 4.

Деформация упругих элементов 4, пропорциональная нагрузке, измеряется с помощью тензорезисторов 5-8, преобразующих 25 деформацию в электрический сигнал.

Результирующий для всех автономных узлов 2 сигнал информации об измеряемой массе (усилии), полученный путем последовательного и согласного суммирования сиг- 30 налов отдельных тензоузлов 2 в мостовой (полумостовой) схеме устройства, поступает с выводов AUS моста (полумоста) к внешнему измерительному устройству, осуществляющему при необходимости уси- 35 ление выходного сигнала и преобразование его в необходимую форму.

Результирующее напряжениесигналаД Ц сформированное путем последоваг тельного и согласного суммированния 40 напряжений AU| отдельных автономных измерительных узлов 2, равно -AU,,

где т - количество измерительных узлов в системе.

С учетом того. что. ДU| n ДН ( . получаем

-ARi -tJ,

где т-п.50

Учитывая, что коэффициент преобразования устройства

ли таг55

Kn

где Im -величина линейной деформации упругого элемента, достигаемый выигрыш А в увеличении коэффициента преобразования, как отношение коэффициентов преобразования в предлагаемой Кп(п) и известной Кп(и) измерительных системах, будет

- ) К„(и)

Ic-ARi -3 n ARi -3 Aln

rn

Таким образом, тензометрическое устройство без привлечения дополнительных технических средств обеспечивает в сравнении с известным m-кратное увеличение результирующего коэффициента преобразования Кп при одинаковых с известным устройством величине упругой деформации и токе питания тензорезисторов с обеспечением возможности коррекции наклона характеристики преобразования усилие-капрлжение сигнала отдельного измерительного узла.

Формула изобретения

Тензометрическое устройство, содержащее многоопорную симметричную силовоспринимающую платформу с автономными тензометрическими узлами в виде упругих элементов, размещенных в опорах и тензопреобразователи с противоположными знаками девиации сопротивления на каждом рабочем плече упругого элемента, включенные в мостовые схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения электрической схемы устройства, тензопреобразователи автономных тен- зометрических узлов соединены в единую мостовую или полумостовую схемы, в каждом плече мостовой схемы равное количество тензопреобразователей каждого автономного тензометрического узла соединены последовательно и одинаково по знаку девиации сопротивлений, а в смежных плечах схемы размещены тензопреобразователи с противоположными знаками девиации сопротивлений, при этом каждый упругий элемент с опорой установлен с возможностью радиального перемещения в плоскости платформы и фиксации его положения.

//

13

11

15

15

11

Изобретение относится к массо- и сило- измерительной технике и может быть использовано при создании прецизионных весов, динамометров для медицинской клинико-диагностической техники. Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение электрической устрой/ 12 / ства. Усилие помещенного на грузовоспри- нимающую платформу 1 груза передается через выступ 12 корпуса каждого автономного тензометрического узла 2 на его упругий элемент 4. Деформация упругих элементов 4, пропорциональная нагрузке, измеряется с помощью тензопреобразова- телей 5-8. Результирующий сигнал об измеряемом параметре, полученный путем последовательного и согласного суммирования сигналов автономных тензометрических узлов 2 в мостовой или полумостовой схеме устройства, поступает с выводов моста к внешнему измерительному устройству. В устройстве предусмотрена возможность радиального перемещения каждой из опор 3 с тензометрическим узлом 2 в плоскости платформы 1 с помощью пазов 11 и фиксации в заданном положении с помощью винтов 13 для обеспечения коррекции коэффициентов преобразования тензометрических узлов 2. 6 ил. (Л С п|п о ч| ю ю ю 4

1 5 5

//

v

щ

Xй

3S

////А

X1

/ // /////w/////////////// 13873873

Фиг. 2

U

Ми

S

Ы,

X1

0to.J

Фие.5