Устройство для измерения силы Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 

1

,Q

,8

Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности при уменьшении габаритов. При приложении силы в месте расположения отверстия 6 для крепления тяги центральный выступ 5 Т-образного силовоспринимающе- го элемента и перемычки 4, связывающие концы поперечной части 3 силовоспринима- ющего элемента с зажимаемым элементом 2 и расположенные симметрично плоскости симметрии этих элементов, изогнутся так, что тензорезисторы 7, размещенные в местах сопряжения перемычек 4 с концами поперечной части 3, будут испытывать отрицательные деформации, а тензорезисторы 8, установленные в месте сопряжения выступа 5 с поперечной частью 3 симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента, будут испытывать положительные деформации. В результате сила будет преобразована в выходной сигнал электрического моста, в который собраны тензорезисторы 7 и 8. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. со

О

э-Н-о

XI

со чэ ю

00

о о

7-1

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения силы или расстояния, и может быть использовано преимущественно в преобразователях давления, разности давлений или усилия в электрический сигнал.

Известно устройство, чувствительное к усилию, содержащее упругую объемную ба- лочку, выполненную Т-образной формы, одно короткое плечо которой укреплено неподвижно, к второму короткому плечу прикладывается усилие, а на длинной стороне ее размещены тензорезисторы, воспринимающиеразнонаправленныедеформации балочки и соединенные в электрический мост. При увеличении приложенного усилия в длинной стороне балочки увеличиваются разнонаправленные деформации, изменяя сопротивление тензорези- сторов, а следовательно, увеличивая электрический сигнал.

Недостатком такого устройства является возникновение значительных деформаций из-за большого объема балочки при изменении температуры, что приводит к снижению точности измерения, кроме того, изготовление такой монолитной балочки является достаточно сложным.

Известно другое устройство, выполненное в виде упругой мембраны с прикреплен- ным к ее центру стержнем и перпендикулярно ей. По краям мембрана закреплена неподвижно, а на ее поверхности по обе стороны от ее центра размещены тензорезисторы. Усилие прилагается к свободному концу стержня и перпендикулярно ему. При приложении усилия к стержню участки мембраны, находящиеся по обе стороны стержня, изгибаются в противоположных направлениях, вызывая разнонаправленные деформации.

Надостатком такого элемента также является возникновение значительных деформаций при изменении температуры, а следовательно, и снижение точности. Такие устройства имеют большие жесткости, что не позволяет использовать их для измерений малых усилий. Изготовление такого устройства также сопряжено с трудностями.

Наиболее близким к предлагаемому является устоойство для измерения силы, выполненное в виде плоской пружины, имеющей зажимаемый и Т-образный сило- воспринимающие элементы, две перемычки, расположенные по обе стороны силовоспринимающего элемента и соединенные с его боковыми выступами и зажимаемым элементом На перемычках в местах сопряжений их с боковыми выступами силовоспринимающего элемента и с зажимаемым элементом расположены четыре тензорезистора, собранные в мостовую схему.

Недостатком такого элемента является

недостаточная точность измерения, так как малейшее отклонение точки приложения усилия от точки, равноудаленной от центров деформируемых участков изгибных перемычек, приведет к перераспределению деформаций.

Кроме того, размещение на каждой из перемычек по два тензорезистора приводит к увеличению габаритов.

Цель изобретения - повышение точности при уменьшении габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения силы, содержащем зажимной и силовоспринимающий Т- образный элементы, две перемычки,

симметрично расположенные относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента и соединенные с концами его поперечной части и зажимным элементом, и собранные в мостовую схему четыре тензорезистора, два из которых размещены в местах сопряжения перемычек с концами поперечной части силовоспринимающего элемента, а третий и четвертый тензорезисторы установлены в месте сопряжения

центрального выступа силовоспринимающего элемента с его поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента.

Кроме того, перемычки имеют одинаковую ширину, равную половине ширины центрального выступа силовоспринимающего элемента.

Кроме того, удаленный от поперечной

части конец центрального выступа силовоспринимающего элемента снабжен боковыми выступами.

Кроме того, в силовоспринимающем элементе в плоскости его симметрии между

тензорезисторами выполнена прорезь.

Сопоставительный анализ с известным устройством позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство для измерения силы отличается тем, что третий и четвертый

тензорезисторы установлены в месте сопряжения центрального выступа силовоспринимающего элемента с его поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента.

Кроме того, перемычки имеют одинаковую ширину, равную половине ширины центрального выступа силовоспринимающего элемента.

Кроме того, удаленный от поперечной части конец центрального выступа силовос- принимающего элемента снабжен боковыми выступами.

Кроме того, в силовоспринимающем элементе в плоскости его симметрии между тензорезисторами выполнена прорезь.

Такое выполнение устройства для измерения силы позволяет прикладывать силу по одну сторону от прямой линии сопряжения перемычек и центрального выступа с поперечной частью силовоспринимающего элемента, на которой размещены все тензорезисторы и поэтому не требует высокой точности размещения точки приложения усилия, т.е. повысить точность измерения.

Кроме того, уменьшаются габариты устройства, так как уменьшается длина перемычек из-за отсутствия расширенных участков и участков для размещения третьего и четвертого тензорезисторов.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения силы, вид сверху; на фиг.2-разрез, А-А на фиг.1; на фиг.З и 4 - варианты выполнения устройства для измерения силы.

Устройство для измерения силы (фиг.1) выполнено из упругой прямоугольной пластины 1. Она имеет зажимаемый элемент 2 и Т-образный силовоспринимающий элемент, состоящий из поперечной части 3 и центрального выступа 5, на конце которого выполнено отверстие 6 для крепления тяги, передающей силу на выступ 5. Симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающегоэлементарасположены две перемычки 4, которые соединены с концами поперечной части 3 силовоспринимающего элемента и зажимным элементом 2. Ширина каждой перемычки равна половине ширины центрального выступа 5. На перемычках 4 вблизи от линии соединения их с концами поперечной части 3 силовоспринимающего элемента размещены тензорезисторы 7. По обе стороны от плоскости симметрии силовоспринимающего элемента на центральном выступе 5 размещены третий и четвертый тензорезисторы 8 вблизи от линии соединения центрального выступа 5 с поперечной частью 3 силовоспринимающего элемента. Тензорезисторы 7 и 8 выполнены в виде длинных продольных и коротких поперечных участков. При этом продольные участки расположены параллельно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента. Таким образом, тензорезисторы 7 и 8 расположены по одной прямой линии, совпадающей с линиями соединения перемычек 4 и центрального выступа 5 с поперечной частью 3

силовоспринимающего элемента и ориентированы в одном направлении. Зажимаемая часть 2 устройства имеет отверстие 9 для крепления ее на неподвижном основании.

На фиг.2 показано сечение А-А пластины 1, деформированной под действием силы Р. На фиг.2 видно, что на обращенной к прилагаемой силе Р поверхности центрального выступа 5 возникают положительные

0 деформации, на перемычках 4 возникают отрицательные деформации. Тензорезисторы 7 включены в два противоположных плеча электрического моста (не показано), и тензорезисторы 8 включены в два других

5 противоположных плеча этого моста.

На фиг.З изображено устройство для измерения силы, в котором на конце центрального выступа 5 образованы боковые выступы 10. При этом зажимаемый элемент

0 2 выполнен из двух частей, размещенных по обе стороны центрального выступа 5 силовоспринимающего элемента. Таким образом, центральный выступ 5 может иметь достаточную площадь при использовании

5 винтового соединения, чтобы ограничить зону нежелательных деформаций, приводящих к снижению точности устройства для измерения силы.

На фиг.4 представлено устройство для

0 .измерения силы, в котором на центральном выступе 5 силовоспринимающего элемента в плоскости симметрии между тензорезисторами выполнена прорезь.

При приложении силы Р к устройству

5 для измерения силы (фиг.1 и 2) центральный выступ 5 силовоспринимающего элемента и перемычки 4 изогнутся так, что тензорезисторы 7 будут испытывать на себе отрицательные деформации, а тензорезисторы 8

0 будут испытывать на себе положительные деформации. В результате сила Р будет преобразована в выходной сигнал электрического моста.

Формула изобретения

5 1. Устройство для измерения силы, содержащее зажимаемый и силовоспринимающий Т-образный элементы, две перемычки, симметрично расположенные относительно плоскости симметрии сило0 воспринимающего элемента и соединенные с концами его поперечной части и зажимаемым элементом, и собранные в мостовую схему четыре тензорезистора, два из которых размещены в местах сопряжения пере5 мычек с концами поперечной части силовоспринимающего элемента, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при уменьшении габаритов, третий и четвертый тензорезисторы установле- ны в месте сопряжения центрального

выступа силовоспринимающего элемента с его поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента.

N

8 8

О

5 01/84