Силомоментный датчик Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к устройствам для измерения усилий и моментов и может найти применение в машиностроении, приборостроении, в частности в средствах для измерения нагрузок от оборудования.

Целью изобретения является повышение точности и расширения диапазона измерений.

На фиг, 1 представлен вариант выполнения тензометрического силомоменгного датчика; на фиг. 2 предегазлена схема расположения восьми чувствительных элементов (группа 1 - четыре элемента, группа 2 - четыре элемента) с наклеенными на их гранях тензорезисторами - измерителями деформаций; на фиг. 3 представлены эпехтрические схемы соединения тензоре- зисторов.

Силомоментный датчик (фиг.1) содержит две группы чувствительных элементов по четыре в каждой Четыре чувствительных элемента 1 первой группы размещены симметрично относительно продольной оси датчика, а продольные оси пеовой группы чувствительных элементов попарно совпадают и расположены перпендикулярно оси датчика.

Четыре чувствительных элемента 2 второй группы размещены параллельно продольной оси датчика и связывают между собой два силовоспринммающих фланца 3 и 4.

На каждом чувствительном элементе 1 первой группы попарно на середине противоположных граней размещены по два тен зорезистора 5, а -на каждом чувствительном элементе 2 второй группы размещены по четыре тензорезисторэ 6 на середине их граней.

Четыре пары тензорезисторов 7 размещены попарно на концах противоположных граней второй группы чувгтвите/тьь ых элементов 2 и одинаково отстоят от пролопьной оси датчика.

Восемь термокомпенсационных тепзо- розисторов 8 размещены на силовосприни- мающем фланце 3 в местах жесткого . скрепления чувствительных элемеи. ов.

Тензорезисторы первой группы чувствительных элементов находятся на их верхних и нижних гранях, причем тензорезисторы R1, R2, R3, R4, R29, R30, R31, R32 чувствительных элементов первой группы соединены в два полумоста (фиг,За, б), в одно плечо каждого из которых включены последовательно тензорезисторы R1, R2 и R29, R3Q, размещенные на одном чувствительном элементе, а о другое - тензорезисторы R3, R4 и R31, R32 чувствительного элемента симметричного первому.

Тензорезисторы второй группы чувствительных элементов соединены в четыре полумоста, где в первое плечо первых двух (фиг.З г,д) последовательно включены тензорезисторы R13, R14 и R15, R16, размещенные на середине противоположных граней одного чувствительного элемента, а во пто- рон плочо - тензорезисторы R17, R18 и R19, R20, размещенные на середине противоположных граней чувствительного элемента, симметричного первому чувствительному элементу.

В одно плечо третьего полумоста (фиг. Зп) последовательно включены восемь тен- зорезисторов R21, R22, R23, R24, R25, R25, R27, R28, размещенных на середине противоположных гранях чувствительных элементов, Во второе плечо третьего полумоста послодо- : гмельно включены восемь тензорезистсроп (термокомпенсационных} R33, R34, R35, R38, R37.R38, R39, R40.

В каждое плечо четвертого полумоста (фмг.Зе) последовательно включены тензорезисторы R15, R16 и R19, R20, одинаково размещенные на концах чувствительных элементов относительно продольной оси д-ггчика.

Приложенная к силовоспринимающим фланцам силомоментного датчика внешняя сила и момент, векторы которых произвольно ориентированы в пространстве, могут представляться проекциями на оси системы координат, жестко связанной с датчиком.

При этом вектор силы Р представляется (фиг.2) проекциями Рх, Ру. PZ, а вектор момента М представляется аналогично тремя проекциями MX, My, Mz. Поэтому для измерения векторов сил и моментов достаточно знать величины шести проекций этих векторов.

Каждая измеряющая полумостовая цепь силомоментного датчика производит измерение одной из шести проекций. Поэтому количество измеряющих цепей равно шести.

Все полумостовые цепи, составленные из тензорезисторов R1...R4, а также R13...R28, измеряют усилия и момент по де- фсрмэции растяжения и сжатия. Нечувствительиость измеряющих полумостовых цепей к деформациям от изгибе.: обеспечивается размещением тензорезисторов попарно посередине противоположных граней чувствительных элементов и соеди0 пением мх последовательно. Нечувствительность цепей к скручиванию обеспечивается включением пао тензорезисторов, размещенных на симметрично расположенных чувствительных элементах, в разные плечи

5 одной мостооой схемы. Такое включение обеспечивает и температурную компенсацию.

Полумостовая цепь, образованная из тензорезисторов R5...R12, измеряет момент

0 по деформации изгиба. Нечувствительность измеряющих полумостовь х цепей к деформациям растяжения-сжатия, скручивания и температуры обеспечивается размещением тензорезисторов попарно на противопо5 ложные грани чувствительных элементов вблизи заделки и включением этих тензорезисторов в разные плечи полумостовой схс- м У.

Практически полностью исключается

G искажение результатов измерений, что значительно повышает точность измерения.

В связи с тем, что чувствительные элементы силомоментнуго датчика работают ка растяжение-сжатие, повышается ясест5 кость датчика и расширяется диапазон измерения,

Формула м з о б р е т с н п я Силомоментный датчик, содержащий дчс группы четырех чувствительных элементов,

0 размещенных симметрично относительно продольной оси датчика, продольное оси первой группы чувствительных элгментог; попарно совпадают и расположена перпендикулярно друг другу ч к продольной осп

5 датчика, а продольные оси четырех чувствительных элементов второй группы, параллельные продольной оси датчика, связывают между собой дпг силовосприни- мающих фланца, причем на каждом чузстви0 тельном элементе первой группы попарно на середине противоположных граней размещены по два тензорезисторз. а на каждом чувствительном элементе второй группы размещены по четыре тензорезисто5 ра на середине их граней, о т л v. ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения томности и расширения диапазона измерений, в него .дополнительно введены четыре пары гемзо- резисторов, размещенных попарно из концах противоположных граней второй

группы чувствительных элементов и одинаково отстоящих от продольной оси датчик, и восемь термокомпенсзционныхтензорези- сторов, размещенных на силовоспринимаю- щем фланце при этом концы чувствительных элементов жестко защемлены Б силовоспри- нимающий фланцах, а тензорезисторы первой группы чувствительных элементов находятся на их верхних и нижних гранях, причем тензорезисторы чувствительных элементов первой группы соединены в два полумоста, в одно плечо каждого из которых включены последовательно тензорезисторы, размещенные на одном чувствительном элементе, в другое - тензорезисторы чувствительного элемента симметричного первому, а тензорезисторы втооой группы чувствительных элементов соединены 8 четыре полумоста, в первое плечо первых двух из которых последовательно включены тензорезисторы, размещенные на середине противоположных граней одного чувствительного элемента, а во второе плечо - два тензорезистора, размещенные на середине противоположных граней чувствительного элемента, симметричного первому чувствительному элементу, в одно плечо третьего полумоста включены последовательно ьосемьоставшихся тензоре- зисторов, размещенных на середине противоположных граней чувствительных элементов, во второе плечо - восемь гермокомпенсэцион- ных тензорезисторов, а в каждое плечо четвертого полумоста последовательно включены четыре тензорезистора, одинаково размещенные на концах чувствительных элементов относительно продольной оси датчика. Формула изобретения Силомоментный датчик, содержащий две группы четырех чувствительных элементов, размещенных симметрично относительно продольной оси датчика, продольные оси первой группы чувствительных элементов попарно совпадают и расположены перпендикулярно друг другу и к продольной оси датчика, а продольные оси четырех чувствительных элементов второй группы, параллельные продольной оси датчика, связывают между собой два сило- воспринимающих фланца, причем на каждом чувствительном элементе первой группы попарно на середине противоположных граней размещены пс дь э тенг-срезистора, з на каждом чувствительном спепрнте DTOрой группы размещены по четырз точзиро- зистора на середине их граней, о п и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапязо и и мере- ний, в него дополнительно вгедены четыре

пары тензорезисторов, размещенных попарно на концах противоположных граней второй группы чувствительных этзмснтос и одинаково отстоящих от продольной оси датчика, и восемь термокомпонсационнпх

тензорезисторов, размещенных на силовос- принимающем флянце, при атом концы чуз- ствительных элементов жестко защемлены в силовоспринимающих фланцах, а тепзо- резисторы первой группы чувствительных

элементов находятся из их верхних и нижних гранях, причем тензорезисторы чувствительных элементов первой группы соединены в два полумоста, в одно плечо каждого из которых включены лоследовательно тензорезистооы, размещенные на одном чувствительном элементе, в другое - тензорезисторы чувствительного элемента симметричного первому, а гензорезмсторы второй группы чувствительных элементов

соединены в четыре полумоста, в первое плечо первых двух из которых последовательно включены тензорезисгоры, размещенные ка середине противоположных граней одного чувствительного элемента, з

во второе плечо - два тензорезистора, размещенные на середине противоположных граней чувствительного элемента, симметричного первому чувствительному элементу, в одно плечо третьего полумоста

включены последовательно восемь оставшихся тензорезисторов, размещенных на середине противоположных граней чувствительных элементов, во второе плечо - восемь термокомпенсационных тензорезисторов, а в каждое плечо четвертого полумоста последовательно включены четыре тензорезистора, одинаково размещенные на концах чувствительных элементов относительно продольной оси датчика.

о-,

Оэ

-4

О)

о со со со

Группе/ f

Изобретение относится к устройствам для измерения усилий и моментов и может найти применение в машиностроении, приборостроении. Сущность изобретения: датчик содержит две группы четырех чувствительных элементов, размещенных симметрично относительно продольной оси датчика, на каждое чувствительном элементе первой группы попарно на середине противоположных граней размещены по два тензорезистора, а на каждом чувствительном элементе второй группы размещены по четыре тензорезисторз на середине граней. В устройстве также содержатся четыре пары тензорезисторов, размещенных попарно на концах противоположных граней второй группы чувствительных элементов, и восемь термокомпенсационных тензорезисторов, размещенных на силовоспринимающем фланце. 3 ил.

G

Kt

д

Групп и 2