ДАТЧИК СИЛЫ Советский патент 1971 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области €илоиз.мерительной техники. Известны датчики силы, содержащие плоскую раму, упругое тело и вибрационно-частотный преобразователь, чувствительным элементом которого является тонкий призматический стержень-резонатор, изтотавливаемый обычно как одно целое с упругим телом. Резонансная частота стержня связана с величиной продольных сил, приложенных к его концам. Стержень работает в режиме автоколебаний аналогично генератору камертонного типа. Недостаток известных датчиков силы заключается в том, что защитная рама эффективно исключает воздействие неизмеряемых боковых нагрузок на датчик только в одной плоскости, к тому же датчики имеют сравнительно большие габариты и вес. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения силы при воздействии на датчик неизмеряемых боковых сил и моментов в любых .плоскостях, проходящих через его ось, а также уменьшение габаритов и веса датчика. Поставленная цель достигается введением пространственной рамы с четырьмя симметрично расположенными стойками, концы которых соединены между собой кольцом. Верхняя шейка упругого элемента связана со стойками рамы через пластины, расположенные на некотором расстоянии под мем браной. Уменьшение габаритов и веса достигается благодаря выполнению упругого тела в виде заполняющего пространство между стойками бруса с центральным отверстием, в котором находится чувствительный элемент. При этом в брусе имеются еще два сквозных отверстия, расположенные выше и центрального, которые обеспечивают выравнивание эпюры напряжения в зоне отверстия с чувствительным элементом, позволяя тем самым более полно использовать его объем. Па фиг. 1, 2 показан датчик в двух проекциях; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез по Б-Б на фиг. 1. , Пространственная рама датчика образуется основанием /, четырьмя симметрично расположенными на нем стойками 2 и кольцом 3, соединяющим между собой концы стоек 2. Упругое тело 4 в виде бруса, заполняющего пространство между стойками 2 имеет центральное отверстие 5, в котором расположен чувствительный элемент -резонатор 6. По обе стороны от резонатора 6 с зазорами установлены поляризованные электромагниты 7. Один из электромагнитов 7 соединен со входом усилителя 5, а другой с его выходом. Два сквозных отверстия 9, имеющиеся в упругом теле 4, расположены таким образом, что их оси лежат в вертикальной плоскости симметрии, параллельны оси центрального отверстия 5 и находятся по обе стороны от него. Через верхнюю щейку 10 упругое тело 4 пластинами // и мембраной 12 связано с рамой. Через нижнюю шейку 13 упругое тело соединено с основанием. Датчик защищен от внещних воздействий кожухом 14. При включении питаяия усилителя 8 чувствительный элемент - резонатор 6 возбуждается. Часть нагрузки Р, действующей на датчик, воспринимается чувствительным элементом при его деформации с упругим телом, .в результате чего происходит изменение частоты колебаний элемента. В связи с наличием двух отверстий 9 напряжения в упругом теле, создаваемые сосредоточенной силой Р, выравниваются по сечениям в зоне отверстия ,с чувствительным элементом. При наличии боковых сил или моментов они через меМбрану 12 и пластины // воспринимаются стойками 2 пространственной рамы. При этом изгибающие моменты, возникающие в шейках упругого тела при некоторой деформации стоек, не вызывают существенных перераспределений напряжений в рабочей части упругого тела. Предмет изобретения 1. Датчик силы, содержащий раму, выполненную в виде основания со стойками, упругий элемент, соединенный нижней щеикои с основанием, а верхней - через горизонгальные связи и мембрану со стойками, чувствительный элемент - резонатор расположенный в упругом элементе, поляризованные электромагниты, размещенные .с двух сторон резонатора и соединенные с усилителем, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности от воздействия боковых нагрузок, стойки расположены равномерно по окружности и соединены между собой кольцом. 2. Датчик по п. I, отличающийся тем, что, с целью восприятия рамой действующих на датчик изгибающих моментов, в нем на некотором расстоянии под мембраной расположены пластины, соединенные с верхней шейкой упругого элемента и со стойками рамы. 3. Датчик по пп. 1, 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения его габаритов и веса, упругое тело выполнено в виде заполняющего пространство между стойками рамы бруса с центральным отверстием, в котором находится чувствительный элемент, и двумя сквозными отверстиями, оси которых расположены в вертикальной плоскости, параллельны оси центрального отверстия и проходят по обе стороны от него.