Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1974 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области измерительной техники. Известны тензорезисторные датчики силы, содержащие упругий элемент в виде бру са с двумя глухими симметрично расположенными относительно продольной оси бруса цилиндрическими отверстиями, ось которых перпендикулярна к продольной оси бруса и направлению измеряемого усилия, на стен ке между которыми, расположенной в пло- скости симметрии бруса, установлены тензо резисторы, и силопередающие элементы, опирающиеся на верхнюю и нижнюю поверхности бруса по разные стороны от оси отверстий. Эти датчики имеют ограниченный диапазон измерений. В предлагаемом датчике в стенке упруго го элемента выколнено центральное круглое отверстие, на внутренней поверхности кото- рого на равных расстояниях друг от друга размещены тензорезисторы, оси которых образуют с осью бруса угол 45°. Благодаря Э1чэму расширяется диапазон намерений.. Кроме того, в датчике внутренние стороны силопередающих элементов установлены от- плоскости, перпендикулярной к оси бруса и проходящей через ось отверстий в брусе, на расстоянии 0,2-1,2 радиуса от. верстия в стенке упругого элемента. На чертеже показан предлагаемый датчик, Датчик содержит упругий элемент 1 с тензорезисторами 2 и 3, размещенными в отверстии 4, вьшолненном в стенке 5 , разделяющей отверстие 6 на две равные части. Силопередающие элементы 7 опираются на нижнюю 8 и верхнюю 9 поверхности упругого элемента и передают на него усилие Р, причем внутренние края 10 силопередающих элементов 7 расположены по разные стороны от оси отверстия 4 вверху и внизу. Датчик работает следующим образом. Под действием измеряемого усилия Р в стенке упругого элемента появляются напряжения сдвига. Вокруг отверстия 4 возни.: кает концентрация напряжений и вследствне этого по периферии отверстия напряжения перераспределяются таким образом, что Б точках, лежащих на концах диаметра отверстия , наклоненного к продольной оси упругого элемента под углом 45°, возникает напряжение растяжения не менеечем в 4 раза превышающее среднее касательное напряжение в стенке 5, а в точках, ле жащих на концах диаметра, наклоненного к Продольной оси упругого элемента под углом 135 возникают напряжения сжатия, равные по абсолютной величине напряжениям растяжения. В соответствии с этим тенаорезисторы 2 растягиваются, тенаорезисторы 3 сжимаются. Тензорезистрры 2 и 3 включены в соседние плечи моста Уитстона, с которого снимается выходной сигнал датчика. Наличие концентрации напряжений позволяет, не уменьшая чувствительности, увеличить толщину стенки 5, что соответственно повышает жесткость датчика. При сближении краев 1О силопередающцх элементов 7 чувствительность датчика шается, что дает возможность измерять бол шие усилия, с увеличением расстояния между краями чувствительность растет. Это позволяет измерять меньшие усилия, причем выходной сигнал во всех случаях одинаков, хЭксперименталыш установлены оптимальные соотношения между диаметром отверстия 4 в стенке и рассюянием между края .И силопередаю1Ш1х деталей. Внутренние края силопередающих элементов должны отстоячь от плоскости, перпендикулярной к продольной оси упругого элемента и проходящей через ось отверстия на О,2-1,2 его радиуса в соответствии с выбранным диапазоном измерений. изобретения Предмет 1. Тензорезисторный датчик силы, содержащий упругий элемент в виде бруса с двумя глухими симметрично расположенными относительно продольной оси бруса цилиндрическими отверстиями, ось которых пер- пендикулярна к продольной оси бруса и направлению измеряемого усилия, на стенке между которыми, расположенной в плоскости симметрии бруса, установлены тензорезисторы, и силопередающие элементы, опира.юшиеся на верхнюю и нижнюю поверхности бруса по разные стороны от оси отверстий, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, в нем в стенке упругого элемента выполнено центральное круглое отверстие, на внутренней поверхности которого на равных расстояниях друг от друга размещены тензорезисторы, оси которых образуют с осью бруса угол 45. 2. Тензорезисторный датчик по п. 1, отличающийся тем, что в нем внутренние стороны силопередающих элементов установлены от плоскости, перпендикулярной оси бруса и проходящей через ось : отверстий в брусе, на расстоянии О,2-1,2 ра/диуса отверстия в стенке упругого элемента.