Тензорезисторный датчик силы Советский патент 1976 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области силоизмерительной техники и может быть использовано в весе- и силоизмерительных приборах.

Известен тензорезисторный датчик силы, содержащий упругий элемент в виде консольной балки с поперечным отверстием у защемленного конца и моста тензорезисторов, размещенных на внутренней поверхности отверстия 2.

Однако наличие в зоне расположения тензорезисторов паразитных деформаций изгиба и сдвига уменьшает точность измерений; кроме того, размещение тензорезисторов внутри отверстия, вне зоны максимальных деформаций, снижает чувствительность и усложняет конструкцию датчика.

Наиболее близким по конструкции и принципу действия является тензорезисторный датчик силы, содержащий упругий элемент в виде консольной балки с двумя взаимно перпендикулярными поперечными отверстиями у защемленного конца и тензорезисторы 1.

Однако в этом датчике за счет поступательного вертикального смещения силовоспринимающего конца балки на полезную деформацию растяжения-сжатия рабочих перемычек накладываются паразитные деформации изгиба и сдвига, уменьшающие точность измерения.

Цель изобретения - повышения точности измерения.

Цель достигается тем, что в полости, образованной отверстиями, установлен упругий шарнир в виде тонкой ленты, перпендикулярной к продольной оси балки, причем ось вращения шарнира совпадает с осью отверстия, перпендикулярного к направлению измеряемой силы, а база тензорезисторов составляет 0,1-0,5 диаметра отверстия, ось которого параллельна направлению измеряемого усилия.

На фиг. 1 изображен тензорезисторный датчик силы, общий вид с частичным вырезом

консольной балки; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Тензорезисторный датчик силы состоит из консольной балки 1, выполненной за одно целое с основанием 2. У заделки в балке 1 выполнены поперечное отверстие 3 и отверстие 4, ось которого параллельна направлению измеряемого усилия Р и проходит через точку пересечения продольной оси балки с осью отверстия 3. В зонах наименьшего поперечного

сечения 5 размещены тензорезисторы 6-9, соединенные по схеме измерительного моста. В балке выполнено также вспомогательное отверстие 10, в котором установлен упругий шарнир, состоящий из двух цилиндров 11 и

12, соединенных тонкой ленточной перемычкой 13. Цилиндры 11 и 12 жестко связаны с телом балки.

Тензорезисторный датчик силы работает следующим образом.

Измеряемое усилие Р вызывает деформацию изгиба в балке 1, т. е. растяжение на верхней и сжатие на нижней плоскостях балки, причем эти деформации максимальны около отверстия 3. Концентратор напряжений - отверстие 4 - перераспределяет деформации таким образом, что на поверхностях балки появляются четко выраженные зоны повышенных деформаций (на чертеже ограничены пунктирными линиями 14 и 15), снаружи от которых деформации резко уменьшаются практически до нуля.

При размеидении концов решетки тензорезисторов в разгруженных зонах повышается жесткость связи тензорезистора с упругим элементом и уменьшается ползучесть тензорезисторов под нагрузкой. Экспериментально установлено, что расстояние между линиями 14 и 15, равное базе тензорезистора, составляет 0,1-0,5 диаметра отверстия 4.

Упругий шарнир, обладая минимальной жесткостью на кручение вокруг оси отверстия 3, не препятствует полезной деформации растяжения-сжатия перемычек 5 под действием крутяш;его момента, вызванного измеряемой силой Р, но, обладая большой жесткостью в

направлении, параллельном действию силь Р, препятствует появлению паразитных деформаций изгиба и сдвига перемычек 5, за счет чего и увеличивается точность датчика.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик силы, содержапдий упругий элемент в виде консольной балки с двумя взаимно перпендикулярными поперечными отверстиями у защемленного конца и тензорезисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в полости, образованной отверстиями, установлен упругий шарнир в виде ленты, перпендикулярный к продольной оси балки, причем ось вращения шарнира совпадает с осью отверстия, перпендикулярного к направлению измеряемой силы, а база тензорезисторов составляет 0,1-0,5 диаметра отверстия, ось которого параллельна направлению измеряемого усилия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт. свид. № 151075, кл. G OIL 1/22, 1962.

2. Патент США N° 3602866, кл. 338-5, 1971.

125 3