Тензорезисторный датчик силы

 

Изобретение может быть использовано для точного измерения малых усилий и позволяет повысить точность и чувствительность датчика. Тензорезисторный датчик содержит упругий элемент в виде кольцевой пластины (КП) 1, разрезанной радиальными пазами . На наружном диаметре КП 1 расположены подрезисторные кольца (ПК) 5- 8 с тензорезисторами 3 и 4, а по внутреннему диаметру с ней сопряжен нагружающий центр в виде полой цилиндрической оболочки 9, разрезанной радиальными пазами, соосными с паза (Л « оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„121007 (51)4 G 01 L 1 22,Ъ с., - .:,1С; PLY

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3798474/24 — 10 (22) 06. 07. 84 (46) 07.02.86. Бюл. №- 5 (71) Одесский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт и Производственное объединение Точмаш (72) М.Г.Профирян, В.Ф.Семенюк, А.И.Кравченко и А.В.Лысюк (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 213387, . G 01 L 1/04, 1968.

Авторское свидетельство СССР

¹ 411331, кл. G 01 L 1/04, 1974. (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ (57) Изобретение может быть использовано для точного измерения малых усилий и позволяет повысить точность и чувствительность датчика. Тензорезисторный датчик содержит упругий элемент в виде кольцевой пластины (КП) 1, разрезанной радиальными пазами. На наружном диаметре КП 1 расположены подрезисторные кольца (ПК) 58 с тензорезисторами 3 и 4, а по внутреннему диаметру с ней сопряжен нагружающий центр в виде полой цилиндрической оболочки 9, разрезанной радиальными пазами, соосными с паза1210073 ми КП. Выполнение наружного радиуса опорной оболочки 10 с радиальными пазами меньше внутреннего радиуса ПК на величину 0 5-1 высоты консольной части ПК позволило увеличить разность между средними радиусами оболочек 9 и 10, пропорциональную чувствительИзобретение относится к силоизмеритепьной технике и может быть испопьзовано для точного измерения малых усилий

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности.

На фиг. 1 и 2 показан предлагаемый датчик.

Датчик содержит пластину 1 разрезанную радиальными пазами 2„ тензорезисторы 3 и 4, размещенные на подрезисторных кольцах 5 и 6 (фиг.1) и 7 и 8 (фиг. 2), нагружающий центр 9 и опорную оболочку 10, разрезанную радиальными пазами, соосными с пазами 2 в пластине.

Нагружающий центр 9 сопряжен ,с пластиной по ее внутреннему диаметру и выполнен в виде цилиндрической оболочки, разрезанной радиальными пазами, соосными с пазами 2 в пластине. Цилиндрическая форма нагружающего центра позволяет выполнить его с минимальной толщиной стенки при значительной длине, поэтому полоски, образующиеся при расчленении нагружающего центра радиальными пазами, облацают малой изгибной жесткостью, что повышает чувствительность и точность датчика.

Подрезисторные кольца 5-8 расположены на наружном диаметре пластины 1, что существенно упрощает формирование пазов 2 в пластине и, соответственно, боковых поверхностей балочек 11 а также монтаж тензореэисторов. Кроме того, такое расположение подрезисторных колец значительно упрощает изготовление всего датчика.

Жесткость датчика в основном определяется жесткостью подрсзнстор-ных кочец, которая уменьшае.-ся с увеличением их диаметра, Поэгому ности датчика. В КП выполнены отверстия, касательные к внутреннему диаметру ПК, снижающие уровень напряжения в ней. На торце КП можст быть выполнена выточка, дно которой выступает за пределы торцовой плоскости ПК. 1 з.п. ф-лы, 2 ип. расположение подрезисторных колец на наружном диаметре пластины повышает чувствительность, точность датчика и упрощает его изготовление.

Каждое из подрезисторных колец 5 и 6 (фиг. 1) может иметь две части: сопряженную с пластиной 1 и консольную„ На фиг. 2 представлены кольца 7 .и 8,„ не имеюшие консольной части.

1О Выбор формы подрезисторного кольца осуществляется при разработке рабочей документации на датчик и определяется типом тензорезисторов, номинальной нагрузкой датчика, его на11 значением и т.д.

Чувствительность датчика тем выше, чем больше разность между средними радиусами оболочек 9 и 10.

В связи с этим наружный (и, соответственно, средний) радиус опорной оболочки 10 принят максимально возможным — меньше внутреннего радиуса подрезисторных колец 5 и 6 (фиг.1) на величину 0,5 — 1 высоты консоль25 ной части кольца 6, смежного с оболочкой 10, На фиг. " подрезисторное кольцо 8 не имеет консольной части, поэтому наружный радиус оболочки 10 практически равен внутреннему радищб усу кольца 8. В этом случае, при всех прочих условиях, датчик имеет еще более высокую чувствительность, так как при этом увеличивается разность между средними рациусами оболочек 9 и 10.

При расчленении пластины 1 пазами 2 подрезисторные кольца освобождаются от воздействия пластины на участках шириной, равной ширине пазов 2, и тангенцйальная деформация колец осуществляется практически только на этих участках, что приводчт к повышению уровня напряжений в кольцах на этих участках,, снижению

1210073 чувствительности и точности датчика. Для устранения этих недостатков в пластине выполнены отверстия 12, касательные к внутреннему диаметру подрезисторных колец и радиально соосные с пазами 2 в пластине.

Для формирования пазов 2 (фиг.2) подрезисторные кольца 7 и 8 смещены в сторону торца 13 пластины 1, и на этом торце выполнена выточка 14, дно 15 которой выступает за пределы торцовой плоскости подрезисторного кольца 7, ее внутренний радиус равен наружному радиусу нагружающего центра 9, а наружный радиус меньше наружного радиуса пластины на величину разности между толщиной пластины и глубиной выточки. Предел места расположения наружного радиуса выточки принят из условия равенства толщины балочек 11 и столбиков 16, передающих одинаковый изгибающий момент на кольца 7 и 8.

Датчик работает следующим образом.

Так как изгибная жесткость тонких и относительно длинных оболочек 9 и 10, разрезанных на полоски, мала, то изгибная жесткость датчика определяется жесткостью подрезисторных колец. В силу этого, центр изгиба радиального сечения датчика практически совпадает с центром изгиба радиальных сечений колец.

Поэтому подрезисторные кольца испытывают радиальные деформации противоположного знака: при воздействии на нагружающий центр 9 усилия P балочки 11 поворачиваются, изгибая кольца 5 и 6 (фиг. 1), при этом диаметр кольца 5 и длина тензорезисторов 3 уменьшается, а кольца 6 и тензорезисторов 4, соответственно, увеличивается; в датчике (фиг.2) балочки 11 и столбики 16 поворачиваются, как одно целое, деформируя кольца 7 и 8 и тензорезисторы 3 и 4 так же, как и в датчике на фиг. 1.

Формула изобретения

1. Тензорезисторный датчик силы, содержащий упругий элемент в виде

5 кольцевой пластины разрезанной ра$ диальными пазами, тензорезисторы, размещенные на подрезисторных кольцах, нагружающий центр, связанный с кольцевой пластиной по ее внутреннему диаметру, и опорную оболочку, разрезанную радиальными пазами, соосными с радиальными пазами в коль,цевой пластине, о т л и ч а ю щ и йс я ..тем, что, с целью повышения его точности и чувствительности, нагружающий центр выполнен в виде полой цилиндрической оболочки, разрезанной радиальными пазами, соосными с пазами в кольцевой пластине, подрезисторные кольца расположены на наружном диаметре кольцевой пластины, наружный радиус опорной оболочки меньше внутреннего радиуса подрезисторных колец на величину, равную 0,5-1 высоты консольной части

25 подрезисторного кольца, смежного с опорной оболочкой, а в кольцевой пластине выполнены отверстия, касательные к внутреннему диаметру подрезисторных колец и расположенные в одной плоскости симметрии датчика с пазами в кольцевой пластине.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что подрезисторные

35 кольца смещены относительно нейтральной плоскости кольцевой. пластины в сторону ее торца, соединенного с опорной оболочкой, а на упомянутом торце выполнена выточка, цно которой выступает за пределы торцовой плоскости подрезисторного кольца, причем внутренний радиус выточки равен наружному радиусу нагружающего центра, а наружный радиус меньше наружного

45 радиуса кольцевой пластины на величину, равную разности между толщиной кольцевой пластинь1 и глубиной выточки °

1210073

/ ж а

Состанитель В.Годзиковский

Редантop О.Юрковедкая Текред,.Бойко Корр ек тор )3. h г и г а 3ака:< 112/52 Тираж 778 Подписное

ВПИИ1(И Госупарстненнсго комитета СССР по де.там изобретений и открытий

113013 ), Москна, %-35, Раутнская наб., д. 4/5

Фн нн.."r 1!1П "Па-. нт"., г.Ужгород, ул.Проектная,