Силомоментный датчик

 

Изобретение относится к ci-лпизмррительной технике, в частности к устройствам для измерения сил и моментов с использованием тензорезисюрных датчиков. Цель изобретения - повышение точности за счет исключения взаимного влияния компонент нагрузки и расширение технологических возможностей за счет дополнительного измерения изгибающего момента. При приложении к силомоментному датчику крутящего момента вертикальные тзремычки 1 изгибаются. Максимальные деформации изгиба будут в районе жестко Задала чнчх концов п-фем-.пек 1. Там же размещены тензорезистооы фиксирующие эп1 деформаиии. разбаланса с моста iснзгс.е исторор изменяется пропорционато еличине приложенного момента, приложении к устройству осевой сипы деформации будут вблизи цонтрзль ой чзсти мембран1:,. 1,игна,1 разбзлан ел мостосом ьхемы те нзо рез чего -о в м нметсх: прог|орЦ|Юна.1оНО величине осевой силь Деформации мембраны 3 от кру тящего момента в aoi.e на к лень и тензэрезисторов существенно меньше изибнчх и компенсированы схемсй включения . Деформации перемьнек 1 от осевых нлгрузо:-, на устройство меньше изгибных от крутящего момента ,-. конпенс-руются схемой включения тензорезисторов. При приложении к устройству изгибающего момента в плоскости, проходящей через ось силомоментного датчика, соответствующие изгибные деформации фиксируются мостовыми схемами, наклеенными вдзух взаимно пергэндикулярных направлениях с тензорезисторзми. Сигналы с мостов пропорциональны изгибающим моментам. 6 ил 6-5 Ё О ю 4 Ю 00 ь. Фаг 1

СОЮЗ СОБЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК с1)5 G 01 3/10

ГОСУДАРСТВЕН 1ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

f1PM SKI-IT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ 1ЬСТРУ (21) 4272335/10 (22) 30.06.87 (46) 30.01,91. Бюл, N 4 (71) Калининский политехнический инст,гут (72) А,П.Андреев, t3.Г.Зубчанинов и Д.F.Ива

HOB (53) 511.781 (088.8) (56) Патент ГДР

М. 213505, кл. G О/1, 3/10. 1981.

Шнейдер A.Þ., Ленский Л.К, Силомоментные дат -ики для робототехнических систем. Препр;1нт, М, 1984, с.49 (54) СИЛОМОМЕНТНЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к сглпизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения сил и мол1ентов с использованием тензорезисторных датчиков. Цепь изобретения — повышение точности за счет исключения взаимного влияния компонент нагрузки и расширение технологических возможностей за счет дополнительного измерения изгибающего момента. При приложении к силомоментному датчику крутящего момента вертикальные перемычки 1 изгиба,отся. Максимальные дсформации изгиба будут в районе жестко

- Ы2 . 1624284 А1 эьд.ла ных концов п-.рел1-I-.åê 1, Там же раэмещс ы тенэорезистооы фиксируощие эги дефaps. а.сии. Си;нал разбапанса с мс та, энзпrie исторпв изменяется пропог ционал.. .с;.еличине приложенного момента, ПОР приложении к устройству осевой силы и-., ибные деформации будут вблизи ц нтраль,-ой Расти Måìáðан,, cvãI!ал разбэланса мостовой схемы тенэореэисго .эв м н, ется про.",орц1она; .,но величине осевой силь, Деформации мембраны 3 от кру тящего момента в aoi е накле11 i1 тензорезистороа существенно меньше изгибн х и компенсироьаны схемсй включения. Деформации перемы ек 1 от осевых нлгрузо:; на устройство л еньше изгибных от крутящег. момента ", конпенс "руются схемой включени . тензорсзисторов. При npunoêåíèè к ус:т„ойстьу изгибающего момента в плоскости, проходР щей через ось силомоментного датчика, соответствующие изгибные деформации фиксируются мостовыми схемами, наклеенными в двух взаимно пергэндикулярных направлениях r. тензорезисторами. Сигналы с мостов пропорциональны vaI i бающил1 момен ам, 6 ил.

1624284

15

25

55

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности к устройствам для измерения сил и моментов с использованием тенэореэисторных датчиков.

Цель изобретения — повышение точности за счет исключения взаимного влияния компонент нагрузки и расширение функциональных воэможностей эа счет дополнительного измерения изгибающего момента.

На фиг, 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 4— мостовая схема включения тензорезисторов для измерения крутящего момента; на фиг. 5 — мостовая схема включения тензорезисторов для измерения изгибающих моментов; на фиг. 6 — мостовая схема включения тензорезисторов для измерения осевой силы, Силомоментный датчик содержит вертикальные упругие перемычки 1, объединенные по торцам жесткими фланцами 2, и мембрану 3, соединенную через цилиндрический выступ 4 с одним из жестких фланцев

2. По периферии мембрана 3 снабжена кольцевыми проточками 5 с обоих торцов.

Упругие шарниры 6 на вертикальных упругих перемычках 1 размещены в месте стыковки с фланцем 2, присоединенным к мембране 3. Цилиндрический элемент 7 и отверстия по периферии мембраны 8 предназначены для крепления датчика к объекту измерения. Тензореэисторы 9-12 размещены попарно на вертикальных упругих перемычках 1, диаметрально противоположных относительно оси силомоментного датчика.

Мостовая схема объединения этих тензорезисторов обеспечивает измерение только изгибных деформаций перемычек 1 под действием крутящего момента вокруг вертикальной оси датчика. Тензореэисторы 1316, наклеены попарно на торцах мембраны вблизи ее центра в местах наибольших изгибных деформаций от осевой силы.

Схема включения тенэорезисторов обеспечивает измерение только деформаций от изгиба мембраны 3 осевыми силами и не чувствительна к изгибающим моментам, Напротив, схема включения тенэорезисторов 17-20 обеспечивает измерение изгибающих моментов в плоскос ги оси мембраны 3 и не чувствительна к изгибу осевыми силами вдоль оси мембраны 3. Вторая схема (показана только одна пара тензорезисторов 21 и 22) расположена перпендикулярно плоскости тензорезисторов 17-20.

Совместно обе схемы обеспечивают измерение изг ибающих моментов в любой плоскости, проходящей через вертикальную ось Q ñi pÃÉi.òÃ а, Устройство работает следующим образом, При приложении к силомоментному датчику крутящего момента вертикальные перемычки 1 изгибаются. Максимальные деформации изгиба будут в районе жестко заделанных концов перемычек 1. Там же размещены тенэорезисторы 9-12, фиксирующие эти деформации. Сигнал разбаланса с моста тенэорезисторов 9-12 изменяется пропорционально величине приложенного момента. При приложении к устройству осевой силы (растягивающей или сжимающей) иэгибные деформации будут вблизи центральной части мембраны, Сигнал разбаланса мостовой схемы тенэорезисторов 13-16 меняется пропорционально величине осевой силы. Деформации мембраны 3 от кру1ящего момента в зоне наклейки тензорезисторов 13-16 существенно меньше изгибных и полностью скомпенсированы схемой включения. В то же время деформации перемычек 1 от осевых нагрузок на устройство меньше изгибных от крутя щего момента и компенсируются окончательно схемой включения тенэодатчиков 9-12. При приложении к устройству изгибающего момента в плоскости, проходящей через ось силомоментного датчика, соответствующие изгибные деформации мембраны фиксируются мостовыми схемами, наклеенными в двух взаимно перпендикулярных направлениях с тенэореэисторами 17-22.

Сигналы с мостов пропорциональны изгибающим моментам. Так, например, при изгибе моментом устройства в плоскости, проходящей через его оси и ось, соединяющую тензорезисторы 17 и 19, максимальный сигнал изгиба фиксируется схемой тензореэисторов 17-20. При этом сигнал на схеме с тензорезисторами 21 и 22 (еще два на другом торце мембраны) равен нулю. И наоборот, при изгибе устройства в плоскости, образованной его осью и линий, соединяющей тензорезисторы 21 и 22, изгибные деформации зафиксированы тензорезисторами 21 и 22, а разбаланс мостовой схемы

17-20 равен нулю.

Таким образом. по соотношению сигналов на этих двух взаимно перпендикулярных схемах можно судить о плоскости действия изгибающего момента, приложенного к устройству. Измерение изгибающих моментов может быть как самостоятельной целью, так и применяться с целью контроля эксцентриситета приложения осевой силы, наличие и величину которого можно оценить по соотношению сигналов в схемах с

1624284

Ф02. 2 тенэорезисторами 17-22 и тем самым повысить точность силомоментного датчика.

Формула изобретения

Силомоментиый датчик, содержащий горизонтальные и вертикальные упругие элементы в виде перемычек с размещенными на них тензорезисторами, соединенными в мостовые схемы, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет измерения изгибающего момента, в него введены жесткие фланцы, между которыми установлены упругие вертикальные перемычки, на нижнем фланце выполнен цилиндрический выступ, вертикальные упругие перемычки связаны с ним

5 через упругие шарниры, а fîðèçàíòàëüный упругий элемент выполнен в виде мембраны, центр которой связан с цилиндрическим выступом, причем по периферии в глоскости мембраны с обеих сторон выполнены

t0 кольцевые проточки, при этом введены дополнительные тензорезисторы, установленные на мембране попарно сверху и снизу во взаимно перпендикулярных направлениях и соединенные в мостовые схемы, 1624284

1б

Составитель Э. Шумилова

Редактор И. Касарда Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Заказ 182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101