Многокомпонентный датчик силы

 

Изобретение относится к приборостроению , а именно к средствам измерения механических величин электрическими методами с использованием тензорезисторов, и позволяет упростить конструкцию путем исключения дополнительных мостовых схем. Это достигается тем, что в датчик силы , состоящий из упругого элемента 1 и тензорезисторной мостовой схемы, введены дополнительные электрические цепи для измерения вариаций напряжения между точками 14 и 15с точками 18 и 19 мостовой схемы. 2 ил., 1 табл. сл с о VJ VI (Л со VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 1 5/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..4

3 (Ь

«4

«4 (л (л) 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636684/10 (22) 13.01.89 (46) 15.09.91. Бюл. М 34 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.Б.Глушенко и А.К.Никитин (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 872947, кл. G01 В 7/16,,1981.

Патент ФРГ М 1648359, кл. G 01 N 3/02, 1975, (54) МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ

„„Я „„1677537 А1 (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к средствам измерения механических величин электрическйми методами с использованием тензореэисторов, и позволяет упростить конструкцию путем исключения дополнительных мостовых схем. Это достигается тем, что в датчик силы, состоящий из упругого элемента 1 и тензорезисторной мостовой схемы, введены дополнительные, электрические цепи для измерения вариаций напряжения между точками 14 и 15 с точками 18 и 19 мостовой схемы. 2 ил., 1 табл.

1677537

5 или где $ю — чувствительность измерительной

10 цепи, в которую включен измерительный прибор 10.

Аналогично измерительный прибор 12 служит для определения изменения напряжения между точками 16 и 17, а измеритель"5 ный прибор 13 — для определения изменения напряжения между точками 18 и

19, В этом случае зависимости изменения напряжения от относительного изменения сопротивления тензорезисторов следую20 щие:

30

I х Щ, E 2 Fx1

1 Fz (1) 40

1 где f- длина стержневого упругого элемента;

Wx, Wv — момент сопротивления относительно осей Ох и Оу соответственно;

Š— модуль Юнга материала упругого элемента;

$о — площадь поперечного сечения упругого элемента.

Измерительный прибор 11 предназна- 50 чен для определения изменения напряжения О 0 между точкой соединения 1 и 3-го тенэорезисторов (на фиг.2 точка 14) и точкой соединения 5 и 7-го тенэорезисторов (на фиг.2 точка 15), которое определяется по 55 формуле — " х х

4 S» $1г

Fv= — X

2 Е Wx

4 $10 S»

О»

Fz=Е So

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для многокомпонентного измерения силы.

Цель изобретения — упрощение системы измерения составляющих действующей силы.

На фиг,1 схематически изображен многокомпонентный датчик силы; на фиг.2— тенэометрическая мостовая схема, используемая в датчике.

Датчик состоит из упругого элемента 1, на котором размещены тенэорезисторы 2—

9. соединенные в мостовую схему(показано на фиг.2). Мост питается от источника 10.

Измерительные приборы 11, 12 и 13 подключены соответственно к общим точкам 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, Датчик работает следующим образом, К торцу упругого элемента 1 приложена сила F, которую можно представить в виде трех составляющих FY„Fy; Fz. Каждая составляющая силы вызывает деформацию упругого элемента, что в свою очередь приводит к пропорциональному относительному изменению сопротивления тензорезисторов 2 — 9.

В таблице показана деформация каждого тензорезистора.

Деформации связаны с силой следующими соотношениями:!

Ey = — Fy Ez =

Wx.Е 2

U10 = S10 (Р + U. ьх + И + Ю вЂ” е7 + A(+ Ez + p Ez + p & — p 2 +

+pez }

Ою =2 $10(ay+(1+,и)еу); (2) U» =S«(&+M+Ex+Ez — М+

+ez — ех+ю+,ие+,ие+усе+

+pez);

Оиг =S>z(ey+ez+ey+ez -ay+

+Я+EY Я вЂ” p©+/4Я+pЯ+

+pez).

U» = 4 S» (1 +p ) Ez; (3)

Оlг =2 $1гtяу +(1+,и) hz) (4) Решая совместно систему уравнений (1) и уравнения (2), (3), (4), получим значения Fx, Fyu Fz:

Х

2 S«О1г — $а U»

Х

2 $» U10 — $10 О»

1677537

Формула изобретения р и м е ч а н и е. "+" — деформация растяжения;

"-" — деформация сжатия;

p — коэффициент Пуассона.

Составитель B.Ãîäçèêîâñêèé

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Ф/

Редактор М.Петрова

Заказ 3107 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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

Таким образом, определение всех трех составляющих силы осуществляется одной тензорезисторной мостовой схемой и тремя измерительными приборами, что значительно .повышает экономичность измеритель- 5 ной системы.

Многокомпонентный датчик силы, со- 10 держащий стержневой упругий элемент и размещенные на нем продольные и поперечные тензорезисторы, соединенные в мостовую схему, причем каждое плечо образовано по меньшей мере двумя одно- 15 именными тензорезисторг ли, и измерительный прибор, подключенный к диагонали моста, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет исключения дополнительных мостовых схем, в него введены второй и третий измерительные приборы, а тензорезисторы размещены в местах пересечения поверхности упругого элемента и двух его меридиональных плоскостей, расположенных под прямым углом одна к другой, причем в каждом месте пересечения размещены по меньшей мере один продольный и один поперечный тензорезисторы, при этом тензорезисторы, включенные в одно плечо моста, размещены на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента, а второй и третий измерительные приборы подключены к общим точкам соединения продольных и поперечных тензорезисторов, образующих смежные плечи моста.