Тензорезисторный датчик сжатия

 

Использование: высокоточные измерения усилий сжатия малого номинала. Сущность изобретения: датчик содержит корпус. Три полки и две вертикальные стенки образуют упругий элемент. Первая и вторая полки соединены между собой вертикальной стенкой. Связанные с этими полками тензорезисторы расположены по обе стороны от вертикальной стенки. Вторая вертикальная стенка смещена относительно первой в перпендикулярном направлении. Третья полка расположена по одну сторону от первых двух полок и соединена стенкой с близлежащей к ней полкой. Силовоспринимающий элемент установлен на третьей полке вдоль вертикальной оси, расположенной между вертикальными стенками 1 ил.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений усилий сжатия преимущественно малого номинала.

Известен тензорезисторный датчик силы, содержащий кольца с тензорезисторами, соединенные между собой, а также с силовводящей и опорной частями при помощи коаксиально расположенных оболочек [1].

В данной конструкции при измерении малых сил упругие элементы необходимо выполнить с большой податливостью, что ухудшает качество датчика.

Известно устройство для измерения нагрузок, в котором упругий элемент выполнен в виде двутавровой балки, между полками которой размещены проволочные тензорезисторы, а линия действия приложенной силы смещена относительно оси симметрии сечения балки [2].

Недостатком данной конструкции является смещение силовоспринимающей головки относительно оси симметрии балки и в ортогональном направлении по высоте балки при измерениях. В связи с этим точка приложения силы смещается как в вертикальном, что допустимо, так и в горизонтальном, что недопустимо, направлениях, а сама силовоспринимающая головка поворачивается относительно точки приложения силы. Связанное с этим ухудшение качества датчика по критерию нелинейности и высокий гистерезис негативно сказываются на точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в упругий элемент, выполненный в виде двух полок, соединенных между собой вертикальной стенкой, введены вторая вертикальная стенка, смещенная относительно первой в перпендикулярном направлении, и третья полка, расположенная по одну сторону от первых двух полок, при этом третья полка соединена второй вертикальной стенкой с близлежащей к ней полкой, а силовоспринимающий элемент установлен на третьей полке вдоль вертикальной оси, располо- женной между вертикальными стенками.

Конструкция датчика представлена на чертеже.

Упругий элемент, будучи цельным, состоит из следующих условно-составных частей: полки 1, сопряженной через первую вертикальную стенку 2 с полкой 3, на которой расположена вторая вертикальная стенка 4, которая в свою очередь сопряжена с третьей полкой 5. На третьей полке 5 установлен силовоспринимающий элемент 6. Тензорезисторы 7 и 8 с предварительным натягом размещены на изолированных штифтах 9 неподвижной 1 и подвижной 3 полках упругого элемента. Неподвижная полка 1 соединена с корпусом 10 датчика. Рабочая зона тензорезисторов гермети- зируется мембраной 11.

Работает датчик следующим образом. Под действием измеряемой силы F и ввиду смещения линии ее действия по отношению к оси симметрии первой вертикальной стенки 2 на величину l₁ она изгибается, что обуславливает приращение деформаций сжатия тензорезисторов 7 и деформаций растяжения тензорезисторов 8, включенных в мостовую измерительную схему. При этом, ввиду смещения линии действия измеряемой силы относительно второй вертикальной стенки на величину l₂, полка 3 поворачивается на угол ϕ_А относительно неподвижной полки 1 и точка ее сопряжения со второй вертикальной стенкой 4 смещается в горизонтальном направлении на величину δА. Одновременно изгибается вторая вертикальная стенка 4, что обуславливает поворот третьей полки 5 относительно полки 3 на угол ϕ_В и смещение точки В приложения силы F относительно точки А в горизонтальной плоскости на величину δВ. При ϕ_В=-ϕ_А и δВ=- δА обеспечивается постоянство изгибающего плеча l₁, что уменьшает нелинейность датчика, а поступательное движение силовоспринимающего элемента 6 без поворота относительно корпуса 10 уменьшает трение в точке В при силопередаче и, как следствие, уменьшает гистерезис датчика. Устранение нелинейности и гистерезиса датчика значительно повышает точность измерения.

Формула изобретения

ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК СЖАТИЯ, содержащий корпус, упругий элемент, выполненный в виде двух полок, соединенных между собой вертикальной стенкой, связанные с полками тензорезисторы, расположенные по обе стороны от вертикальной стенки, и силовоспринимающий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения погрешностей от нелинейности и гистерезиса, в упругий элемент введены вторая вертикальная стенка, смещенная относительно первой в перпендикулярном направлении, и третья полка, расположенная по одну сторону от первых двух полок, при этом третья полка соединена второй вертикальной стенкой с близлежащей к ней полкой, а силовоспринимающий элемент установлен на третьей полке вдоль вертикальной оси, расположенной между вертикальными стенками.

РИСУНКИ

Рисунок 1