Трехкомпонентный датчик перегрузки
ТРЕХКОМПОНЕНТНЬЙ ДАТЧИК ПЕРЕГРУЗКИ, содержащий груз, соединенный с корпусом посредством упругого элемента с тензорезисторами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерений, упругий элемент выполнен в виде трех криволинейных балок, лежаитих на одной поверхности и охватывающих груз по контуру , две из которых, крайние, расположены симметрично относительно центральной с площадью поперечного сечения большей, чем у крайних балок, при этом угол охвата груза балками образован плоскостями, пpoxoдящIiми через то11ки крепления балок в местах их соединения с корпусом и грузом и пересекающимися в центре тяжести груза, и составляет больше 90 , а тензорезисторы размещены на центральс о ной балке в местах пересечения оси балки с двумя взаимно перпендикулярными осями, проходящр ми через центр тяжести груза, а на крайних балках в местах заделки балок к корпусу и к грузу.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (192 (!12
2 1 А
„„200, Р 1 Р!2
o(zz
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3507099/! 8-10 (22) 29. 10.82 (46) 15.05.84. Вюл. h" 18 (72) С.И. Девяткин, В.П. Карягин, К.M. Пичхадзе, A.R. Тертерашвили и В.М. Динкин (53) 531.768(088.8) (56) 1. Агейкин Д.И. и др. Датчик контроля и регулирования. М., "Машиностроение", 1965, с. 518.
2. Нуберт Т.П. Измерительные преобразователи неэлектрических вели— чин. М., "Энергия", 1970, с. 140 (прототип). (54) (57) TPЕХКОМПОНЕНТНЬЙ ДАТЧИК
ПЕРЕГРУЗКИ, содержащий груз, соединенный с корпусом посредством упругого элемента с тензорезисторами, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и поВЫШЕ НИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ, УПР "з ГИй элемент выполнен в виде трех кривc:— линейных балок, лежащих на Одной верхности и охватывающих груз по контуру, две из которых, крайние, расположены симметрично относительно центральной с плошадью поперечного сечения большей, чем у крайних балок, при этом угол охвата груза балками образован плоскостями, проходящими через то тки крепления балок в местах их соединения с корпусом и грузом и пересекающимися в центре тяжести о груза, и составляет больше 90, а тензорезисторы размещены на центральЮ нои балке в местах пересечения оси балки с двумя взаимно перпендикулярными осями, проходящими через центр тясязз и груза, з нз крайних бзлкзх в местах заделки балок к корпусу и к .-рузу. и ?;} б р Р т Е }» И Р 0 „0 <. И Г С g
»< (!. ТС ":.««И К(. . (l ИМ С ;:appl руэкп, содержагпин гт -: ссс НРННЫй С К01)ПуСОМ ! ; С О )ЛЕМБИТ а С На(СЛЕП!» Н}с!
П(Е т ОС ГяТКОМ =,70 O (т«ятт .И }< с I Е !) < КИ ЯВЛЯЕ СЯ :(ЕВОЗМОжНОСтЬ Из-}врв.!. .I.-r друг}(х сос3 B}3J)ÿ)а(цих вектсра .(Рт} . ки-ускорения. Наиболее близким по }ех!»Инес( (У!ЦНОГ ТИ К ПРЕДЛс ГЯЕМОМ(((Я НП Яr ..Т ."- : г(ЯТ«(И}., (0>BBP}KB J«I(y.",! . }ЯУ 3 „C г; Е И : . »т (! с корпусом пссгедством,«1p го:".-: 3I!(= ме«! TB,, с -32 спслоп((i«1((J 1} 1!(- .,;1< и Г}Рз) .с Tcpaми ), 2 1,
ЛОНЛЕПНЫй РЯЗПОДИЯПЯЗО<- НС(.-. Ь}а j(I«.CP-.. -}EI компонентов (то су(цеc! вснп:; сн:(жяе7 тсчнос Tb из (е})е-н(я П(}е«ль :iт(?С)бт)Р ГРния - p,- (}ппг(° i.".y», <И «! < Ba C«ii(a -} К т(т}«т =.r. РЦ) тт! i B.— Чи) а вь(п)сниР точное т}т }(зм --:р(- }(!i 3 Кг".(?Я«! !ЯЯ.. ЕЛЬ Цст! "„i ДСТС;.; Ч ГO В Дат«!!1(, (0(}Ер г а<(О(l тp«(!? C <} едH« етп<ь(,"т, KÎpиусо;1 !0(редс;н;з:; Уjyg (! O T:) OJ(ai Рита C (СН -; ÎP (ay«C T «)) a М! У}(!),<Г,I(.3ЛСМР;IT Bill OJ» a. ..(:I. Вт<«12 --,Р}(;.-ПИВОПИ})с«(И}()Х б .;0((Г )}(а--<-1<»,,2 Сг.НОИ 1)0}? Е(}Х «)(ти т 0)(1?.".< ;. (I«а!!(ij;IBK Гт) ". пгт конт: )у, д;e .-;: —, кстор пх ..р-в- -т - "}ЗаСПОЛОЖЕ -:И г И."<;::-.:тРИ-и-O;) ТН(ЗС( нО цен Гралb. -Io<:. с плоп}адь;3 }10 (е )((.?ч(;а}" го сечения бст(ьп(ей. чем у крайчи::. i балок, пр: ?3To )
0 ЯЛ К с(МI 0 C P a a 0 B a: —. ПЛ О С К О С Т ЯМ) -,,; J! < одя:!)I«н(и через Т<3» си E ПЕ}}ДИКУЛЯР НЬ(МИ ОСЯМИ, ПР ОКО ЦЯГ»дт) }И ЧЕРЕЗ ЦЕНТР тЯжЕСтн ГРУЗа,, Я Нсс КРЯ-" 1(ViX бЯЛКаХ = B МЕСтаХ ЗацРЛКИ ба!<он к корпусу и к грузу. На фиг,. 1 изображен 1 р (х:«(Омт(01(—:: н "} НЫй ДЯ ГЧИК ПЕР РГР)(тЗКИ С KPj< 10 «rlj<2òi" ными балками, составленными из пг(оских пластин связанных жесткой переМЪ(ЧК Ой > H ОХВЯ ты)с! Я (а((<ИМ«с(1 }} <7 т В В Иl Е пяраплелепипеда ; I(a фиг. 2 — варя;:-:3 выполнения трехкомпонентного цат.! а и нс! и (мн ) 3<)к? -<и с:. ; - Г}Г}<}}!«и Н«. и -ру3 а виде пилиндра; Ela фи) . - —:(пз;)a ормяльнь<х напря— .:.:.е J(i - ;»-, 62.IKB)(0-. J(cécòaè}I г.о(H. (»<; : i(I(:. Iiа !yIEil « (т Г(ай .: ".Г! .- .Я «CС Ta}?;3}i:((ir(-:I Пi <,,. «(2 <"((т. П;(}Р;«} I,((С .12Л;1) Л Ь!Х I(a! I 0ЯЖЕв бг. »2 краи}, и-;; ()Я.т},"Ях, и a(I<)pbI к .— С; ГС, r;i: .}Х НЯПРЯЖЕ}(нй НЯ Ц:«(TÐB«Ë-.(=в! и <3=,;ке с —,(ейс -y?va состав. Я}ап(Рй П.; Ч-.-:.,}И Г. -> — СХЕМЫ «?КЛ}ат(ЕНИЯ Т ° НЗОРР-н}.к-,)ее (- --(а обрат той с-:оро}те балок; (1::,,I(;. < : С : ЯВ."тт(}а:Ц)(Е- Ком}(ОНЕНТЫ i —,—,(т. Е (—;),т I )C!(0 - —:, Е -Г(. !? ..« -.;Q i«O 1« " . : -::)j,a<(!.aò J Г}т)Р сс:0«»т(сз )СНТН! !й ПЯТ (ИК ПЕРЕГРУЗ— ки -.OI. J)»о»1 .-пуз 1, соединен ый с -Сот«г(. ":,;. ПС " р ЕДС т ВОМ .<ру.-с O ЗЛЕОХ (ЗЯТЯ г), ? -! .!(с(ЛКЯ Ми К«". Т(СОЫй Qo (т-.— ГЕ. -" СС-::), .- <Х и т ««ат<(нк КрИВОЛИ".ayÈ(:(ой(.3(}Г,< 1, »!г -(we?!: на Ялс ко<зрди!Ят с(3 3)(е1}Г; с i;, !,. 1 D g за „2 caìH оси :зр,<еllтт;: } наны внутри угла 1 v Охвата „ »(! <О<)("т<(т<)(Ы 1 3 И !О- 19 ДЛЯ ИЗ ".<с.!)С .Н}1} i Е!3Е! Г(«ЗОК ЗДОJIJ= ОСЕЙ И )г ! K» («?0i i:. I(а I< i TUB. ::ЬНОЙ i BJ.КB :.Я " ПЕ<: . .(«Е »Ия OCI(1) . (В ) Мя «<ЗЯИМI=0 .}Е- (Г ЕН И -.;; «ЛЯ}ЗИММИ С<- ЯКИ ; И т<, })}«(Е))— т}а;.", H =; «1:) т} И,(М:,, -,;: -I! a Ый Н<,- .;ОД}1(-):, <-ИГНЯ ттсЯт <;м. у <)и 0 охвата Гр,:.:Я;вь:бираета ;Я бспь. е 3(} т т(е. боль}()е Угла Раз-:еп:ения еiiaoрезисторов, т}а крайних Оат Кях ii «! =C як Зядт!ЛКИ бсlлСК К КОр пугу и - гзу (у нак Рень тензорезистсага- = - — a! « Г Г<едназначенные ц:11-: E(aм "alliIR I» Y. ГЕ«(ЗО З перегрузки Г), в направперзпендик".НрнОИ Осям ез v(с: с pb} вклIачеHы ,гьнь х мостов. Причем пере-гузки }зс, можно ис"-,0paaE»ñòcpbI 20--2 или ? 1l.JIB«(Ei l!3мерИ Ц).(à —:, .3 1 < = P е *,, (и Я : огьзов; Гь тен «« "4- ° },, мс н Г?, и (. Оиll = .О I. с 1? }? 1«(Е;. P Рх к)зи— «- СИ П::: - .1<0< } J. Ii ОХВ Ят -(I«a()I!(}iX т РУЗ 1 il<« ..: —; —. « . !В(., «с
<: <1 Г * :!Ilтl.("I» Ч Р
";;;-.-"!IIja=: . " балок к Kop:1 . сg: к г.)- 3 =с 3 -вс"с " .: «! (О, обзаз;)BB}! vj о,- 10 1092413 5 Таким образом, влияние С1 на точность измерения С „и О »исключается схемой упругого элемента и схемной электрической компенсацией. Рассмат.ривая влияние ускорения с„и Очна точность измерения, можно отметить следующее. Ускорения И„и ю вызывают деформации изгиба в балках 3-5. Поэтому момент инерции центральной балки выбирается большим моментов инерции балок 3 и 5. Таким образом, основная часть нагрузки приходится на центральную балку и тем самым исключается влияние n », п1 на точность измерения А, причем с целью повы"0 шения точности предусмотрена электрическая схемная компенсация. Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом, позволяет расширить диапазон эксплу- . атации датчика, например, при одинаковой чувствительности к измеряемым компонентам 0», пч, д, их отношение 1 1х > z. можно получить — = — = = 1-100 30, " ъ Пч П что существенно йовьппает точность измерений. (Риг. 2 Датчик работает следующим оьразом. При ускоренном движении корпуса 2 сила Р, действующая на упругие балки, определяется как произведение массы m груза на ускорение a . Силу P и соответственно ускорение 0 можно разложить по осям чувствительности датчика на P„, РЧ, Р, и о» ач О или rid Ä n Ä n zz Р cl 0=- =— Из эпюры напряжений (фиг. 3 и 4) видно, что в местах размещения тензорезисторов 12-16, предназначенных для измерения перегрузки, величина напряжения от перегрузки 1, действующей в перпендикулярном направлении, равна нулю, т.е. д не влияет на точность измерения п». Анализируя эпюры напряжений (фиг. 3 и 4), аналогично можно отметить, что д» не влияет на точность измерения n> . Действия ускорения и преобразуется в крутящий момент, действующий на упругие балки и воспринимающийся в основном крайними балками 3 и 5. Цент ральная балка 4 не воспринимает указанный крутящий момент, например, часть крутящего момента, возникающего от а и приходящего на центральную балку, составляет (=z 1кР 6 1 о 0 б 6 кр г Ь p -o> 1092413 Составитель Н. Мараховская Редактор И. Касарда Техред Л.Микеш Корректор А. Ференц М Заказ 3247/28 Тираж 823 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и откры .ий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
