Тензорезисторный датчик силы

 

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных нестационарных усилий. Цель изобретения - повышение точности измерения. В корпусе 1 расположен связанный со штоком 3 силоизмерительный элемент 4 с наклеенными на его поверхности тензорезисторами 5. При действии измеряемого усилия на шток 3 датчика деформируются мембраны 2. Одновременно шток 3 перемещает подвижный дцск 6 демпфера, размешенного на штоке с осевым двухсторонним зазором между двумя неподвижными дисками 7. Сила вязкого сопротивления препятствует перемешению подвижного диска б и деформирует тензорезисторы, закрепленные на перемычке диска. Формируется электрический сигнал, пропорциональный демпфируюшей силе, который суммируется с электрическим сигналом силоизмерительного элемента 4. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SUÄÄ 1425482 А1 дц 4 G 01 L 1 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4152055/24-10 (22) 25.11.86 (46) 23.09.88. Бюл. № 35 (72) В. Л. Костюков (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1027545, кл. G 01 1 1/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 626369, кл. G 01 1 1/22, 1978. (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК

СИЛЫ (57) Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения знакопеременных нестационарных усилий. Цель изобретения — повышение точности измерения. В корпусе 1 расположен связанный со штоком 3 силоизмерительный элемент 4 с наклеенными на его поверхности тензорезисторами 5. При действии измеряемого усилия на шток 3 датчика деформируются мембраны 2. Одновременно шток 3 перемещает подвижный диск 6 демпфера, размещенного на штоке с осевым двухсторонним зазором между двумя неподвижными дисками 7. Сила вязкого сопротивления препятствует перемещению подвижного диска 6 и деформирует тензорезисторы, закрепленные на перемычке диска, Формируется электрический сигнал, пропорциональный демпфирующей силе, который суммируется с электрическим сигналом силоизмерительного элемента 4. 2 ил.

1425482

Формула изобретения

Изобретение относится к силоизмерительной технике, в частности, для измерения знакопеременных нестационарных усилий.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Уравнение динамики датчика силы при соответствующих допущениях может быть представлено в виде

M x (t) + сх(1) + кх(1) = F(t), (1) где М, С и К вЂ” параметры, характеризующие соответственно присоединенную к штоку датчика массу, демпфирование и жесткость упругого элемента;

x (t) — деформация упругого элемента, пропорциональная выходному сигналу датчика;

F (t) — измеряемое усилие, воздействующее иа шток датчика.

Из приведенного соотношения следует, что усилие F (t), действующее на шток датчика, в общем случае раскладывается в датчике на три составляющие: инерционную Mx (t) демпфируюшую Сх(1) и упругую Kx(t). В передемпфированном датчике, т. е. в датчике, в котором степень успокоения колебаний больше критической (go 1), инерционная составляющая М х (t) пренебрежимо мала при любой форме из меряемого усилия, и соотношение (1) в этом случае приводится к виду

F (t) = Kx (t) + c% (t), (2) йз которого следует, что в передемпфированном датчике входное усилие F(t) раскладывается только на две составляющие и, следовательно, если к выходному сигналу силоизмерительного элемента (упругая составляющая) добавить в соответствующем масштабе сигнал, пропорциональный демп фирующей силе, то суммарный сигнал воспроизведет точную, без динамических искажений, масштабную копию измеряемого усилия. В предлагаемой конструкции датчика электрический сигнал, пропорциональный упругой составляющей, снимается с тензорезисторов, наклеенных на силоизмерительный элемент, а сигнал, пропорциональный демпфируюшей силе, снимается с тензорезисторов, наклеенных определенным образом на силовые элементы демпфера, и далее эти электрические сигналы суммируются.

На фиг. 1 представлен тензорезисторный датчик силы; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Датчик состоит из корпуса 1, в котором на двух центрирующих и герметизирующих мембранах 2 вывешен шток 3, опирающийся на силоизмерительный элемент 4 с наклеенными на его поверхности тензорезисторами 5. На конце штока закреплен подвижный диск 6, который с осевым зазором обхватывается двумя неподвижными дисками 7, жестко скрепленными с корпусом датчика, закрытым с двух сторон крышками.

10 !

Подвижный диск демпфера (фиг. 2) выполнен в виде двух концентрично расположенных колец, соединенных между собой четырьмя перемычками, на боковых поверхностях которых наклеены тензорезисторы 8, испытывающие деформацию сдвига. Возможны другие варианты исполнения подвижного диска демпфера, например с тонкой цилиндрической шейкой между диском и внутренним кольцом, но в любом случае используются тензорезисторы, воспринимающие деформацию, вызванную демпфирующей силой, воздействующей на подвижный диск демпфера. Тензорезисторы 8 объединены в мостовую измерительную схему и через гермовводы 9 подключены к электрической схеме силоизмерительного элемента, например, по схеме параллельного включения мостовых схем.

Полость демпфера заполнена полиметилсилоксановой демпфирующей жидкостью, вязкость которой обеспечивает степень успокоения колебаний датчика больше критической ) 1 (передемпфирование) при фиксированных геометрических параметрах элементов демпфера.

Датчик работает следующим образом.

При действии измеряемого усилия на шток 3 датчика деформируются мембраны 2 и силоизмерительный элемент 4. Деформация силоизмерительного элемента преобразуется посредством тензорезисторов 5 в электрический сигнал, который поступает на разьем 10. Одновременно шток перемешает подвижный диск 6 демпфера. При этом демпфирующая жидкость вытесняется из уменьшающегося плоского кольцевого зазора и всасывается в увеличивающийся зазор. Таким образом, перемещению подвижного диска 6 препятствует сила вязкого сопротивления, которая вызывает деформацию перемычек, связывающих кольцевую активную часть демпфера со штоком. Тензорезисторы

8, наклеенные на перемычки, формируют электрический сигнал, пропорциональный демпфирующей силе, который через гермовводы 9 поступает на разъем и суммируется с электрическим сигналом силоизмерительного элемента.

Электрический сигнал в демпфере возникает только на переходных режимах работы датчика, а при измерении статических усилий выходной сигнал с демпфера отсутствует и измеряемому усилию полностью соответствует выходной сигнал силоизмерительного элемента.

Тензорезисторный датчик силы, содержащий корпус, в котором расположен тензорезисторный силоизмерительный элемент связанный со штоком, гидравлический демпфер, выполненный в виде подвижного диска, закрепленного на штоке с осевым дву1425482

Составитель И. Мальгинова

Редактор В. Петраш Техред И. Верес Корректор М. Пожо

Заказ 4758/37 Тираж 847 Г!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, % — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сторонним зазором между двумя неподвижными дисками, измерительную схему, подключенную к тензорезисторному элементу, отличающийся тем; что, с целью повышения точности измерения, в нем на подвижном диске демпфера размещены тензорезисторы, включенные в измерительную цепь тензорезисторного силоизмерительного элемента.