Чувствительный элемент

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий или крутящих моментов. Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Чувствительный элемент содержит упругий стержень 1, на боковой поверхности которого под углом меньше 20° к его оси выполнена многозаходная нарезка 2 с глубиной, равной 1,5 - 2 диаметрам тензопроволоки. В нарезке навита с предварительным натягом тензопроволока, образующая тензорезисторы сжатия 3, 4. На той же боковой поверхности над нарезкой навита тензопроволока, образующая тензорезисторы растяжения 5, 6. При приложении силы P вдоль оси упорного стержня он деформируется совместно с тензорезисторами так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаются, а тензорезисторы 5, 6 растягиваются. На упругом стержне, на его боковой воерхности, может быть выполнена многозаходные правая и левая нарезки. При этом угол нарезки равен 45°. Использование трехслойного расположения тензорезисторов увеличивает чувствительность упругого стержня. Стержень ослаблен с помощью внутреннего отверстия, использование навиваемых тензоризисторов и отверстия в стержне дает возможность измерения крутящего момента. Для измерения малых значений сил к торцам упругого стержня присоединены рычаги. С их помощью усилие трансформируется в крутящий момент, который закручивает стержень. Величина получаемого сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. 4 З.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!!

А1 (51)5 С 01 1 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4382933/24-10 (22) 25.02.88 (46) 15.03.90. Вюл. N 10 (71) Одесский политехнический институт (72) В.К.Голованов, А.Ф.Дан(енко, А.И.Кравченко, В.Ф.Семенюк и С.Т.Сергеев .(53) 531.781(088.8) (56) Упругие элементы тензорезисторных датчиков силы. Обзорная информация. ТС-7. Машины и приборы для измерения механических величин. И,, 1976, с. 58.

Авторское свидетельство СССР

iN 473913, кл."G 01 Ь 1/22, 1973, 2 (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕИЕНТ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения усилий или крутяцих моментов. Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможно" стей. Чувствительный элемент содержит упругий стержень 1,.на боковой поверхности которого под углом меньше 20 к его оси выполнена многоэаходная нарезка 2 с глубиной равной 1,5-2 диаметрам тензопроволоки. В нарезке навита с предварительным натягом тензопроволока, образуюцая тензорезисто.ры сжатия 3, 4. На той же боковой поЙ

1550339 верхности над нарезкой навита тензопроволока, образующая тензореэисторы растяжения 5, 6. При приложении силы

P вдоль оси упругого стержня он деформируется совместно с тенэорезисто5 рами так, что тензорезнсторы 3, 4 сжимаютея, а тензорезисторы 5, 6 растягиваются. На упругом стержне, на его боковой поверхности, могут быть выпол-10, иены многозаходные правая и левая нарезки. При этом угол нарезки равен

45 . Использование трехслойного расо положения тензорезисторов увеличивает.

Изобретение относится к силоизмери-20 тельной технике и может быть использовано для точного измерения усилий или крутящих моментов.

Цель изобретения — повышение точ-. ности измерения и расширение функцио- 25 нальных .возможностей устройства, На фиг. 1 изображен чувствительный о, элемент с углом нарезки 15; на фиг. 2 — то же, с углом нарезки 45

На фиг. 1 изображен чувствительный 30 элемент, состоящий из упругого стержня 1, в котором выполнена на его боковой поверхности под углом 15 к его оси -многозаходная нарезка 2. Глу". бина нарезки 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки. Навитая с предварительным натягом тензорезисторная проволока, расположенная- в многозаходной нарезке, образует тензорезисторы 3, 4 сжатия, Навитая с предвари- 40 тельным натягом на боковой поверхности упругого стержня тензорезисторная проволока образует тензорезисторы 5, 6 растяжения. Этот силочувствительный элемент предназначен для измерения больших осевых усилий (свьппе 1000 кН) .

На фиг. 2 изображен чувствительный элемент, состоящий из упругого стержня 7, в котором выполнены на одной и той же его боковой поверхности под углом 45 к оси многозаходные правая о

8 и левая 9 нарезки, Причем глубина одной нарезки больше другой на 1,5-2 диаметра тензорезисторной проволоки.

Навитая с предварительным натягом тензорезисторная проволока, располо" канная в правой многозаходной нарезке, образует тензорезисторы растяжения 10 — 13, а в левой — сжатия 14-17. чувствительность упругого стержня.

Стержень ослаблен с помощью внутреннего отверстия, использование навиввемых тензорезисторов и отверстия в стержне дает возможность измерения крутящего момента. Для измерения малых значений сил к торцам упругого стержня присоединены рычаги. С их помощью усилие трансформируется в крутящий момент, который закручивает стержень. Величина получаемого сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. 4 s.ï. ф-лы, 2 ил.

Чувствительный элемент (фиг. 1) работает следующим образом.

Вдоль оси упругого стержня действует усилие. Упругий стержень совместно с тензореэисторами. деформируется так, что тензорезисторы 3, 4 сжимаются, а 5, 6 растягиваются. Это приводит к разбалансу электрического моста, величина которого пропорциОнальна измеряемому усилию. Выполнение многозаходной нарезки под углом менее 20 к оси упругого стержня способствует уменьшению влияния напряжений, растягивающих тензореэисторы сжатия. Выполнение навивки тензорезисторов растяжения с малым шагом навивки ITpoBQ» локи способствует уменьшению влияния напряжений, сжимающих тензорезисторы растяжения, так как диаметр тензорезисторной проволоки очень мал.

Чувствительный элемент, предназна-. ченный для измерения больших осевых усилий (свыше 1000 кН), с увеличенным значением электрического сигнала изображен на фиг. 1 (левая нарезка не показана). Расположение тензорезисторной проволоки в этом случае поясняется разрезами А-А, приведенными на фиг. 1 и 2. Воздействующее усилие P деформирует упругий элемент.

Тензорезисторы, расположенные в левой нарезке, сжимаются так же, как расположенные в правой нарезке, причем получаем удвоенное значение приращения электрического сигнала за счет только одного плеча мостика уинстона, в который включены эти тензорезисторы сжатия. Это позволяет увеличить длину тензорезисторов 5 и 6 растяжения фиг. 1 ° Поэтому в данном и под действием малых усилий (менее.

10 кН). Выполнение упругого стержня полым будет способствовать увеличению податливости чувствительного элемента, следовательно, увеличению электрического сигнала. Это эквивалентно снижению величины приложенного усилия. Использование большей части деформируемой поверхности для измерения достигается тем, что на боковой поверхности упругого элемента выполнена многозаходная нарезка под углом, о меньшим 20, к его оси. 1лубина нарезки незначительна, так как тензорезисторная проволока, как правило, имеет диаметр 20 мк. Поэтому концентрации напряжений вблизи нарезки не происходит. Это позволяет использовать чувствительный элемент для изме" рения больших усилий.

В случае использования трехслойного расположения тензореэисторов достигается значительное увеличение чувствительности упругого стержня, а также увеличивается коэффициент использования поверхности чувствительного элемента.

Использование правой и левой разновысотной нарезки мапой глубины, различие составляет 1,5-2,0 диаметра тензореэисторной проволоки, способствует более полному использованию для измерения боковой поверхности упругого стержня. Тензорезисторы в этом случае располагаются строго под 45 к оси стержня, что увеличивает точ.ность измерения.

Совокупное использование навивае40.мых тензорезисторов на упругий стержень и его ослабление с помощью внутреннего отверстия позволяет измерять крутящие моменты малой величины с большой точностью, Использование рычагов, присоединенных к Концам полого упругого стержня, на котором выполнены многоэаходная левая и правая разновысотная нарезка, в которой с предварительным натягом расположена тензорезисторная проволока, дает возможность измерения динамических усилий мапой величины (менее 10 кИ).

Чувствительный элемент в зависимости от нового конструктивного выполнения может быть использован для измерения как больших, так и малых усилий и крутящих моментов, что является расширением функциональных воз5

1550339 случае получаем повышенное значение величины электрического сигнапа за счет более полного использования деформации этой поверхности.

Силочувствительный элемент (фиг. 2)

5 работает следующим образом.

К торцам упругого стержня приложены одинаковые и разнонаправленные крутящие моменты, под действием которых происходит его закручивание. Это приводит к дополнительному растяжению тензорезисторов 14 — 17 и уменьшению растягивающих напряжений тензорезисторов 10 — 13 (они навиты с предвари- 15 тельным натягом), что приводит к pas балансу электрического моста, величина которого пропорциональна измеряемому крутящему моменту. Повышение величины электрического сигнала в дан- 20 ном случае также происходит из-за использования многозаходной винтовой нарезки, так как при этом длина тенэорезисторной деформируемой проволоки увеличивается пропорционально коли- 25 честву нарезок. Поэтому для измерения больших крутящих моментов будем полу чать достаточную величину электрического сигнала, что расширит функциональные возможности чувствительного элемента.

Чувствительный элемент, предназначенный для измерения крутящих моментов уменьшенной величины, приведен на. фиг. 2 {внутреннее цилиндрическое отверстие не показано). К торцам упругого стержня приложеныiодинаковые и разнонаправленные крутящие моменты, под действием которых происходит его закручивание. Так как в упругом стержне выполнена полость, то при приложении крутящих моментов малой. величины будем. получать достаточной вели" чины электрический сигнал. При этом точность измерения будет высокая, 45

Чувствительный элемент, предназ-. наченный для измерения малых усилий, изображен на фиг. 2 (силовоспринимающие рычаги и внутреннее .отверстие в упругом стержне не показаны). С помо- 50 щью рычагов, соединенных с концами упругого полого стержня, перпендикулярно его оси, усилие трансформируется в крутящий момент, который и эак" ручивает этот стержень. Вепичина получаемого электрического сигнала будет пропорциональна длине используемых рычагов. Поэтому этот чувстви" тельный элемент будет закручиваться

1550339 можноетей с повышением точности их измерений, 5. Элемент по п. 4, о т л и ч а юшийся тем, что оба конца упругогo стержня снабжены рычагами одинаковой длины и расположенными перпендикулярно его оси.

Составитель И.Иальгинова

Редактор О.Спесивых Техред N,Дидык Корректор Т . Палий

Заказ 265 Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Формула изобретения

1, Чувствительный элемент, содержащий упругий цилиндрический стержень на боковой поверхности которого закреплены тензорезисторы сжатия, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона измерения, в него введены тензорезисторы растяжения, которые, как и тензорезисторы сжатия, 15 выполнены из тензореэисторной проволоки, а на боковой поверхности сжатия под углом к его оси выполнена многозаходная нарезка, в которой с натягом размещена тензорезисторная проволока сжатия, над которой с натягом навита тензорезисторная проволока растяжения.

2. Элемент по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что нарезка.выполнена 25 разнонаправленной под углом менее 20", а глубина первой нарезки больше второй на 1,5 — 2 диаметра тензорезис" торной проволоки.

3, Элемент по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет измерения крутящего момента, нарезка выполнена под углом

45, причем тенэорезисторная проволоо ка, расположенная в правой нарезке, образует тензорезисторы растяжения, а в левой — сжатия, 4, Элемент по п. 3, о тли ч aþшийся тем, что, с целью повыше" ния чувствительности измерения, упругий стержень выполнен полым. ,1