Полупроводниковый преобразователь усилий
Использование: в миниатюрных полупроюдниковых балочных преобразователях усилий. Сущность изобретения: преобразователь содержит полупроводниковую гибкую измерительную пластину 1 с тензометрическими элементами 3, опирающуюся с одного конца на систему трех опор U, V, W, к которым она прижата усилием, создаваемым пружиной 5, позволяющей свободному концу гибкой пластины перемещаться до ограничительного упора 6 лишь при превышении рабочего диапазона измеряемых усилий. Два стержня 7 проходят с зазором через отверстия в гибкой пластине 1 и ограничивают перемещения пластины в ее плоскости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
СО)03 COBETCKMX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОсудАРственнОе пАтентнОе
BEÄ ÎMCTBO СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (я)5 G 01 1 1/22
ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 44931684/10 (22) 04.04.91 (46)l07.02,93. Бюл. N 5 (75) В.С.Заседателев и О.В,Шелковый (56) атент США ¹ 44550066225500, кл. 6 01 1 1/22, аi: :А ь *30 АТЕЛЬ УСИЛИЙ (57т Использование: в миниатюрных полупро одниковых балочных преобразователях усилий. Сущность изобретения: пре бразователь содержит полупроводни„„. Ж, 1793279 А1 ковую гибкую измерительную пластину 1 с тензометрическими элементами 3, опирающуюся с одного конца на систему трех опор
0, V, W, к которым она прижата усилием, создаваемым пружиной 5, позволяющей свободному концу гибкой пластины перемещаться до ограничительного упора 6 лишь при превышении рабочего диапазона измеряемых усилий. Два стержня 7 проходят с зазором через отверстия в гибкой пластине
1 и ограничивают перемещения пластины в ее плоскости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
1793279
Изобретение относится к измерительной технике. а именно к высокоточному измерению усилий с помощью миниатюрных полупроводниковых балочных преобразователей.
Известный полупроводниковый преобразователь усилий содержит чувствительный элемент в виде измерительной гибкой пластины (балочки), закрепленной с одного конца. На гибкой пластине размещены тензометрические элементы, с которых снимается электрический сигнал, пропорциональный действующему усилию,.
В известном балочном преобразователе усилий защита гибкой пластины от перегрузки путем установки неподвижного упора, в который мог бы упереться конец гибкой пластины при воздействии перегрузки, вызывает существенные трудности. так как перемещения конца гибкой полупроводниковой пластины составляют микрометры или еще меньше, т.е. столь незначительны, что регулирование таких размеров затруднительно; требуется очень точно устанавливать зазор между упором и концом гибкой пластины; кроме того, при температурных деформациях работа преобразователя может быть легко нарушена.
Цель изобретения — повышение надежности эа счет обеспечения защиты миниатюрного преобразователя от перегрузок в обоих направлениях измеряемого усилия.
Указанная цель достигается тем, что полупроводниковый преобразователь усилий, содержащий чувствительный элемент в виде закрепленной одним концом гибкой пластины, на которой размещены тензометрические элементы, соединенные с измерительной аппаратурой, снабжен расположенными с обеих сторон свободного конца гибкой пластины ограничительными упорами, при этом ее закрепление осуществлено пружиной, поджимающей ее конец к трем опорам, две из. которых размещены в выполненных в гибкой пластине лунках, причем две опоры — на одинаковом расстоянии от конца пластины..
Кроме того, целью изобретения является повышение надежности за счет обеспечения защиты миниатюрного преобразователя от перегрузок в направлениях, отличных от иэммвряемого усилия, С этой целью преобразователь снабжен неподвижными стержнями, размещенными в выполненных в гибкой пластине отверстиях или размещенными по ее периметру каждый с зазором, меньшим половины диаметра лунки под одну из опор, На фиг. 1 показана конструктивная схема преобразователя; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и 4 — схематичное изображение элементов защиты преобразователя.
Преобразователь усилий содержит по5 лупроводниковую гибкую измерительную пластину 1 с тензометрическими элементами
2, соединенными с.измерительной аппаратурой (на фиг. 1 не показана) токоведущими дорожками через гибкие токовводы 3. Пла"0 стина 1 опирается с одного конца на систему опор U, V, W, к которым прижата усилием
F (проекция центра приложения усилия — 4), создаваемым пружиной 5. а другим концом — расположена на некотором расстоянии от упоров 6 (на фиг, 1 показан только нижний), Два стержня 7 проходят с зазором через отверстия в гибкой пластине 1.
Работа преобразователя заключается в том, что под воздействием измеряемого уси20 лия Р деформируется пластина 1 и поэтому изменяются параметры тензометрических элементов 2 (например, сопротивление тензорезисторов), а с помощью токоведущих дорожек эти изменения параметров передаются на вторичную измерительную аппаратуру. При превышении усилием Р некоторого значения Pïð, которое больше верхнего предела измеряемого усилия, но меньше критического усилия, вызывающего разрушение гибкой пластины 1, силовая пружина 5 перестает удерживать гибкую пластину 1 в прижатом ко всем трем опорам U, V, W состоянии и она, поворачиваясь вокруг опоры U или двух опор V, W, опирается на один из упоров 6 и предохраняется от разрушения.
Лунка под опору W выполнена так, чтобы в крайнем положении, когда пластийа лежит на упоре 6 (см, фиг, 3), конец опоры W
40 не выходил бы полностью из нее. Лунка под опору V выполнена в виде поперечной канавки с возможностью смещения этой опоры в поперечном направлении, обеспечивая компенсацию неточности расположения
45 опор, Поворот гибкой пластины относительно крайней опоры U показан на фиг. 3. При этом, из условия равновесия, когда измеряемое усилие P = Рпр, следует
50 Fo*( — А) = Pop*(L+ В), где Fo — усилие пружины в момент, когда P=
Pop,  — расстояние от опоры 0 до линии, соединяющей опоры V и W;
А — расстояние от линии, соединяющей опоры V и W, до центра приложения силы
Fo
L — расстояние от линии, соединяющей опоры V и W, до свободного конца гибкой пластины, 1/93273
А L
 — А L+8 бь|т иг
Поворот гибкой пластины относительно внутренних опор V u W показан на фиг. 4.
При этом, из условия равновесия, когда изме яемое усилие P = Pnp, следует
I .Fo * A = Ppp * L.
Указанные расстояния А, В, L связаны ме кду собой следующим соотношением;
Крайняя опора U и опоры V u W могут ь поменяны местами относительно своного конца гибкой пластины, В целях предотвращения выпадения льчатых опор V, W из лунок при воздейФормула изобретения
1. Полупроводниковый преобразовате ь усилий, содержащий чувствительный эл мент в виде закрепленной одним концом гибкой пластины, йа которой размещены теМзометрические элементы, соединенные с измерительной аппаратурой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повйШения б. надежности за счет обеспечения защиты от перегрузки в обоих направлениях измеряем го усилия миниатюрных преобразовател й, он снабжен ограничительными у орами, расположенными с обеих сторон свободного конца гибкой пластины, пружиной и тремя опорами. при этом закрепление глебкой пластины осуществлено йружиной, I
I ствии перегрузок в направлениях. отличных от измеряемого усилия, в качестве защиты использованы два неподвижных стержня 7 (фиг. 1), При этом зазор в отверстиях гибкой
5 пластины составляет порядка четверти диаметра лунки под опору W, как это показано на фиг, 2. В другом случае, эти стержни (в количестве, например, шести штук) могут быть расположены по периметру тибкой
10 пластины.
При использовании изобретения в ми. ниатюрных преобразователях, имеющих гибкую измерительную пластину, выполйенную из монокристаллического материа15 ла, обеспечена защита ее от перегрузок в любых направлениях.
20 поджимающей конец гибкой пластины к трем опорам, две из которых размещены в вып олненных в гибк.ой пл.астине лунках, причем две опорй размещены на одинаковом расстоянии от свободного конца гибкой
25 пластйны.
2, Преобразователь йо и, 1, отлича ющ и и c я тем, что, с целью повышения надежности за счет обеспечения защйты от перегрузок, действующих в направлениях, 30 отличных от измеряемого уСилия, ой снабжен неподвижными стержнями, размещенными в выполненных в гибкой пластине отверстиях или по ее периметру с зазором, меньшим половины диаметра лунки под одЗ5 ну иэ опор, 1793279
Редактор
Заказ 497 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Составитель В.Заседателев
Техред М.Моргентал Корректор А,Обручар
4р
