Тензорезисторный преобразователь силы



Тензорезисторный преобразователь силы
Тензорезисторный преобразователь силы

 


Владельцы патента RU 2423677:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тензорезисторным преобразователям силы, и может быть использовано в разработке и изготовлении датчиков для измерения диапазонов малых давлений. Технический результат - стабильность параметров и максимальная чувствительность тензорезисторного преобразователя силы при минимальном силовом воздействии на упругий элемент, а также повышение функциональности конструкции в целом. Тензорезисторный преобразователь силы содержит упругий элемент прямоугольного сечения с четырьмя сквозными отверстиями в боковой грани и пропилами нижней стороны отверстий, над которыми расположена плоская поверхность, где установлены тензорезисторы, присоединительное отверстие для силопередающего элемента (штока), находящееся посередине между парами отверстий. Две площадки с термокомпенсационными резисторами, имеющие таврообразный профиль, расположены над опорным кольцом в одной плоскости с плоскостью упругого элемента, выступающей над опорным кольцом на высоту, определяемую следующим математическим выражением H≥d+h, где d - диаметр сквозных отверстий, h - наименьшее расстояние между плоской поверхностью упругого элемента и сквозными отверстиями. Упругий элемент и опорное кольцо с площадками выполнены за одно целое. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тензорезисторным преобразователям силы, и может быть использовано в разработке и изготовлении датчиков для измерения диапазонов малых давлений.

Известен преобразователь силы, содержащий упругий элемент, плоскую балку, с установленными на нем тензорезисторами [1]. Плоская балка имеет прямоугольное поперечное сечение. Тензорезисторы установлены в зонах возникновения максимальных напряжений, в зоне деформации сжатия и зоне деформации растяжения.

Недостатком известного преобразователя силы является растянутость зон деформации при измерении давлений, низкая чувствительность, нелинейность распределения напряжений по плоскости упругого элемента, низкая чувствительность и динамические свойства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению (прототипом) [2] является тензорезисторный преобразователь силы, содержащий упругий элемент, балку прямоугольного сечения с четырьмя сквозными отверстиями и пропилами нижней стороны, измеряемое усилие передается через силопередающий элемент, расположенный посередине между парами отверстий, и установленными на него тензорезисторами. Тензорезисторы установлены (например, методами вакуумного напыления) на верхнюю поверхность упругого элемента над отверстиями.

Недостатком конструкции упругого элемента является низкая жесткость упругого элемента, что снижает чувствительность в диапазоне малых давлений, уменьшает теплоустойчивость и приводит к ухудшению функциональных возможностей.

Целью данного изобретения является повышение стабильности параметров и максимальной чувствительности тензорезисторного преобразователя силы при минимальном силовом воздействии на упругий элемент, повышение теплоустойчивости, функциональности.

Поставленная цель достигается тем, что в тензорезисторном преобразователе силы, содержащем упругий элемент, выполненный с четырьмя сквозными отверстиями с поперечными прорезями в боковой грани и размещенными над ними тензорезисторами, силопередающий элемент, расположенный посередине между парами отверстий, согласно изобретению упругий элемент выполнен за одно целое с опорным кольцом, имеющим две площадки, выполненные в одной плоскости с плоскостью упругого элемента и имеющие таврообразный профиль, на которые установлены термокомпенсационные резисторы, при этом упругий элемент выступает над плоскостью опорного кольца на высоту, определяемую следующим математическими выражением Н≥d+h, где d - диаметр сквозных отверстий, h - наименьшее расстояние между плоской поверхностью упругого элемента и сквозным отверстием.

Изготовление упругого элемента и опорного кольца за одно целое исключает возможность влияния разнородности материала на термокомпенсационные резисторы, их взаимодействие с тензорезисторами, снижает влияние колебания температуры на показания тензорезисторов, а выполнение площадок тензорезисторного преобразователя силы таврообразного профиля способствует равномерному и быстрому прогреву их за счет увеличения площади, подвергаемой температурному воздействию. Независимость зон деформации от возможного смещения балки, повышение жесткости конструкции преобразователя силы за счет увеличения жесткости заделки упругого элемента на опорном кольце позволяет повысить чувствительность тензорезисторного преобразователя силы. Совокупность указанных технических решений приводит к повышению чувствительности в диапазонах малых давлений и повышению теплоустойчивости.

В то же время выполнение упругого элемента за одно целое с опорным кольцом, имеющим две площадки таврообразного профиля, расположенные в одной плоскости с плоскостью упругого элемента, с установленными термокомпенсационными резисторами, и расположение его над плоскостью опорного кольца на высоту, достаточную для профилирования его по толщине, позволяет повысить функциональность устройства.

На фиг.1 изображен тензорезисторный преобразователь силы, который содержит основные конструктивные элементы: упругий элемент 1, опорное кольцо 2, площадки 3 с установленными на них термокомпенсационными резисторами 4. Упругий элемент 1 содержит плоскую поверхность 5 с четырьмя установленными тензорезисторами 6, четыре сквозных отверстия 7 и присоединительное отверстие 8.

На фиг.2 изображен график распределения напряжений по длине упругого элемента, где В - плоская поверхность упругого элемента, d - диаметр отверстий, Рcж - напряжение сжатия, Рраст - напряжение растяжения, L - длина упругого элемента.

Присоединительное отверстие для силопередающего элемента (штока) выполнено на плоской поверхности перпендикулярно поверхности упругого элемента и расположено посередине между парами сквозных отверстий в боковой поверхности и пропилами нижней стороны отверстий, полученными, например, технологией электроэрозионной вырезки, и сформированы инструментом, который имеет свободный доступ к обрабатываемой поверхности. Форма и размеры сквозных отверстий, толщина между верхней поверхностью отверстий и плоской поверхностью могут быть варьированы для получения максимальной чувствительности при минимальном силовом воздействии на упругий элемент.

Плоская поверхность подготовлена известными методами, как, например, абразивная доводка и полировка, а опорное кольцо имеет две площадки с установленными на них термокомпенсационными резисторами. Площадки расположены в одной плоскости с плоскостью упругого элемента, на которую установлены тензорезисторы. Термокомпенсационные резистры установлены на выступающую часть площадок, имеющих таврообразный профиль. Площадки изготовлены за одно целое с упругим элементом и опорным кольцом. Высота, на которую выступает упругий элемент над опорным кольцом, определена следующим математическими выражением Н≥d+h, где d - диаметр сквозных отверстий, h - наименьшее расстояние между плоской поверхностью упругого элемента и сквозными отверстиями.

Принцип работы заключается в следующем. Измеряемое усилие, воздействуя на упругий элемент через силопередающий элемент (шток), изменяет напряжения растяжения и сжатия на плоской поверхности над сквозными отверстиями, величина и изменение напряжений фиксируется тензорезисторами, расположенными непосредственно над сквозными отверстиями.

Независимость зон деформации от возможного смещения балки при неточном ее изготовлении, повторяемость, линейность распределения напряжений в поперечном направлении упругого элемента позволяет повысить надежность и точность тензорезисторного преобразователя силы.

Техническим результатом изобретения является стабильность параметров и максимальная чувствительность тензорезисторного преобразователя силы при минимальном силовом воздействии на упругий элемент, а также повышение функциональности конструкции в целом.

Источники информации

1. Авт. св. СССР №930004.

2. Авт. св. СССР №243565.

Тензорезисторный преобразователь силы, содержащий упругий элемент, выполненный с четырьмя сквозными отверстиями с поперечными прорезями в боковой грани и размещенными над ними тензорезисторами, силопередающий элемент, расположенный посередине между парами отверстий, отличающийся тем, что упругий элемент выполнен за одно целое с опорным кольцом, имеющим две площадки, выполненные в одной плоскости с плоскостью упругого элемента и имеющие таврообразный профиль, на которые установлены термокомпенсационные резисторы, при этом упругий элемент выступает над плоскостью опорного кольца на высоту, определяемую следующим математическими выражением H≥d+h, где d - диаметр сквозных отверстий, h - наименьшее расстояние между плоской поверхностью упругого элемента и сквозными отверстиями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта, а именно к механосборочному производству, в частности к сборке с гарантированным натягом деталей типа вал-втулка тепловым способом, и предназначено для оценки прочности сопряжения внутренних колец двух рядом стоящих буксовых роликовых подшипников, напрессованных на шейку оси колесной пары.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для защиты грузоподъемных машин и механизмов от перегрузок, в высокоточных тензометрических весах, а также в качестве преобразователя механических величин (давления, перемещения, деформации, усилия) в электрический сигнал в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для измерения усилий и/или моментов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для взвешивания, например, проката. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для измерения усилий при контроле технологических процессов или при поверке рабочих датчиков силы.

Изобретение относится к области испытаний материалов на трещиностойкость при действии структурных и температурных усадочных напряжений и старения. .

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при изготовлении весоизмерительных приборов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий сжатия между двумя поверхностями, например, при измерениях силы прижатия тормозных колодок к суппорту в процессе торможения автомобиля.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в измерительной технике для измерения сил, создаваемых давлением упругих деталей, например поршневых колец, на стенку цилиндра.

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при изготовлении весоизмерительных приборов

Изобретение относится к приборостроению, в частности к измерительным устройствам для измерения и регистрации сил взаимодействия колеса с рельсом

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для измерения деформаций в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к многоканальным измерительным устройствам для измерения сил и моментов, действующих на модель летательных аппаратов в аэродинамической трубе

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения усилий в подъемных устройствах

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам измерения проявления горного давления, а именно к датчикам для измерения натяжения анкера

Изобретение может быть использовано для измерения малых давлений с повышенной чувствительностью и точностью. Тензорезисторный преобразователь силы содержит упругий элемент, выполненный за одно целое с опорном кольцом. Упругий элемент выполнен с четырьмя сквозными отверстиями с поперечными прорезями в боковой грани. На плоской поверхности упругого элемента над сквозными отверстиями размещены тензорезисторы. Ширина плоской поверхности упругого элемента в местах расположения тензорезисторов выполнена переменной и определяется соответствующим математическим выражением. где b - максимальная ширина плоской поверхности упругого элемента; hmin - минимальная толщина поверхности упругого элемента над сквозным отверстием; l - длина рабочей части упругого элемента; ХT - текущая координата тензорезистора; r - радиус сквозного отверстия. Техническим результатом является увеличение чувствительности тензорезисторного преобразователя силы и повышение точности измерения малых давлений. 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, нагруженных осевой силой. Способ заключается в следующем. Спаренные тяги фиксируют относительно основания технологическими штырями, после чего натягивают одну тягу с контролем усилия, затем без контроля усилия вторую тягу до полного освобождения технологических штырей от зажима. Для обеспечения равномерной передачи управляющего момента необходимо, чтобы оси, проходящие через оси вращения и тяги рычагов, были перпендикулярны плоскости симметрии системы. Технический результат заключается в обеспечении заданного усилия натяжения тяг. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройству многокомпонентных тензометрических динамометров с внутренним каналом, и может быть использовано в различных областях техники (например, в робототехнике, экспериментальной гидро- и аэродинамике). Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение потребительских качеств динамометра за счет обеспечения максимально возможного проходного сечения его внутреннего канала, используемого для размещения коммуникаций. Это достигается тем, что в динамометре, содержащем симметричные относительно продольной оси два жестких кольцевых основания, две взаимно перпендикулярные пары продольных упругих балок с поперечными подрезами на внутренних поверхностях, промежуточное основание в виде двух дополнительных жестких колец, которые соединены между собой посредством четырех продольных упругих пластин, крестообразно расположенных в поперечном сечении вдоль боковых граней упругих балок, и выполнены с лысками напротив соответствующих пар упругих балок, связанных с кольцами промежуточного основания со стороны, противоположной соединенному с соответствующей парой упругих балок кольцевому основанию, и тензопреобразователи, размещенные на гранях упругих балок и упругих пластин, жесткие кольца промежуточного основания размещены напротив поперечных подрезов противолежащих продольных упругих балок, а на поверхности лысок этих колец выполнены поперечные выступы с профилем поверхности по форме подрезов соответствующих продольных упругих балок, отделенные от поверхности указанных подрезов зазором, величина которого выполнена превышающей величину деформации продольных упругих балок и пластин при максимальной измеряемой нагрузке. 10 ил.
Наверх