Датчик силы

Авторы патента:

G01L1/22 - с помощью резисторных тензометров (резисторные тензометры для измерения линейного сжатия или растяжения G01B)

Владельцы патента RU 2488081:

Штыков Виктор Андреевич (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения усилий в подъемных устройствах. Техническим результатом является повышение надежности датчика силы. Датчик силы выполнен в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа. Радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60°, а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор. С внешней цилиндрической поверхности, между радиальными выступами, расположенными на противолежащих опорных торцах диска, выполнены глухие отверстия с плоским дном, на котором тензорезистор закреплен под углом 45° к оси диска. На плоском дне каждого отверстия может быть закреплено по два тензорезистора под углом 90° между ними. Отверстия могут быть выполнены в форме обелиска, две грани которого параллельны опорным торцам, а две другие параллельны радиальным выступам. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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

Из патентной литературы известен датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, причем с внешней цилиндрической поверхности выполнена проточка, на опорных торцах выполнены кольцевые выступы, образующие плечо с внутренним диаметром проточки, а на уровне проточки в центральном отверстии закреплены тензорезисторы (1).

При приложении нагрузки к кольцевым выступам, изгибные деформации в стенке между проточкой и центральным отверстием воспринимаются тензорезисторами, выдающими электрический сигнал, пропорциональный величине нагрузки.

Недостатками такого датчика являются сложность конструкции и возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенной поверхности.

Из патентной литературы известен и датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор (2).

Недостатком этого датчика также является возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенных поверхностях.

Цель настоящего изобретения - повышение надежности датчика силы.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике силы, выполненном в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор, с внешней цилиндрической поверхности, между радиальными выступами, расположенными на противолежащих опорных торцах диска, выполнены глухие отверстия с плоским дном, на котором тензорезистор закреплен под углом 45° к оси диска. На плоском дне каждого отверстия может быть закреплено по два тензорезистора под углом 90° между ними. Отверстия могут быть выполнены в форме обелиска (3), две грани которого параллельны опорным торцам, а две другие параллельны радиальным выступам.

Существо изобретения представлено на рис.1.

Датчик силы выполнен в виде диска 1 с внешней цилиндрической поверхностью 2, центральным отверстием 3 и опорными торцами 4, 5, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа 6…11, причем радиальные выступы 6, 7, 8 одного опорного торца 4 смещены относительно радиальных выступов 9, 10, 11 противоположного опорного торца 5 на 60° а между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6 закреплен хотя бы один тензорезистор 12, с внешней цилиндрической поверхности 2, между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6, расположенными на противолежащих опорных торцах 4, 5 диска 1, выполнены глухие отверстия 13…18 с плоским дном 19, на котором тензорезистор 12 закреплен под углом 45° к оси 20 диска 1. На плоском дне 19 каждого отверстия 13…18 может быть закреплено по два тензорезистора 12, 21 под углом 90° между ними. Отверстия 13…18 могут быть выполнены в форме обелиска, две грани 22, 23 которого параллельны опорным торцам 4, 5, а две другие 24, 25 параллельны радиальным выступам 6…11.

Прокладка проводов, ведущих к тензорезисторам 12, 21, выполнена традиционными методами и на рис.1 не представлена.

Предлагаемый датчик силы работает следующим образом.

Усилие, направленное вдоль оси 20, и прилагаемое к радиальным выступам 6, 7, 8 на торце 4 и 9, 10, 11 на торце 5 диска 1, вызывает тангенциальные деформации плоского дна 19 каждого из отверстий 13…18. Деформация тензорезисторов 12, 21, закрепленных по направлению тангенциальных деформаций плоского дна 19 отверстий 13…18, вызывает появление электрических сигналов, пропорциональных измеряемому усилию.

Расположение тензорезисторов 12, 21 на дне отверстий 13…18 практически исключает их механическое повреждение, что повышает надежность датчика силы. Для полного исключения повреждения тензорезисторов 12, 21 возможно заполнение отверстий 13…18 эластомерами.

Суммирование сигналов нескольких тензорезисторов обеспечивает увеличение чувствительности датчика.

Выполнение отверстий 13…18 в форме обелиска увеличивает чувствительность датчика силы за счет уменьшения жесткости диска 1.

Заявленный датчик силы может быть изготовлен промышленным способом с использованием известных материалов и технологий. При реализации изобретения могут использоваться различные конструктивные исполнения отдельных составляющих датчика силы, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунке, иллюстрирующем изобретение, без отхода от духа и рамок настоящего технического решения, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле изобретения.

Источники информации:

1. Авторское свидетельство СССР №2017094, G01L 1/22, 1990.

2. Патент ФРГ №2655013, G01L 1/22, 1986.

3. И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, М., Наука, 1964, с.173, рис.114.

1. Датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, с внешней цилиндрической поверхности, между радиальными выступами, расположенными на противолежащих опорных торцах диска, выполнены глухие отверстия с плоским дном, на котором тензорезистор закреплен под углом 45° к оси диска.

2. Датчик силы по п.1, отличающийся тем, что на плоском дне каждого отверстия может быть закреплено по два тензорезистора под углом 90° между ними.

3. Датчик силы по п.1, отличающийся тем, что отверстия могут быть выполнены в форме обелиска, две грани которого параллельны опорным торцам, а две другие параллельны радиальным выступам.

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта. .

Многоканальное измерительное устройство аэродинамических внутримодельных весов // 2469283

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.

Тензометрический датчик (варианты) // 2454642

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.

Устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом // 2441206

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

Тензорезисторный датчик силы // 2437070

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

Тензорезисторный преобразователь силы // 2423677

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.

Устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары // 2415391

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.

Датчик для измерения продольных усилий // 2404415

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.

Сенсорное устройство для измерения усилий и/или моментов и его применение // 2391944

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

Устройство для измерения усилий // 2382996

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

Датчик тензометрический // 2488771

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

Тензорезисторный преобразователь силы // 2498242

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.

Способ натяжения спаренных тяг // 2509993

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.

Тензометрический динамометр // 2511060

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.

Устройство для обеспечения заданого усилия натяжения спаренных тяг // 2516647

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к системам измерения усилий в стержнях, тягах и других протяженных элементах конструкций, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, и, в частности, в ракетной технике. Устройство работает следующим образом. В двуплечих рычагах делаются отверстия таким образом, чтобы центры отверстий и оси вращения лежали в одной плоскости. Аналогично выполняются ответные отверстия в основании. Систему тяг в «расслабленном» состоянии устанавливают на основание. В совмещенные отверстия на двуплечих рычагах вставляют технологические штыри. После чего одну из тяг при помощи талрепа натягивают до необходимого состояния. Натяжение одной тяги приводит к перекосу системы и зажатию одного из технологических штырей в отверстии. Далее при помощи талрепа начинаем натягивать вторую тягу до полного освобождения штыря от зажима («перекоса»), образовавшегося при натяжении первой тяги. Освобождение другого технологического штыря из отверстия будет свидетельствовать о том, что отверстия в двуплечих рычагах полностью совместились. Далее, на полностью собранную тягу устанавливают предварительно оттарированный съемный элемент с закрепленными на нем тензодатчиками, предварительно закрепляя его с помощью зажимов. Вращая талреп, поднатягивают тягу до момента появления сигналов с тензодатчиков, выбирают провис тяги. После чего полностью ослабляют зажимы и вновь закрепляют съемный элемент уже с усилием, предотвращающим проскальзывание поджатых друг к другу тяги и съемного элемента. С этого момента съемный элемент и тяга работают на растяжение совместно как единый элемент тяги. Таким образом, изменяя площадь поперечного сечения съемного элемента, не меняя при этом геометрических размеров самой тяги, можно изменить степень деформации и измеряемое усилие, а также равномерно распределить управляющий момент на тяге, и тем самым максимально совместить диапазон измерений с рабочим диапазоном используемых тензодатчиков, что автоматически повышает точность измерения и снижает трудоемкость изготовления и контроля. 6 ил.

Силоизмерительный датчик // 2517961

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для постоянного измерения усилий в различных резьбовых соединениях строительных элементов и конструкций. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и точности силоизмерительного датчика, повышение длительности эксплуатации. Силоизмерительный датчик содержит подкладную вогнутую и накладную выпуклую шайбы со сферической поверхностью сопряжения между ними, чувствительный элемент в виде обмотки тензорезистора, работающего на растяжение и жестко установленного на внешней цилиндрической поверхности подкладной шайбы. Накладная шайба снабжена вторым чувствительным элементом в виде обмотки тензорезистора, работающего на сжатие. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Упругий элемент тензорезисторного датчика силы // 2526228

Изобретение относится к весовой технике, в частности к упругим элементам датчиков силы, предназначенных для точного измерения силы небольшой величины в широком диапазоне. Заявленный упругий элемент тензорезисторного датчика силы выполнен за одно целое и содержит упругое кольцо, силовводящие рычаги, примыкающие к внутренней боковой поверхности упругого кольца по всей высоте, поперечные тяги, присоединенные к средней части упругого кольца вблизи плоскости симметрии, перпендикулярной к его оси, и эта плоскость симметрии упругого кольца совпадает с плоскостью симметрии тяг, расположенных симметрично второму диаметральному направлению упругого кольца, причем расстояние между осями тяг не больше половины диаметра внешней боковой поверхности кольца, а в средней части упругого кольца выполнены сквозные пазы, которые имеют высоту, равную толщине поперечных тяг, и расположены симметрично относительно их плоскости симметрии, при этом пазы в окружном направлении расположены между тягами и силовводящими рычагами. Технический результат заключается в повышении точности измерения усилий небольшой величины при малых габаритных размерах упругого элемента, обладающего меньшей жесткостью, что позволяет расширять диапазон измерения в сторону малых нагрузок. 2 ил.

Тензорезисторный датчик силы // 2533536

Изобретение относится к весовой технике, в частности к тензорезисторным датчикам силы, предназначенным для точного измерения сил, в том числе в агрессивных средах. Тензорезисторный датчик силы содержит жесткий центр, силовводяшую оболочку, кольцевой силопреобразователь, ограниченный изнутри цилиндрической поверхностью, имеет в своей нижней части кольцевой выступ, ограниченный изнутри той же цилиндрической поверхностью, опорную оболочку большего диаметра и опорное кольцо, соединенные между собой последовательно и выполненные за одно целое. Силовводящая оболочка выполнена вогнутой и в средней части ограничена снаружи и изнутри цилиндрическими поверхностями и плавно изнутри сопрягается с участками конических поверхностей одинаковой конусности и сужающиеся части конусов направлены к средней части симметрично. Верхнее подрезисторное кольцо ограничено цилиндрическими поверхностями и снаружи имеет два симметричных выступа, ограниченных коническими поверхностями одинаковой конусности, а их сужающиеся части направлены к середине, и запрессовано по этим поверхностям в среднюю часть силовводящей оболочки. Кольцевой выступ кольцевого силопреобразователя также ограничен снаружи конической поверхностью и его сужающаяся часть конуса направлена к кольцевому силопреобразователю, и по ней запрессовано нижнее подрезисторное кольцо и упирается в кольцевой силопреобразователь. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности измерений. 3ил.

Силочувствительный элемент // 2550312

Изобретение относится к весовой технике, в частности к датчикам силы, для точного измерения небольших усилий в широком диапазоне. Силочувствительный элемент содержит упругое кольцо с тензорезисторами, два жестких кольца меньшего и большего диаметров, радиальные рычаги по своим концам снабжены верхними и нижними балками равной толщины и длины, выполненными в виде трапеций с криволинейными основаниями. При этом ширина меньшего основания каждой нижней балки равна половине ширины также меньшего основания верхней балки. Жесткое кольцо меньшего диаметра соединено с верхними балками для каждого рычага, расположенного внутри упругого кольца. Нижние балки соединены с верхней частью внутри упругого кольца, а внизу снаружи оно соединено с верхними балками для каждого рычага, расположенного вне кольца. Нижние балки соединены с жестким кольцом внутри и все они изготовлены за одно целое. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона измерения сил в сторону малых нагрузок с повышенной точностью. 4 ил.

Датчик силы // 2558723

Изобретение относится к датчикам силы. Датчик силы содержит корпус, который выполнен в виде короба, основание которого с внешней стороны снабжено крестообразным хомутом для закрепления корпуса в держателе штатива, а к противоположной стороне хомута закреплено основание, посредством которого датчик силы устанавливается на лабораторном столе, корпус снабжен съемной крышкой, один торец которой выполнен с П-образным окном для выхода порта. Внутри корпуса расположена тензобалка, выполненная S-образной формы, при этом тензобалка на внутренней поверхности основания корпуса закреплена своей нижней полкой, на нижней поверхности средней полки закреплены тензорезисторы, собранные по мостовой схеме, при этом выходы тезорезисторов соединены с электронным блоком, а верхняя полка тензобалки снабжена вертикальным стержнем, проходящим сквозь отверстие в крышке и ось которого расположена на одной оси с осью крестообразного хомута корпуса, причем свободный конец стержня снабжен осевым углублением для установки чаши весов и поперечным отверстием для приложения силы, направленной вверх. Технический результат - обеспечение измерения сил различного действия, приложенных в различных направлениях, а также возможность использования для измерения веса. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.