Тензорезисторний датчик сили

Тензорезисторний датчик сили, який містить опорну частину, циліндричний корпус з патрубком для розміщення у ньому регулювальних та компенсаційних резисторів, силоввідний елемент, з'єднаний з корпусом мембраною, розміщений у корпусі і виконаний у вигляді тіла обертання пружний елемент, який містить силоввідну частину, циліндричну оболонку з опорною торцевою поверхнею, сполучене з ним несуче кільце, на концентричних виступах якого розміщені тензорезистори, який відрізняє ться тим, що опорна частина датчика виконана у вигляді тіла обертання, нижня торцева поверхня якого контактує з жорсткою горизонтальною опорою, а верхня торцева поверхня контактує з нижньою торцевою поверхнею пружного елемента, при цьому співвідношення між висотами опорної частини датчика і циліндричної оболонки пруж A (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНИЙ Д АТЧИК СИЛИ 36573 зниження надійності роботи датчика внаслідок можливості виходу з ладу тензорезисторів під час перевантажень датчика у зв'язку з відсутністю запобіжного пристрою; недостатня жорсткість та міцність опорної частини порівняно з конструкцією перетворювача, яка викликає додаткову похибку у процесі силовведення. Метою даного винаходу є підвищення точності вимірювання, надійності роботи датчика. В основу винаходу поставлено завдання створення високоточного надійного у роботі тензорезисторного датчика сили. Поставлене завдання вирішується тим, що у тензорезисторному датчику сили, який містить опорну частину, циліндричний корпус з патрубком для розміщення у ньому регулювальних та компенсаційних резисторів, силоввідний елемент, з'єднаний з корпусом мембраною, розміщений у корпусі і виконаний у вигляді тіла обертання пружний елемент, який містить силоввідну частину, циліндричну оболонку з опорною торцевою поверхнею, сполучене з ним несуче кільце, на концентричних виступах якого розміщені тензорезистори, - опорна частина датчика виконана у вигляді тіла обертання, нижня торцева поверхня якого контактує з жорсткою горизонтальною опорою, а верхня торцева поверхня контактує з нижньою торцевою поверхнею пружного елементу, при цьому співвідношення між висотами опорної частини датчика та циліндричної оболонки пружного елементу у місці їх контакту повинно бути не менше ніж 0,4; датчик наділений центруючим ступінчатим кільцем, нижня торцева поверхня якого контактує з внутрішньою торцевою поверхнею опорної частини, зовнішня циліндрична поверхня меншого діаметру контактує з внутрішньою циліндричною поверхнею опорної частини, а циліндрична поверхня більшого діаметра контактує з внутрішньою циліндричною поверхнею пружного елемента; силоввідний елемент наділений вертикально розташованим по його осі циліндричним стержнем, який жорстко приєднаний до його нижньої торцевої поверхні і коаксіально, з гарантованим зазором, розміщений у внутрішній циліндричній порожнині пружного елемента, а на торцевій поверхні циліндричного виступу опорної частини, розташованому по його осі, встановлена опорна циліндрична пластина, коаксіально з гарантованим зазором, розміщена у внутрішній циліндричній порожнині пружного елемента, при цьому між верхньою торцевою поверхнею упорної циліндричної пластини та нижнім торцем циліндричного стержня передбачений регламентований зазор. Технічним результатом даного винаходу є створення високоточного надійного тензорезисторного датчика сили за рахунок вибору раціонального співвідношення висот опорної частини датчика і контактуючої з нею циліндричної оболонки пружного елементу, а також за рахунок встановлення на опорній частині датчика упорної циліндричної пластини з регламентованим зазором по відношенню до циліндричного стержня, жорстко закріпленому до силоввідного елемента та розташованого по осі датчика. Новину технічного рішення характеризує оптимальний взаємозв'язок у єдиному силовому потоці опорної частини датчика та пружного елемен та, вбудування у конструкцію датчика упорної запобіжної пластини і центруючого ступінчатого кільця. Порівняльний аналіз технічного рішення за даним винаходом з відомими з науково-технічної та патентної літератури рішеннями дозволяє виявити ознаки, які відрізняють рішення за винаходом від прототипу, що дає можливість авторам зробити висновок про відповідність ознак за винаходом критерію "суттєві відміни", що визначає новину винаходу. На фігурі представлений тензорезисторний датчик сили. Тензорезисторний датчик сили складається з порожнистого циліндричного корпусу 1 з патр убком 2 для розміщення регульованих та компенсаційних резисторів, силоввідного елемента 3, який зв'язаний з корпусом і мембраною 4, закріпленою на силоввідному елементі 3 за допомогою кільця 5 через ущільнення 6, а на корпусі 1 за допомогою кільця 7 через ущільнення 3. Корпус 1 своєю нижньою торцевою поверхнею 9 через ущільнення 10 опирається на виконану у вигляді тіла обертання, опорну частину 11 датчика. У корпусі 1 розміщений виконаний у вигляді тіла обертання пружний елемент 12, який містить силоввідну частин у 13, несуче кільце 14, сполучене з циліндричною оболонкою 15 з опорною торцевою поверхнею 16, яка контактує з верхньою торцевою поверхнею 17, опорної частини 11 датчика. На концентричних виступах 18 несучого кільця 14 пружного елемента 12 навиті та закріплені тензорезистори 19, 20, 21, 22, які з'єднані між собою у чотириплечий міст. Датчик має центруюче ступінчате кільце 23, нижня торцева поверхня 24 якого, контактує з вн утрішньою торцевою поверхнею 25 опорної частини 11 датчика, зовнішня циліндрична поверхня 26 більшого діаметра контактує з внутрішньою циліндричною поверхнею 27 пружного елемента 12, а зовнішня циліндрична поверхня 28 меншого діаметру контактує з вн утрішньою циліндричною поверхнею 29 опорної частини 11. Силоввідна частина 13 пружного елемента 12 наділена вертикально розташованим по 11 осі циліндричним стержнем 30, жорстко приєднаним до його торцевої поверхні 31 і коаксіально з гарантованим зазором d не менш як 0,1 мм розміщеним у внутрішній циліндричній порожнині 32 пружного елемента 12. На циліндричному виступі 33 опорної частини 11 датчика по його осі установлена упорна циліндрична пластина 34, коаксіально розміщена з гарантованим зазором d не менш як 0,1 мм у внутрішній циліндричній порожнині 32 пружного елементу 12; при цьому між верхньою торцевою поверхнею 35 опорної циліндричної пластини 34 і нижньою торцевою поверхнею 36 циліндричного стержня 30 передбачений регламентований зазор d. Положення пружного елемента 12 у корпусі 1 датчика фіксується кільцем 37 з гвинтами 38. Опорна частини 11 датчика встановлена на жорсткій горизонтальній опорі 39. У конструкції датчика співвідношення між висотою Н опорної частини 11 датчика і висотою Н 1 циліндричної оболонки 14 пружного елемента 12 у місці їх контакту H / H1 ³ 0,4 . Тензорезисторний датчик працює таким чином. 2 36573 Під впливом стискаючого зусилля Р, яке сприймається силоввідною частиною 13 пружного елемента 12 і передається несучому кільцю 14 і циліндричній оболонці 15, тензорезистори 19 та 20 відчувають деформацію стискання, а тензорезистори 21 та 22 - деформацію розтягування. Зусилля, яке сприймається пружним елементом 12, перетворюється на електричний сигнал, пропорційний зусиллю, яке сприймається, і передається до апаратури індикації та реєстрації (на кресленні не показана). Безпосередній контакт циліндричної оболонки 15 датчика з його опорною частиною 11 без проміжного кільця при експериментальне встановленому відношенні висоти Н опорної частини 11 датчика і висоти Н1 циліндричної оболонки 15 пружного елемента 12 у місці їх контакту H / H1 ³ 0,4 дозволило отримати стабільну залежність деформації резистор рів 19, 20, 21, 22 від навантаження, що сприймається датчиком, і тим самим підвищити точність вимірювання. Вбудування у датчик упорної циліндричної пластини 34, встановленої на опорній частині датчика з гарантованим зазором d по відношенню до циліндричного стержня 30, закріпленому у силоввідному елементі 12 дозволило запобігти виходу із ладу тензорезисторів 19, 20, 21, 22 під час перевантаження датчика (величина гарантованого зазору d дорівнює деформації пружного елемента під навантаженням 1,5 номінального зусилля на датчик). Конструктивна особливість вбудови у датчик центруючого ступінчатого кільця 23 забезпечила можливість прецизійної обробки торцевої поверхні опорної частини 11 датчика контактуючої з циліндричною оболонкою 15, що дозволило підвищити точність вимірювання. Таким чином, технічне рішення, згідно з винаходом, дозволяє створити високоточний надійний тензорезисторний датчик сили, який використовується у ваговимірювальних та вагодозуючих пристроях у системах різних типів. Тензорезисторний датчик сили, згідно з винаходом, буде використано у тензометричних вагах марки 2022ВА-30Е, які встановлюються на Запорізькому масложиркомбінаті. Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3