Чутливий елемент ємнісного типу датчика сили

Реферат: UA 93896 U UA 93896 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області вимірювальної техніки й може бути використана в приладобудуванні при проектуванні й виробництві силовимірювальних пристроїв з ємнісним чутливим елементом. Відомий чутливий елемент ємнісного типу датчика сили, у якого зміна відстані між електродами вимірювальної ємності залежить від величини прикладеної сили (патент РФ, № 2065588, G01L 1/14 від 20.08.1996), що містить електропровідні мембрани із жорсткими центральними втулками, котрі встановлені співвісно, кожна із втулок виступає з обох сторін відповідної мембрани, електроди ємнісного перетворювача розташовані в порожнині, утвореної мембранами, кожен електрод жорстко пов'язаний з відповідною ізольованою від нього втулкою. Недоліком такого чутливого елемента ємнісного типу датчика сили є складність його виготовлення, пов'язана з використанням прецизійного металообробного встаткування, а також значні погрішності вимірів сили при малих значеннях зазору між електродами вимірювальної ємності й, як наслідок, збільшення геометричних розмірів датчика сили з таким чутливим елементом. Найближчим до заявленої корисної моделі по основних ознаках є чутливий елемент ємнісного типу, що міститься у пристрої для виміру тиску або сили, виконаний з можливістю пружно деформуватися під впливом зовнішнього навантажування. Пружно-деформуючий електрод чутливого елемента ємнісного типу, прикріплений до пружно-деформованої частини корпуса, використовується як рухомий електрод. Нерухомий електрод за допомогою щонайменше одного діелектричного тримача прикріплений до недеформованої частини корпуса (патент РФ 2427811, опублікований 27.08.2011, бюл. № 24, G01L 9/12). Рухомий і нерухомий електроди разом з ізолюючими елементами створюють вимірювальний конденсатор. Недоліками цього чутливого елемента є обмежені чутливість і ширина діапазону зміни вимірюваної ємності. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення чутливого елемента ємнісного типу датчика сили й підвищення його чутливості шляхом застосування багатошарової симетричної пластини з розрізом. Поставлена задача вирішується тим, що в чутливому елементі ємнісного типу датчика сили, що містить пружно деформуючий електрод чутливого елемента та ізолюючі елементи вимірювального конденсатора, який відрізняється тим, що чутливий елемент ємнісного типу датчика сили виконано у вигляді симетричної прямокутної багатошарової пластини з розрізом, пластина складена із двох однакових тришарових композицій, матеріал кожного шару тришарової композиції є пружним, постійної товщини й мають різні механічні характеристики, значення товщини зовнішнього й середнього шарів тришарової композиції такі, що жорсткості поперечних перерізів цих шарів рівні, а значення товщини третього шару менше товщини середнього шару, середній шар виконаний з електропровідного матеріалу і є електродом вимірювального конденсатора, інші шари тришарової композиції виготовлені з діелектричного матеріалу, об'єднання шарів у пластину по контрактованим поверхнях виконано без відставання й проковзування між шарами всюди, крім області розрізу, ширина якого дорівнює ширині багатошарової пластини, а довжина становить не менш 80 % від її довжини, розріз розташований у площині симетрії пластини між третіми шарами тришарових композицій. На фіг. 1 зображений чутливий елемент ємнісного типу датчика сили. На фіг. 2 зображена форма перетину чутливого елемента ємнісного типу датчика сили при значенні сили Р = 0. На фіг. 3 зображена форма перетину чутливого елемента ємнісного типу датчика сили при значенні сили Р = Р*>0. Чутливий елемент ємнісного типу датчика сили (фіг. 1) виконаний у вигляді симетричної прямокутної шестишарової пластини шириною а, довжиною b і відношенням сторін, наприклад, 1:4. Багатошарова пластина складена із двох однакових тришарових композицій, матеріал всіх шарів тришарової композиції є пружним, а товщини шарів постійні. Значення товщини t1 і t2 зовнішніх 1, і середніх 2, шарів тришарової композиції такими, що жорсткість поперечних перерізів цих шарів були рівні, а значення товщини t3 третього шару 3 було менше товщини t2 середнього шару 2. Середній шар тришарової композиції виконаний з електропровідного матеріалу, наприклад, мідної фольги і є електродом вимірювального конденсатора. Інші шари тришарової композиції виконані з діелектричного матеріалу, наприклад, з поліаміду. Об'єднання шарів у пластину по контактованих поверхнях виконано без відставання й проковзування між шарами всюди, крім області розрізу - непроклея. Розріз, ширина якого дорівнює ширині багатошарової пластини а, а довжина l задається відповідно до умови b > l  0,8b. Розріз розташований у площині симетрії пластини між третіми шарами 3 тришарових композицій. 1 UA 93896 U 5 10 15 Заявлена корисна модель чутливого елемента ємнісного типу датчика сили працює в такий спосіб. До контактів (на рисунку не показані) з'єднані із шарами 2 багатошарові пакети чутливого елемента (фіг. 1), які є електродами вимірювального конденсатора, підключається стандартна електрична схема для виміру ємності конденсатора. Використовуючи захвати (на рисунку не показані), до торців чутливого елемента датчика сили (фіг. 1) прикладається сила Р, що розтягує. При зміні величини сили Р багатошарова пластина деформується неоднорідно так, що для величини сили Р = 0 форма середнього перетину А- А має вигляд, зображений на фіг. 2, а при зростанні прикладеної сили, форма цього перетину приймає вигляд, зображений на фіг. 3. При цьому максимальне відставання d* шарів шестишарової композиції буде в області перетинання осей симетрії. Отже, при розтяганні створеного багатошарового пакета в області розрізу розвивається область відставання опуклістю назовні. При цьому при збільшенні сили Р електрична ємність плоского конденсатора С зменшується. Після виконання операції калібрування одержуємо однозначну залежність Р = f(С). Заявлена корисна модель чутливого елемента ємнісного типу датчика сили може бути використана в приладобудуванні при проектуванні й виробництві силовимірювальних пристроїв з ємнісним чутливим елементом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Чутливий елемент ємнісного типу датчика сили, що містить пружно-деформуючий електрод чутливого елемента та ізолюючі елементи вимірювального конденсатора, який відрізняється тим, що чутливий елемент ємнісного типу датчика сили виконано у вигляді симетричної прямокутної багатошарової пластини з розрізом, пластина складена із двох однакових тришарових композицій, матеріал кожного шару тришарової композиції є пружним, постійної товщини й має різні механічні характеристики, значення товщини зовнішнього й середнього шарів тришарової композиції такі, що жорсткості поперечних перерізів цих шарів рівні, а значення товщини третього шару менше товщини середнього шару, середній шар виконаний з електропровідного матеріалу і є електродом вимірювального конденсатора, інші шари тришарової композиції виготовлені з діелектричного матеріалу, об'єднання шарів у пластину по контрактованих поверхнях виконано без відставання й проковзування між шарами всюди, крім області розрізу, ширина якого дорівнює ширині багатошарової пластини, а довжина становить не менш 80 % від її довжини, розріз розташований у площині симетрії пластини між третіми шарами тришарових композицій. 2 UA 93896 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3