Датчик силы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 1 Ь 1 04 С 01 4(5 ОПИСАИИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ТОРСКОМ,Ф ТВИД трукторскоемышленного объ ка" ототип) .(54) (57) ДАТЧИК СИЛЬ содержащийм, втулку,возможноего продольорп высту штоке т енную раз сть перемещения вдол ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Специальное коксбюро Всесоюзного продинения "Союзгеотехни, 801164561 ной оси, первый и второй измерительные преобразователи с соответствую"щими упругими элементами, первую ивторую пружины, первая из которыхразмещена между первым основаниемпервого упругого элемента и первымоснованием втулки, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения и повьвиения точности, второеоснование первого упругого элементасвязано с корпусом, выступ, выполненный на втором основании втулки,зазором отделен от первого основания второго упругого элемента, первое основание которого связано скорпусом, вторая пружина размещенамежду вторым основанием втулки ивторым выступом, выполненным наштоке, а первый выступ штока отделен зазором от корпуса.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке датчиковсилы с широким диапазоном преобразования, подверженных большим перегрузкам,Известны датчики силы, содержащие корпус, неподвижную опору, упругий элемент с измерительным преобразователем, шток.ОНедостатком данного датчикасилы является низкая точность в связи с тем, что поперечное сечение егоупругого элемента выбирается с учетомвозможной перегрузки, 15Наиболее близким техническим решением к изобретению является датчиксилы, содержащий корпус, шток, измерительные преобразователи с упругими элементами, втулку и пружины 121,2 ОНедостатком известного устройстваявляется низкая точность и сложностьконструкции.Цель изобретения - упрощение иповышение точности устройства. 25Данная цель достигается тем, чтов датчике силы, содержащем корпус,шток с выступом, втулку, размещеннуюна штоке с возможностью перемещениявдоль его оси, первый и второй изме- ЗОрительные преобразователи с соответствующими упругими элементами, первую и вторую пружины, первая из которых размещена между первым основаниемпервого упругого элемента и первымоснованием втулки, второе основание пер-вого упругого элемента связано скорпусом, выступ, выполненный на гвтором основании втулки, зазоромотделен от первого основания вто Орого упругого элемента, первое основание которого связано с корпусом,вторая пружина размещена междувторым основанием втулки и вторымвыступом, выполненным на штоке, апервый выступ штока отделен вторымзазором от корпуса.На фиг. 1 приведена конструкциядатчика силы; на фиг, 2 - характеристики преобразования датчика силы.Датчик силы содержит корпус 1,первый измерительный преобразователь супругим элементом 2, второйизмерительный преобразователь с упругим элементом 3, шток 4, первуюпружину 5, вторую пружину 6, втулку 7, выступ 8, выполненный на штоке 4, напоавляющую гайку 9, крышкикорпуса 1 О и 11, гайку 12, серьги13 и 14, зазоры 15 и 16, шайбу 17,выступ 18, выполненный на втулке 7.Первое основание второго измерительного преобразователя с упругимэлементом 3 жестко связано с корпусом 1. Втулка 7 размещена на штоке4 с воэможностью перемещения вдольего продольной оси, и ее второеоснование выполнено с выступом 18,который отделен зазором 16 отпервого основания второго упругогоэлемента. Вторая пружина 6 размещена между вторым основанием втулки7 и вторым выступом 8 штока 4, первый выступ 19 штока 4 отделен открышки 11 корпуса 1 зазором 15.Первая пружина 5 размещена междупервым основанием втулки 7 и пер-вым основанием упругого элемента 2измерительного преобразователя,На фиг. 2 изображены характеристики 1 преобразования первого измерительного преобразователя с упругим элементом 2, характеристика 2преобразования второго измерительногопреобразователя с упругим элементом3, суммарная характеристика 3 преобразования датчика силы,Датчик силы работает следующим.образом.Сила Р, приложенная к серьгам 13и 14 через выступ 8 штока 4, втулку7 и пружину 5 воздействует на упругий элемент 2, формируя на выходе егоизмерительного преобразователя напряжение в соответствии с характе- .ристикой преобразования 1 (фиг. 2). Благодаря наличию зазора 16 между выступом 18 втулки 7 и первым основанием второго упругого элемента 3 последний при этом не нагружается и напряжение выхода его измерительного преобразователя равно .нулю (характеристика 2 фиг, 2).При увеличении силы Р до значения Р вследствие деформации пружины 5 зазор 16 становится равным нулю и выступ 18 втулки 7 касается первого основания второго упругого элемента 3. При этом прекращается дальнейшая деформация упругого элемента 2, так как жесткость второго упругого элемента 3 много больше жесткости пружины 6, Напряжение выхода измерительного преобразователя упругого элемен1164 3та 2 ограничивается на уровне И (фиг, 2).При дальнейшем увеличении силы Р деформируется только второй упругий элемент 3. На выходе второго измерительного преобразователя данного упругого элемента формируется напряжение в состветствии с характеристикой 2 (фиг. 2).При значении силы Р, равном,Р 2, 1 О зазор 15 между первым выступом 19 штока 4 и крышкой 11 корпуса 1 вследствие деформации пружины 6 становится равным нулю, Дальнейшее увеличение силы Р воспринимается только стенками корпуса 1, чем обеспечивается защита упругих элементов 2 и 3 от перегрузокСуммирование напряжений выхода измерительных преобразователей с упру О гим элементом 2 (характеристика 1 . преобразования) и с упругим элементом 3(характеристика 2 преобразования) может быть выполнено любым известным сумматором, например с помощью 25 дифференциального усилителя, к входам . которого присоединены соответственно 561 4выходы укаэанных измерительных преобразователей.В качестве измерительных преобразователей могут быть также использованы любые известные преобразовате" ли, принцип действия которых основан на деформации упругого элемента, например тензорезисторные преобразователи силы.В датчике силы по изобретениюкаждый из двух упругих элементов 2 и 3 воспринимает только часть нагрузки, соответствующей верхнему пределу измерений. Поэтому абсолютная погрешность датчика на любом участке суммарной характеристики 3 будет меньше в 1,5-2 раза, чем абсолютная погрешность на втором диапазоне измерения прототипа. Упрощение датчика силы определяется тем, что он содержит только один шток, благодаря чему обеспечивается простая центровка подвижных элементов, а также исключением. схемы переключения выходных цепей измерительных преобразователей.1164561 ставитель В хред О.Неце иков ский Корректор М, Де аказ 4178/38,ВНИИПИ Государст по делам изо 113035, Москва, Ж одписн а нт", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Редактор К. Волощ 97 Пкомитета СССРй и открытийушская наб., д. 4/5 ираженногретен