Устройство для измерения силы

)5 0 011 1/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МУ СВИДЕТЕЛЬС К АВТО научно-исследова лоэнергетическог Сердюко 086,рори биге ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Государственныйтельский институт теприборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯЛЫ(57) Изобретение относится к приборосению. Цель изобретения - повышениености при уменьшении габаритов. приложении силы в месте расположения отверстия 6 для крепления тяги центральный выступ 5 Т-образного силовоспринимающего элемента и перемычки 4, связывающие концы поперечной части 3 силовоспринимающего элемента с зажимаемым элементом 2 и расположенные симметрично плоскости симметрии этих элементов, изогнутся так, что тензорезисторы 7, размещенные в местах сопряжения перемычек 4 с концами поперечной части 3, будут испытывать отрицательные деформации, а тензорезисторы 8, установленные в месте сопряжения выступа 5 с поперечной частью 3 симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента, будут испытывать положительные деформации, В результате сила будет преобразована в выходной сигнал электрического моста, в который собраны тензорезисторы 7 и 8. 3 з.п, ф-лы, 4 ил.му 10 маций 15 20 25 30 35 элемента,40 50 55 Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам дляизмерения силы или расстояния, и можетбыть использовано преимущественно в преобразователях давления, разности давле, ний или усилия в электрический сигнал,Известно устройство, чувствительное кусилию, содержащее уп ругую объемную балочку, выполненную Т-образной формы, одно короткое плечо которой укрепленонеподвижно, к второму короткому плечуприкладывается усилие, а на длинной стороне ее размещены тензорезисторы, воспринимающие разнонаправленныедеформации балочки и соединенные в электрический мост, При увеличении приложенного усилия в длинной стороне балочкиувеличиваются разнонаправленные деформации, изменяя сопротивление тензорезисторов, а следовательно, увеличиваяэлектрический сигнал,Недостатком такого устройства является возникновение значительных деформаций из-за большого объема балочки приизменении температуры, что приводит кснижению точности измерения, кроме того,изготовление такой монолитной балочки является достаточно сложным.Известно другое устройство, выполненное в виде упругой мембраны с прикрепленным к ее центру стержнем иперпендикулярно ей, По краям мембраназакреплена неподвижно, а на ее поверхности по обе стороны от ее центра размещенытензорезисторы, Усилие прилагается к свободному концу стержня и перпендикулярноему. При приложении усилия к стержню участки мембраны, находящиеся по обе стороны стержня, изгибаются впротивоположных направлениях, вызываяразнонаправленные деформации,Надостатком такого элемента также является возникновение значительных деформаций при изменении температуры, аследовательно, и снижение точности. Такиеустройства имеют большие жесткости, чтоне позволяет использовать их дпя измерений малых усилий. Изготовление такого устройства также сопряжено с трудностями.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения силы, выполненное в виде плоской пружины,имеющей зажимаемый и Т-образный силовоспринимающие элементы, две перемычки, расположенные по обе с 1 оронысиловоспринимающего элемента и соединенные с его боковыми выступами и зажимаемым элементом. На перемычках вместах сопряжений их с боковыми выступами силовоспринимающего элемента и с зажимаемым элементом расположены четыре тензорезистора, собранные в мостовую схеНедостатком такого элемента является недостаточная точность измерения, так как малейшее отклонение точки приложения усилия от точки, равноудаленной от центров деформируемых участков изгибных перемычек, приведет к перераспределению дефорКроме того, размещение на каждой из перемычек по два тензорезистора приводит к увеличению габаритов,Цель изобретения - повышение точности при уменьшении габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения силы, содержащем зажимной и силовоспринимающий Т- образный элементы, две перемычки,симметрично расположенные относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента и соединенные с концами его поперечной части и зажимным элементом, и собранные в мостовую схему четыре тензорезистора, два из которых размещены в местах сопряжения перемычек с концами поперечной части силовоспринимающего элемента, а третий и четвертый тензорезисторы установлены в месте сопряжения центрального выступа сиповоспринимающего элемента с его поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента,Кроме того, перемычки имеют одинаковую ширину, равную половине ширины центрального выступа силовоспринимающего Кроме того, удаленный от поперечной части конец центрального выступа силовоспринимающего элемента снабжен боковыми выступами,Кроме того, в силовоспринимающем элементе а плоскости его симметрии между тензорезисторами выполнена прорезь Сопоставительный анализ с известным устройством позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство для измерения силы отличается тем, что третий и четвертый тензорезисторы установлены в месте сопряжения центрального выступа силовоспринимающего элемента с его поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента,Кроме того, перемычки имеют одинаковую ширину, равную половине ширины центрального выступа силовоспринимающего элемента,Кроме того, удаленный от поперечнойчасти конец центрального выступа силовоспринимающего элемента снабжен боковыми выступами,Кроме того, в силовоспринимающем 5элементе в плоскости его симметрии междутензорезисторами выполнена прорезь.Такое выполнение устройства для измерения силы позволяет прикладывать силу поодну сторону от прямой линии сопряжения 10перемычек и центрального выступа с поперечной частью силовоспринимающего элемента, на которой размещены, всетензорезисторы и поэтому не требует высокой точности размещения точки приложения усилия, т,е. повысить точностьизмерения.Кроме того, уменьшаются габариты устройства, так как уменьшается длина перемычек из-за отсутствия расширенных 20участков и участков для размещения третьего и четвертого тензорезисторов.На фиг.1 изображено устройство для измерения силы, вид сверху; на фиг,2 - разрез,А - А на фиг.1; на фиг.3 и 4 - варианты выполнения устройства для измерения силы.Устройство для измерения силы (фиг,1)выполнено из упругой прямоугольной пластины 1. Она имеет зажимаемый элемент 2и Т-образный силовоспринимающий элемент, состоящий из поперечной части 3 ицентрального выступа 5, на конце котороговыполнено отверстие 6 для крепления тяги,передающей силу на выступ 5. Симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элементарасположены две перемычки 4, которые соединены с концами поперечной части 3 силовоспринимающего элемента и зажимнымэлементом 2. Ширина каждой перемычки 40равна половине ширины центрального выступа 5. На перемычках 4 вблизи от линиисоединения их с концами поперечной части3 силовоспринимающего элемента размещены тензорезисторы 7. По обе стороны от 45плоскости симметрии силовоспринимающего элемента на центральном выступе 5размещены третий и четвертый тензорезисторы 8 вблизи от линии соединения центрального выступа 5 с поперечной частью 3 50силовосп ринимающего элемента. Тензорезисторы 7 и 8 выполнены в виде длинныхпродольных и коротких поперечных участков. При этом продольные участки расположены параллельно плоскости симметрии 55силовоспринимающего элемента, Таким образом, тензорезисторы 7 и 8 расположеныпо одной прямой линии, совпадающей слиниями соединения перемычек 4 и центрального выступа 5 с поперечной частью 3 силовоспринимающего элемента и ориентированы в одном направлении. Зажимаемая. часть 2 устройства имеет отверстие 9 для крепления ее на неподвижном основании.На фиг.2 показано сечение А - А пластины 1, деформированной под действием силы Р. На фиг.2 видно, что на обращенной к прилагаемой силе Р поверхности центрального выступа 5 возникают положительные деформации, на перемычках 4 возникают отрицательные деформации. Тензорезисторы 7 включены в два противоположных плеча электрического моста (не показано), и тензорезисторы 8 включены в два других противоположных плеча этого моста.На фиг,3 изображено устройство для измерения силы, в котором на конце центрального выступа 5 образованы боковые выступы 10. При этом зажимаемый элемент 2 выполнен из двух частей, размещенных по обе стороны центрального выступа 5 силовоспринимающего элемента. Таким образом, центральный выступ 5 может иметь достаточную площадь при использовании винтового соединения, чтобы ограничить зону нежелательных деформаций, приводящих к снижению точности устройства для измерения силы.На фиг.4 представлено устройство для измерения силы, в котором на центральном выступе 5 силовоспринимающего элемента в плоскости симметрии между тензорезисторами выполнена прорезь.При приложении силы Р к устройству для измерения силы (фиг.1 и 2) центральный выступ 5 силовоспринимающего элемента и перемычки 4 изогнутся так, что тензорезисторы 7 будут испытывать на себе отрицательные деформации, а тензорезисторы 8 будут испытывать на себе положительные деформации. В результате сила Р будет преобразована в выходной сигнал электрического моста.Формула изобретения 1, Устройство для измерения силы, содержащее зажимаемый и силовоспринимающий Т-образный элементы, две перемычки, симметрично расположенные относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента и соединенные с концами его поперечной части и зажимаемым элементом, и собранные в мостовую схему четыре тензорезистора, два из которых размещены в местах сопряжения перемычек с концами, поперечной части силовоспринимающего элемента, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при уменьшении габаритов, третий и четвертый тензорезисторы установлены в месте сопряжения центральноговыступа силовоспринимающего элемента сего поперечной частью и расположены симметрично относительно плоскости симметрии силовоспринимающего элемента. 2. Устройство по п.1, отл и ч а ю щеес я тем, что перемычки имеют одинаковую ширину, равную половине ширины центрального выступа силовоспринимающего элемента,А-А 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что удаленный от поперечной части конец центрального выступа силовоспринимающего элемента снабжен боковы ми выступами.4. Устройство по пп. 1 - 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что в силовоспринимающем элементе в плоскости его симметрии между тензорезисторами выполнена прорезь,1738218 Составитель А.ЮровскийТехред М,Моргентал рректор М.Максимишине Редактор Е.Пап Заказ 1996 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101