Многокомпонентный датчик силы
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Изобретение относится к приборостроению , а именно к средствам измерения механических величин электрическими методами с использованием тензорезисторов, и позволяет упростить конструкцию путем исключения дополнительных мостовых схем. Это достигается тем, что в датчик силы , состоящий из упругого элемента 1 и тензорезисторной мостовой схемы, введены дополнительные электрические цепи для измерения вариаций напряжения между точками 14 и 15с точками 18 и 19 мостовой схемы. 2 ил., 1 табл. сл с о VJ VI (Л со VI
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з G 01 1 5/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..4
3 (Ь
«4
«4 (л (л) 4
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4636684/10 (22) 13.01.89 (46) 15.09.91. Бюл. М 34 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.Б.Глушенко и А.К.Никитин (53) 531.781 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 872947, кл. G01 В 7/16,,1981.
Патент ФРГ М 1648359, кл. G 01 N 3/02, 1975, (54) МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК СИЛЫ
„„Я „„1677537 А1 (57) Изобретение относится к приборостроению, а именно к средствам измерения механических величин электрическйми методами с использованием тензореэисторов, и позволяет упростить конструкцию путем исключения дополнительных мостовых схем. Это достигается тем, что в датчик силы, состоящий из упругого элемента 1 и тензорезисторной мостовой схемы, введены дополнительные, электрические цепи для измерения вариаций напряжения между точками 14 и 15 с точками 18 и 19 мостовой схемы. 2 ил., 1 табл.
1677537
5 или где $ю — чувствительность измерительной
10 цепи, в которую включен измерительный прибор 10.
Аналогично измерительный прибор 12 служит для определения изменения напряжения между точками 16 и 17, а измеритель"5 ный прибор 13 — для определения изменения напряжения между точками 18 и
19, В этом случае зависимости изменения напряжения от относительного изменения сопротивления тензорезисторов следую20 щие:
30
I х Щ, E 2 Fx1
1 Fz (1) 40
1 где f- длина стержневого упругого элемента;
Wx, Wv — момент сопротивления относительно осей Ох и Оу соответственно;
Š— модуль Юнга материала упругого элемента;
$о — площадь поперечного сечения упругого элемента.
Измерительный прибор 11 предназна- 50 чен для определения изменения напряжения О 0 между точкой соединения 1 и 3-го тенэорезисторов (на фиг.2 точка 14) и точкой соединения 5 и 7-го тенэорезисторов (на фиг.2 точка 15), которое определяется по 55 формуле — " х х
4 S» $1г
Fv= — X
2 Е Wx
4 $10 S»
О»
Fz=Е So
Изобретение относится к приборостроению и предназначено для многокомпонентного измерения силы.
Цель изобретения — упрощение системы измерения составляющих действующей силы.
На фиг,1 схематически изображен многокомпонентный датчик силы; на фиг.2— тенэометрическая мостовая схема, используемая в датчике.
Датчик состоит из упругого элемента 1, на котором размещены тенэорезисторы 2—
9. соединенные в мостовую схему(показано на фиг.2). Мост питается от источника 10.
Измерительные приборы 11, 12 и 13 подключены соответственно к общим точкам 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, Датчик работает следующим образом, К торцу упругого элемента 1 приложена сила F, которую можно представить в виде трех составляющих FY„Fy; Fz. Каждая составляющая силы вызывает деформацию упругого элемента, что в свою очередь приводит к пропорциональному относительному изменению сопротивления тензорезисторов 2 — 9.
В таблице показана деформация каждого тензорезистора.
Деформации связаны с силой следующими соотношениями:!
Ey = — Fy Ez =
Wx.Е 2
U10 = S10 (Р + U. ьх + И + Ю вЂ” е7 + A(+ Ez + p Ez + p & — p 2 +
+pez }
Ою =2 $10(ay+(1+,и)еу); (2) U» =S«(&+M+Ex+Ez — М+
+ez — ех+ю+,ие+,ие+усе+
+pez);
Оиг =S>z(ey+ez+ey+ez -ay+
+Я+EY Я вЂ” p©+/4Я+pЯ+
+pez).
U» = 4 S» (1 +p ) Ez; (3)
Оlг =2 $1гtяу +(1+,и) hz) (4) Решая совместно систему уравнений (1) и уравнения (2), (3), (4), получим значения Fx, Fyu Fz:
Х
2 S«О1г — $а U»
Х
2 $» U10 — $10 О»
1677537
Формула изобретения р и м е ч а н и е. "+" — деформация растяжения;
"-" — деформация сжатия;
p — коэффициент Пуассона.
Составитель B.Ãîäçèêîâñêèé
Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун
Ф/
Редактор М.Петрова
Заказ 3107 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Таким образом, определение всех трех составляющих силы осуществляется одной тензорезисторной мостовой схемой и тремя измерительными приборами, что значительно .повышает экономичность измеритель- 5 ной системы.
Многокомпонентный датчик силы, со- 10 держащий стержневой упругий элемент и размещенные на нем продольные и поперечные тензорезисторы, соединенные в мостовую схему, причем каждое плечо образовано по меньшей мере двумя одно- 15 именными тензорезисторг ли, и измерительный прибор, подключенный к диагонали моста, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции за счет исключения дополнительных мостовых схем, в него введены второй и третий измерительные приборы, а тензорезисторы размещены в местах пересечения поверхности упругого элемента и двух его меридиональных плоскостей, расположенных под прямым углом одна к другой, причем в каждом месте пересечения размещены по меньшей мере один продольный и один поперечный тензорезисторы, при этом тензорезисторы, включенные в одно плечо моста, размещены на диаметрально противоположных сторонах упругого элемента, а второй и третий измерительные приборы подключены к общим точкам соединения продольных и поперечных тензорезисторов, образующих смежные плечи моста.