RU100245U1 - EFFORT SENSOR TENSOMETRIC - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, в частности, в устройствах для ограничения грузоподъемности машин и механизмов, а также в любом другом оборудовании, где требуется измерение приложенного усилия с повышенной защитой от воздействия окружающей среды. Датчик усилия тензометрический содержит силовоспринимающий элемент, имеющей две концевые опорные части с отверстиями под резьбовые крепежные элементы, и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, и блок обработки сигналов с тензопреобразователей, выполненный на основе микроконтроллера. Силовоспринимающий элемент выполнен в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, в боковых продольных стенках которой выполнены две пары идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками. Пары выемок симметрично расположены относительно оси силовоспринимающей части, а на каждой перегородке закреплен, по крайней мере, один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига. Полезная модель позволяет упростить конструкцию датчика и повысить его надежность. 8 з.п. ф-лы. The utility model relates to measuring technique and can be used, in particular, in devices for limiting the carrying capacity of machines and mechanisms, as well as in any other equipment where it is necessary to measure the applied force with increased protection from environmental influences. The strain gauge force sensor contains a power receiving element having two end support parts with holes for threaded fasteners, and a power receiving part located between them, connected to the end support parts using elastic elements provided with strain gauges, and a signal processing unit from strain gauges made on the basis of a microcontroller . The force-sensing element is made in the form of a beam with a rectangular cross section, in the lateral longitudinal walls of which there are two pairs of identical counter-directed through-hole recesses separated by vertical force-measuring partitions. The pairs of recesses are symmetrically located relative to the axis of the power-receiving part, and at least one strain transducer that records shear strain is fixed on each partition. The utility model allows to simplify the design of the sensor and increase its reliability. 8 s.p. f-ly.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, в частности, в устройствах для ограничения грузоподъемности машин и механизмов, а также в любом другом оборудовании, где требуется измерение приложенного усилия с повышенной защитой от воздействия окружающей среды.The utility model relates to measuring technique and can be used, in particular, in devices for limiting the carrying capacity of machines and mechanisms, as well as in any other equipment where it is necessary to measure the applied force with increased protection from environmental influences.

Известен датчик усилия тензометрический, входящий в состав ограничителя грузоподъемности мостовых кранов. Датчик содержит силоизмерительный элемент, выполненный в виде смещенных друг относительно друга и связанных между собой упругими балками опорных призм, часть из которых закреплена на опоре вала грузового барабана, а другая часть - на грузовой тележке крана, тензометрический преобразователь и электронное пороговое устройство. Тензометрический преобразователь включает в себя четыре тензорезистора, попарно закрепленные на поверхностях упругих балок и соединенные в электрический мост, измерительная диагональ которого подключена к входу электронного порогового устройства (SU 440330, 25.08.1974). В данной конструкции упругие балки размещены между центральной и крайними опорными призмами, и измерительная база определяется расстоянием между ними. Расстояние между призмами полностью определяется компоновкой узла опоры грузового барабана на грузовой тележке крана, в силу чего абсолютная величина деформации упругих балок очень маленькая. Малые размеры измерительной базы и малая величина деформации упругих балок снижают точность измерения усилий, а соответственно понижают надежность ограничителя грузоподъемности мостового крана. Недостатком данной конструкции датчика является также невысокая помехозащищенность от линий электропередач, грозовых разрядов и иных атмосферных явлений, а также при работе в условиях промышленных объектов: в непосредственной близости от мощных двигателей, сварочных агрегатов, коммутирующей аппаратуры, электроплавильных печей или других источников сильного электромагнитного излучения, так тензометрический преобразователь имеет низкий уровень выходного сигнала, а информационно-управляющий блок удален от тензометрического преобразователя.Known sensor strain gauge, which is part of the load limiter of bridge cranes. The sensor contains a force measuring element made in the form of support prisms displaced relative to each other and interconnected by elastic beams, some of which are mounted on the support of the cargo drum shaft, and the other part is mounted on the crane truck, strain gauge transducer and electronic threshold device. A strain gauge transducer includes four strain gauges mounted in pairs on the surfaces of elastic beams and connected to an electric bridge, the measuring diagonal of which is connected to the input of an electronic threshold device (SU 440330, 08.25.1974). In this design, elastic beams are placed between the central and extreme support prisms, and the measuring base is determined by the distance between them. The distance between the prisms is completely determined by the layout of the support unit of the cargo drum on the crane truck, due to which the absolute value of the deformation of the elastic beams is very small. The small size of the measuring base and the small amount of deformation of the elastic beams reduce the accuracy of the measurement of forces, and therefore reduce the reliability of the load limiter of the bridge crane. The disadvantage of this sensor design is also low noise immunity from power lines, lightning discharges and other atmospheric phenomena, as well as when working in industrial facilities: in the immediate vicinity of powerful engines, welding machines, switching equipment, electric melting furnaces or other sources of strong electromagnetic radiation, So the strain gauge converter has a low output signal level, and the information-control unit is remote from the strain gauge the caller.

Известен также датчик усилия тензометрический ограничителя грузоподъемности крана, представляющий собой встроенный в шарнир силовой опоры тензометрическое устройство, содержащее упругий элемент в форме полого цилиндра, имеющий боковые и центральную опорные части, соединенные между собой цилиндрическим чувствительным элементом. На внутренней поверхности упругого элемента закреплены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, сигнал с которых поступает на электронное пороговое устройство. Тензорезисторы установлены на внутренней поверхности цилиндра, а электронное пороговое устройство расположено во внутренней полости цилиндра (RU 2081809, 20.06.1997). В данной конструкции измерительная база цилиндрического чувствительного элемента совпадает с расстоянием между центральным и боковыми опорными частями, которое полностью определяется компоновкой узла опоры грузового барабана на грузовой тележке крана, в силу чего абсолютная величина деформации чувствительного элемента очень маленькая. Малые размеры измерительной базы и малая величина деформации упругих балок снижают точность измерения усилий и соответственно понижают надежность ограничителя грузоподъемности.A tensometric strain gauge of a crane load-bearing limiter is also known, which is a strain gauge device integrated in a hinge of a power support, comprising an elastic element in the form of a hollow cylinder, having side and central supporting parts interconnected by a cylindrical sensing element. Strain gages connected to the bridge circuit are fixed on the inner surface of the elastic element, the signal from which is fed to an electronic threshold device. Strain gages are mounted on the inner surface of the cylinder, and an electronic threshold device is located in the inner cavity of the cylinder (RU 2081809, 06/20/1997). In this design, the measuring base of the cylindrical sensitive element coincides with the distance between the central and lateral supporting parts, which is completely determined by the layout of the support unit of the cargo drum on the crane truck, due to which the absolute value of the deformation of the sensitive element is very small. The small size of the measuring base and the small amount of deformation of the elastic beams reduce the accuracy of the measurement of forces and, accordingly, reduce the reliability of the load limiter.

Наиболее близким к предложенной полезной модели по совокупности существенных признаков является датчик усилия тензометрический, содержащий силовоспринимающий элемент, имеющей две концевые опорные части с отверстиями под резьбовые крепежные элементы, и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью двух Ш-образных упругих подвесных элементов, тензопреобразователи, расположенные, по крайней мере, на одном упругом элементе и измеряющие изгибную деформацию упругой элемента, и блок обработки сигналов с тензопреобразователей, выполненный на основе микроконтроллера (RU 48183 U1, 27.09.2005).Closest to the proposed utility model in terms of essential features is a strain gauge force sensor containing a power-sensing element having two end support parts with holes for threaded fasteners, and a power receiving part located between them, connected to the end support parts using two W-shaped elastic suspension elements, strain gauges located on at least one elastic element and measuring the bending deformation of the elastic element, and the processing unit tensoconverters heel signals formed on the basis of a microcontroller (RU 48183 U1, 27.09.2005).

Наличие в данном датчике Ш-образных упругих подвесных элементов существенно усложняет его конструкцию и увеличивает затраты на изготовление. При этом прорези в подвесных элементах и тензометрические преобразователи не защищены от прямого воздействия дождя и снега, поэтому в процессе эксплуатации датчика вне закрытых помещений при низких температурах возможно появление льда в прорезях упругих элементов и на поверхности тензопреобразователей, что снижает надежность датчика и усложняет его обслуживание. Причем в данной конструкции датчика сложно обеспечить повышенную защиту тензопреобразователей и Ш-образных упругих подвесных элементов, так как любая защита потребует введения дополнительных элементов в конструкцию датчика, либо радикального изменения конструкции самого силовоспринимающего элемента.The presence of W-shaped elastic suspension elements in this sensor significantly complicates its design and increases manufacturing costs. In this case, the slots in the suspension elements and strain gauges are not protected from direct exposure to rain and snow, therefore, when the sensor is used outdoors, at low temperatures, ice may appear in the slots of the elastic elements and on the surface of the strain gauges, which reduces the reliability of the sensor and complicates its maintenance. Moreover, in this design of the sensor, it is difficult to provide increased protection for strain transducers and U-shaped elastic suspension elements, since any protection will require the introduction of additional elements in the sensor structure, or a radical change in the design of the force-sensing element itself.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка эффективного, простого в эксплуатации датчика усилия, обеспечивающего достаточно высокую точность при уменьшенных затратах на изготовление и минимальном контроле за силовоспринимающим элементом и тензопреобразователями в процессе эксплуатации. Другой задачей полезной модели является создание датчика усилий, имеющего повышенную защиту от воздействия внешней среды. Дополнительные решаемые задачи и преимущества заявленной полезной модели будут понятны из последующего описания.The task to which the claimed utility model is directed is the development of an effective, easy-to-use force sensor that provides sufficiently high accuracy with reduced manufacturing costs and minimal monitoring of the power-sensing element and strain transducers during operation. Another objective of the utility model is the creation of a force sensor having enhanced protection against environmental influences. Additional tasks to be solved and advantages of the claimed utility model will be clear from the following description.

Поставленные технические задачи решаются тем, что в датчике усилия тензометрическом, содержащем силовоспринимающий элемент, имеющей две концевые опорные части с отверстиями под резьбовые крепежные элементы, и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, и блок обработки сигналов с тензопреобразователей, выполненный на основе микроконтроллера, согласно полезной модели, силовоспринимающий элемент выполнен в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, в боковых продольных стенках которой выполнены две пары идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками, при этом пары выемок симметрично расположены относительно оси силовоспринимающей части, а на каждой перегородке закреплен, по крайней мере, один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига.The stated technical problems are solved by the fact that in the strain gauge force sensor containing a power-sensing element having two end support parts with holes for threaded fasteners, and a power receiving part located between them, connected to the end support parts by means of elastic elements equipped with strain gauges, and a block signal processing from strain gauges, based on a microcontroller, according to a utility model, the power-sensing element is made in the form of a beam with a straight a cross section in the side longitudinal walls of which are made two pairs of identical counter-directed non-through recesses separated by vertical force-measuring partitions, while the pairs of recesses are symmetrically located relative to the axis of the force-receiving part, and at least one strain transducer is registered on each partition to record shear strain .

Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.The achievement of the technical result is also facilitated by the private essential features of the utility model.

В каждой паре выемки разделены между собой тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой, на которой закреплен один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига, и тензометрические преобразователи расположены с одной или разных сторон перегородок.In each pair, the recesses are separated by a thin vertical force-measuring partition, on which one strain transducer is registered, which records the shear strain, and strain gauges are located on one or different sides of the partitions.

Предпочтительно, выемки выполнены в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины.Preferably, the recesses are made in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth.

Предпочтительно, выемки с тензопреобразователями заполнены герметизирующим полимерным материалом.Preferably, the notches with strain gauges are filled with a sealing polymer material.

В перегородках выполнены каналы для электропроводки к тензопреобразователям.In the partitions, channels for wiring to strain gauges are made.

Блок обработки сигналов с тензопреобразователей содержит корпус, закрепленный на одной из продольных боковых поверхностей силовоспринимающего элемента с перекрытием расположенных на данной поверхности выемок с тензопреобразователями, и установленную в полости корпуса печатную плату, на которой смонтирован микроконтроллер, при этом на поверхности корпуса закреплен, по крайней мере, один разъем для соединения датчика с регистрирующей аппаратурой, а силовоспринимающий элемент снабжен крышкой, изолирующей полости выемок на противоположной боковой поверхности от воздействия внешней среды.The signal processing unit from the strain gauges comprises a housing fixed on one of the longitudinal lateral surfaces of the force pickup element with overlapping recesses with strain gauges located on this surface, and a printed circuit board mounted in the cavity of the housing, on which the microcontroller is mounted, at least at least one is mounted on the surface of the housing , one connector for connecting the sensor to the recording equipment, and the power-sensing element is provided with a cover that insulates the cavities of the recesses on the floor on the lateral surface from environmental influences.

Силоприемная и концевые опорные части балки снабжены плоскими прямоугольными силопередающими элементами, ширина которых равна ширине балки.The power receiving and end supporting parts of the beam are equipped with flat rectangular power transmitting elements, the width of which is equal to the width of the beam.

Балка выполнена за одно целое с указанными силопередающими элементами.The beam is made in one piece with the specified power transmitting elements.

На нижней поверхности балки между указанными силопередающими элементами закреплена эластичная прокладка, ширина которой равна ширине балки, а толщина - высоте силопередающих элементов.An elastic gasket is fixed on the lower surface of the beam between the indicated power-transmitting elements, the width of which is equal to the width of the beam, and the thickness is the height of the power-transmitting elements.

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что выполнение силовоспринимающего элемента в виде балки с прямоугольным поперечным сечением упрощает проектирование датчика, так как методики расчета деформаций балки прямоугольного поперечного сечения хорошо проработаны. Силовоспринимающий элемент датчика имеет простую геометрическую форму, что упрощает его изготовление и эксплуатацию, а расположенные в выемках тензопреобразователи достаточно хорошо защищены от случайных внешних воздействий.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the implementation of the power-sensing element in the form of a beam with a rectangular cross section simplifies the design of the sensor, since the methods for calculating the deformations of a beam of rectangular cross section are well developed. The force-sensing element of the sensor has a simple geometric shape, which simplifies its manufacture and operation, and strain gauges located in the recesses are quite well protected from accidental external influences.

Разделение в каждой паре выемок между собой тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой, на которой закреплен один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига, с расположением тензометрических преобразователей с одной или разных сторон перегородок, позволяет сократить количество тензометрических преобразователей при использовании данного датчика для измерения малых усилий.The separation in each pair of recesses between each other with a thin vertical force-measuring partition, on which one strain transducer is registered, which records the shear strain, with the arrangement of strain gauges on one or different sides of the partitions, reduces the number of strain gauges when using this sensor to measure small forces.

Выполнение выемок в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины упрощает проектирование и изготовление датчикаRecesses in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth simplify the design and manufacture of the sensor

Выполнение в перегородках каналов для электропроводки к тензопреобразователям повышает надежность датчика, так как наиболее тонкие провода будут защищены от случайных внешних воздействий, а заполнение выемок с тензопреобразователями герметизирующим полимерным материалом повышает защищенность тензопреобразователей от внешних воздействий.The implementation of channels for wiring to strain gauges in the partitions increases the reliability of the sensor, since the thinnest wires will be protected from accidental external influences, and filling the recesses with strain gauges with sealing polymer material increases the protection of strain gauges from external influences.

Расположение элементов блока обработки сигналов с тензопреобразователей в корпусе, закрепленном на одной из продольных боковых поверхностей силовоспринимающего элемента с перекрытием расположенных на данной поверхности выемок с тензопреобразователями, обеспечивает дополнительную защиту тензопреобразователей от внешних воздействий.The location of the elements of the signal processing unit from the strain gauges in the housing, mounted on one of the longitudinal side surfaces of the force pickup element with overlapping recesses with strain gauges located on this surface, provides additional protection for strain gauges from external influences.

Закрепление на нижней поверхности балки между силопередающими элементами эластичной прокладки предотвращает возможность проникновения посторонних частиц в зазор между силоприемной частью и основанием, на которое опирается силовоспринимающий элемент датчика, как при монтаже датчика на оборудовании, так и при его эксплуатации, что повышает надежность датчика.Fastening on the lower surface of the beam between the power-transmitting elements of the elastic gasket prevents foreign particles from penetrating into the gap between the power-receiving part and the base on which the power-sensing element of the sensor rests, both when mounting the sensor on equipment and during its operation, which increases the reliability of the sensor.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет упростить конструкцию датчика и повысить его надежность.Thus, the proposed technical solution allows to simplify the design of the sensor and increase its reliability.

На фиг.1 показан предлагаемый датчик без крышек, защищающих тензопреобразователи, вид сбоку; на фиг.2 и 3 - виды А и Б на фиг.1; на фиг.4А и 4Б показаны поперечные сечения В-В на фиг.1 для двух примеров размещения тензопреобразователей на вертикальной силоизмерительной перегородке; на фиг.5 показаны виды Г, Д, Е и Ж на фиг.2; на фиг.6 и 7 - примеры соединения тензопреобразователей в электрический мост.Figure 1 shows the proposed sensor without covers protecting the strain gauges, side view; figure 2 and 3 - types a and B in figure 1; on figa and 4B shows the cross-section bb in figure 1 for two examples of the placement of strain transducers on a vertical load-measuring partition; figure 5 shows the views of G, D, E and G in figure 2; 6 and 7 are examples of connecting strain gauges to an electric bridge.

Датчик усилия тензометрический содержит силовоспринимающий элемент 1, имеющей две концевые опорные части 2 с отверстиями 3 под резьбовые крепежные элементы и расположенную между ними силоприемную часть 4.The strain gauge force sensor contains a power receiving element 1 having two end support parts 2 with holes 3 for threaded fasteners and a power receiving part 4 located between them.

Силовоспринимающий элемент 1 выполнен в виде балки с прямоугольным поперечным сечением. В боковых продольных стенках балки выполнены две пары идентичных встречно направленных несквозных выемок 5, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками 6. Пары выемок 5 симметрично расположены относительно поперечной оси 7 силоприемной части 4. На обеих поверхностях каждой вертикальной перегородки 6 закреплены тензопреобразователи 8, представляющие собой двухэлементные тензорезисторные розетки, регистрирующие деформацию сдвига. Каждый тензопреобразователь 8 состоит из двух соединенных резисторов. Резисторы R расположены на вертикальной перегородке 6 под углом 45º относительно продольной оси силовоспринимающего элемента 1 и под углом 90º друг относительно друга. При этом один резистор Rc подвергается воздействию сжимающих деформаций, а второй резистор Rt подвергается воздействию растягивающих деформаций. Предпочтительно, несквозные выемки 5 выполнены в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины. В перегородках 6 выполнены каналы 9 для электропроводки к тензопреобразователям 8.The power-sensing element 1 is made in the form of a beam with a rectangular cross section. In the lateral longitudinal walls of the beam, two pairs of identical counter-directed non-through recesses 5 are made, separated by vertical force-measuring partitions 6. The pairs of recesses 5 are symmetrically located relative to the transverse axis 7 of the force-receiving part 4. Strain gages 8 are mounted on both surfaces of each vertical partition 6, which are two-element strain gauge sockets registering shear strain. Each strain gauge 8 consists of two connected resistors. Resistors R are located on the vertical partition 6 at an angle of 45 ° relative to the longitudinal axis of the power-sensing element 1 and at an angle of 90 ° relative to each other. In this case, one resistor Rc is subjected to compressive strains, and the second resistor Rt is subjected to tensile strains. Preferably, through holes 5 are made in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth. In the partitions 6 channels 9 are made for wiring to strain gauges 8.

Хотя в примере реализации полезной модели, приведенном на фиг.2 и 4А, тензопреобразователи 8 закреплены на обеих поверхностях вертикальной перегородки 6, для специалистов понятно, что в том случае, когда в каждой паре идентичные встречно направленные несквозные выемки 5 разделены между собой тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой (при обеспечении достаточного запаса прочности датчика в целом), возможна реализация полезной модели с использованием на силовоспринимающем элементе 1 в каждой паре выемок одного тензопреобразователя, закрепленного на одной из поверхностей вертикальной перегородки, как это показано на фиг.4Б, с расположением тензометрических преобразователей в каждой паре с одной или разных сторон перегородок 6.Although in the example implementation of the utility model shown in FIGS. 2 and 4A, strain gauges 8 are mounted on both surfaces of the vertical partition 6, for specialists it is clear that in the case when in each pair the identical opposite directional notch recesses 5 are separated by a thin vertical force measuring by a partition (while ensuring a sufficient margin of safety of the sensor as a whole), it is possible to implement a utility model using a strain gauge element 1 in each pair of recesses A la mounted on one of the surfaces of a vertical partition, as shown in Fig. 4B, with the arrangement of strain gauges in each pair on one or different sides of the partitions 6.

Предпочтительно, полости выемок 5 заполнить герметизирующим полимерным материалом 10, закрывающим тензопреобразователи 8. Во втором варианте исполнения, показанном на фиг.4Б, герметизирующий полимерный материал заполняет только выемку, в которой расположен тензопреобразователь, но можно заполнить герметизирующим полимерным материалом и вторую выемку, в которой тензопреобразователя нет.Preferably, the cavities of the recesses 5 are filled with a sealing polymer material 10 covering the strain gauges 8. In the second embodiment shown in FIG. 4B, the sealing polymer material fills only the recess in which the strain gauge is located, but it is possible to fill the sealing polymer material and a second recess in which there is no strain gauge.

Датчик снабжен блоком 11 обработки сигналов с тензопреобразователей 8. Блок 11 содержит корпус 12, закрепленный на продольной боковой поверхности 13 силовоспринимающего элемента 1 с перекрытием расположенных на данной поверхности выемок 5 с тензопреобразователями 8, и установленную в полости 14 корпуса печатную плату 15, на которой смонтирован усилитель 16 сигналов, микроконтроллер 17 и согласующее устройство 18, преобразующее цифровые сигналы микроконтроллера в цифровой код последовательного интерфейса. На поверхности корпуса 12 закреплены два разъема 19 для соединения датчика с линией последовательного интерфейса, к которой подключаются регистрирующая аппаратура и другие датчики. Полости выемок 5 на противоположной боковой поверхности 20 силовоспринимающего элемента 1 изолированы от воздействия внешней среды с помощью крышек 21.The sensor is equipped with a signal processing unit 11 from the strain transducers 8. The block 11 comprises a housing 12 mounted on the longitudinal side surface 13 of the force-sensing element 1 with overlapping recesses 5 located on this surface with the strain transducers 8, and a printed circuit board 15 mounted on the cavity 14 of the housing, on which it is mounted an amplifier 16 of the signals, a microcontroller 17 and a matching device 18 that converts the digital signals of the microcontroller into a digital code for the serial interface. On the surface of the housing 12, two connectors 19 are fixed for connecting the sensor to a serial interface line to which recording equipment and other sensors are connected. The cavities of the recesses 5 on the opposite side surface 20 of the power-sensing element 1 are isolated from the external environment using covers 21.

Силоприемная 4 и концевые опорные части 2 силовоспринимающего элемента 1 снабжены закрепленными на них плоскими прямоугольными силопередающими элементами 22 и 23, ширина которых предпочтительно равна ширине балки. На нижней поверхности балки между силопередающими элементами 23 закреплена эластичная прокладка 24, ширина которой предпочтительно равна ширине балки, а толщина предпочтительно - высоте силопередающих элементов 23. Возможно также выполнение силопередающих элементов 22 и 23 в виде приливов на балке.The power receiving 4 and the end supporting parts 2 of the power receiving element 1 are provided with flat rectangular power transmitting elements 22 and 23 fixed to them, the width of which is preferably equal to the width of the beam. An elastic gasket 24 is fixed on the lower surface of the beam between the power-transmitting elements 23, the width of which is preferably equal to the width of the beam, and the thickness is preferably the height of the power-transmitting elements 23. It is also possible to make the power-transmitting elements 22 and 23 in the form of tides on the beam.

Тензопреобразователи 8 соединены на печатной плате 15 блока 11 обработки сигналов в электрический мост, измерительная диагональ которого подключена к входу усилителя 16, выход которого подключен к входу микроконтроллера 17. Выход микроконтроллера подключен к входу согласующего устройства 18. Цифровой выход датчика подключается к регистрирующей аппаратуре, в частности, к управляющему устройству системы безопасности грузоподъемной машины, с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала.The strain gauges 8 are connected on a printed circuit board 15 of the signal processing unit 11 to an electric bridge, the measuring diagonal of which is connected to the input of the amplifier 16, the output of which is connected to the input of the microcontroller 17. The output of the microcontroller is connected to the input of the matching device 18. The digital output of the sensor is connected to the recording equipment, in in particular, to the control device of the safety system of the lifting machine, using a common wired or wireless serial interface channel.

Заявляемый датчик работает следующим образом.The inventive sensor operates as follows.

Усилие Р, действующее на силоизмерительный элемент 1, воспринимается силоприемной частью 4 балки с закрепленными на ней тензопреобразователями 8. Деформация силоприемной части 4 балки передается на тензопреобразователи 8, что приводит к изменению их сопротивлений R и разбалансу электрического моста. Сигнал с измерительной диагонали моста поступает на вход усилителя 16. В микроконтроллере 17 производится преобразование выходного сигнала с усилителя 16 в цифровой сигнал, который преобразуется согласующим устройством 18 в цифровой код последовательного интерфейса.The force P acting on the force measuring element 1 is perceived by the force receiving part 4 of the beam with strain transducers attached to it 8. The deformation of the force receiving part 4 of the beam is transmitted to strain transducers 8, which leads to a change in their resistances R and the imbalance of the electric bridge. The signal from the measuring diagonal of the bridge is fed to the input of the amplifier 16. In the microcontroller 17, the output signal from the amplifier 16 is converted to a digital signal, which is converted by the matching device 18 into a digital code of the serial interface.

Описанный датчик усилия является лишь частным примером осуществления полезной модели. При реализации датчика усилия могут использоваться также различные конструктивные исполнения ее элементов, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунках, иллюстрирующих полезную модель.The described force sensor is only a particular example of the implementation of the utility model. In the implementation of the force sensor can also be used in various designs of its elements that differ from those described in this application and shown in the figures illustrating the utility model.

Предлагаемый датчик может быть изготовлен промышленным способом на заводах, выпускающих оборудование для грузоподъемных машин. В датчике могут быть использованы тензорезисторы типа КФ5Р2 фирмы ООО «ВЕДА» (Украина), или другие тензорезисторы подобного типа. Для реализации блока обработки сигналов с тензорезисторов можно использовать перепрограммируемый микроконтроллер MSP430F149 фирмы "Texas Instruments" (США) или другие микроконтроллеры подобного типа. В качестве усилителя можно использовать микросхему AD623AR фирмы Analog Devices, а согласующее устройство можно реализовать на базе микросхемы TJA1050.The proposed sensor can be manufactured industrially in factories producing equipment for hoisting machines. In the sensor, strain gauges such as KF5R2 type, manufactured by VEDA LLC (Ukraine), or other strain gauges of a similar type can be used. To implement the signal processing unit from strain gages, you can use the reprogrammable microcontroller MSP430F149 from Texas Instruments (USA) or other microcontrollers of this type. An Analog Devices AD623AR chip can be used as an amplifier, and a matching device can be implemented on the basis of the TJA1050 chip.

Claims (9)

1. Датчик усилия тензометрический, содержащий силовоспринимающий элемент, имеющий две концевые опорные части с отверстиями под резьбовые крепежные элементы и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, и блок обработки сигналов с тензопреобразователей, выполненный на основе микроконтроллера, отличающийся тем, что силовоспринимающий элемент выполнен в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, в боковых продольных стенках которой выполнены две пары идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками, при этом пары выемок симметрично расположены относительно оси силовоспринимающей части, а на каждой перегородке закреплен, по крайней мере, один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига.1. A strain gauge force sensor containing a power receiving element having two end support parts with holes for threaded fasteners and a power receiving part located between them, connected to end support parts by means of elastic elements provided with strain gauges, and a signal processing unit from strain gauges, made on the basis of the microcontroller, characterized in that the power-sensing element is made in the form of a beam with a rectangular cross-section, in the side longitudinal walls otorrhea is provided with two pairs of identical oppositely directed non-through recesses, separated by vertical baffles force-measuring, with a pair of recesses symmetrically disposed about the axis silovosprinimayuschey portion and each partition is fixed, at least one tenzopreobrazovatel registering shear deformation. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в каждой паре выемки разделены между собой тонкой вертикальной силоизмерительной перегородкой, на которой закреплен один тензопреобразователь, регистрирующий деформацию сдвига, и тензометрические преобразователи расположены с одной или разных сторон перегородок.2. The sensor according to claim 1, characterized in that in each pair of the recesses are separated by a thin vertical force-measuring partition, on which one strain transducer is registered, which records the shear strain, and strain gauges are located on one or different sides of the partitions. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что выемки выполнены в виде цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины.3. The sensor according to claim 1, characterized in that the recesses are made in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что выемки с тензопреобразователями заполнены герметизирующим полимерным материалом.4. The sensor according to claim 1, characterized in that the recesses with strain gauges are filled with a sealing polymer material. 5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что в перегородках выполнены каналы для электропроводки к тензопреобразователям.5. The sensor according to claim 1, characterized in that the channels for wiring to strain gauges are made in the partitions. 6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что блок обработки сигналов с тензопреобразователей содержит корпус, закрепленный на одной из продольных боковых поверхностей силовоспринимающего элемента с перекрытием расположенных на данной поверхности выемок с тензопреобразователями, и установленную в полости корпуса печатную плату, на которой смонтирован микроконтроллер, при этом на поверхности корпуса закреплен, по крайней мере, один разъем для соединения датчика с регистрирующей аппаратурой, а силовоспринимающий элемент снабжен крышкой, изолирующей полости выемок на противоположной боковой поверхности от воздействия внешней среды.6. The sensor according to claim 1, characterized in that the signal processing unit from the strain gauges comprises a housing fixed to one of the longitudinal side surfaces of the force pickup element with overlapping recesses with strain gauges located on this surface, and a printed circuit board mounted in the cavity of the housing on which it is mounted a microcontroller, at the same time at least one connector for connecting the sensor to the recording equipment is fixed on the surface of the housing, and the power-sensing element is provided with a cover, isol ruyuschey cavity recesses on the opposite side surface from the external environment. 7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что силоприемная и концевые опорные части балки снабжены плоскими прямоугольными силопередающими элементами, ширина которых равна ширине балки.7. The sensor according to claim 1, characterized in that the load-receiving and end supporting parts of the beam are equipped with flat rectangular power-transmitting elements, the width of which is equal to the width of the beam. 8. Датчик по п.7, отличающийся тем, что балка выполнена за одно целое с указанными силопередающими элементами.8. The sensor according to claim 7, characterized in that the beam is made in one piece with the specified power transmitting elements. 9. Датчик по пп.7 и 8, отличающийся тем, что на нижней поверхности балки между указанными силопередающими элементами закреплена эластичная прокладка, ширина которой равна ширине балки, а толщина - высоте силопередающих элементов.

9. The sensor according to claims 7 and 8, characterized in that on the lower surface of the beam between the indicated power transmitting elements, an elastic gasket is fixed, the width of which is equal to the width of the beam, and the thickness is the height of the power transmitting elements.