RU2175117C1 - Sensor for measurement of longitudinal force - Google Patents

Sensor for measurement of longitudinal force Download PDF

Info

Publication number
RU2175117C1
RU2175117C1 RU2001104601/28A RU2001104601A RU2175117C1 RU 2175117 C1 RU2175117 C1 RU 2175117C1 RU 2001104601/28 A RU2001104601/28 A RU 2001104601/28A RU 2001104601 A RU2001104601 A RU 2001104601A RU 2175117 C1 RU2175117 C1 RU 2175117C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
wall
hole
cylindrical hole
protrusion
Prior art date
Application number
RU2001104601/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.Г. Федоров
Л.С. Каминский
Ю.П. Старцев
Л.Н. Мухин
ков А.П. Черв
А.П. Червяков
А.И. Белан
Н.А. Сбитнева
Е.В. Синицин
В.Д. Любавин
тницкий И.А. П
И.А. Пятницкий
А.Ф. Лучин
М.И. Спицин
М.И. Затравкин
И.В. Солодаев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО"
Priority to RU2001104601/28A priority Critical patent/RU2175117C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2175117C1 publication Critical patent/RU2175117C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology; conversion of mechanical magnitudes to electric signal. SUBSTANCE: sensor includes terminal force-sensing units 2 and 3 made integral with center sensing unit 4 separated from force-sensing units by two opposite transversal slots 5 and 6; sensor is also provided with resistance strain gage for measurement of deformation of sensing unit. Sensing unit is made in form of rectangular parallelepiped whose lateral faces adjoining transversal slots have of square (A, B, C, D). Parallelepiped has through cylindrical hole 9 in center of square which is perpendicular to longitudinal axis of sensor. Resistance strain gage is located inside through hole; this gage includes flexible measuring beam 11 with resistance strain gages 20 mounted perpendicularly relative to longitudinal axis of sensor and symmetrically relative to it; resistance strain gage includes also two supports which connect ends of measuring beam with inner wall of cylindrical holes in areas adjoining points E and F of intersection of diagonal of square lateral face with wall of above-mentioned hole. EFFECT: reduced measurement error; increased service life of sensor. 8 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для защиты грузоподъемных машин и механизмов от перегрузок, в высокоточных тензометрических весах, а также в качестве преобразователя механических величин (давления, перемещения, деформации, усилия) в электрический сигнал в различных отраслях промышленности. The invention relates to measuring technique and can be used in devices for protecting load-lifting machines and mechanisms from overloads, in high-precision tensometric scales, and also as a converter of mechanical quantities (pressure, displacement, deformation, force) into an electric signal in various industries.

Известен датчик для измерения усилий, содержащий упругий элемент в форме полого цилиндра, имеющий концевые и среднюю опорные части, соединенные между собой цилиндрическим чувствительным элементом. Тензорезисторы установлены на внутренней поверхности цилиндрического чувствительного элемента и подключены к контрольно-измерительному электронному пороговому устройству (см. патент Российской Федерации N 2081809 С1, В 66 С 23/88, 20.06.1997). Данный датчик имеет недостаточную чувствительность, так как на точность измерений существенным образом влияют допуски на изготовление цилиндрического чувствительного элемента. A known sensor for measuring forces, containing an elastic element in the form of a hollow cylinder having end and middle supporting parts connected by a cylindrical sensing element. Strain gages are installed on the inner surface of the cylindrical sensitive element and are connected to a control and measuring electronic threshold device (see patent of the Russian Federation N 2081809 C1, B 66 C 23/88, 06/20/1997). This sensor has insufficient sensitivity, since tolerances on the manufacture of a cylindrical sensitive element significantly affect the measurement accuracy.

Известен также датчик для измерения усилий, содержащий чувствительный элемент в виде бруса, к которому с двух сторон присоединены силовоспринимающие части. В брусе выполнено сквозное цилиндрическое отверстие, ось которого перпендикулярна продольной оси бруса и направлению измеряемого усилия. Цилиндрическое отверстие имеет кольцевую перегородку, симметрично расположенную относительно продольной оси груза. Тензорезисторы размещены на внутренней цилиндрической поверхности перегородки на площадках, смещенных на 45o относительно продольной оси бруса (см. авторское свидетельство СССР N 451928 A1, G 01 L 1/22, 30.11.1974). Такое размещение тензорезисторов дает возможность регистрировать максимальные напряжения растяжения и сжатия на стенке отверстия в перегородке. Погрешность при измерении усилия существенным образом зависит от размеров тензорезистора, точности его закрепления относительно зоны максимальных напряжений растяжения и сжатия и качества приклеивания тензорезистора к стенке отверстия. Упругие свойства клеевого соединения существенным образом зависят от температуры и со временем ухудшаются, что также увеличивает погрешность измерения усилия.Also known is a sensor for measuring forces, containing a sensitive element in the form of a bar, to which power-sensing parts are attached on both sides. A through cylindrical hole is made in the beam, the axis of which is perpendicular to the longitudinal axis of the beam and the direction of the measured force. The cylindrical hole has an annular partition symmetrically located relative to the longitudinal axis of the load. Strain gages are located on the inner cylindrical surface of the partition in areas offset 45 o relative to the longitudinal axis of the beam (see USSR author's certificate N 451928 A1, G 01 L 1/22, 11/30/1974). This arrangement of strain gauges makes it possible to record the maximum tensile and compression stresses on the wall of the hole in the partition. The error in measuring the force substantially depends on the size of the strain gauge, the accuracy of its fixing relative to the zone of maximum tensile and compression stresses, and the quality of gluing the strain gauge to the wall of the hole. The elastic properties of the adhesive joint are significantly dependent on temperature and deteriorate over time, which also increases the measurement error of the force.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является датчик для измерения продольных усилий, содержащий концевые силовоспринимающие части, выполненные за одно целое со средней чувствительной частью, отделенной от силовоспринимающих частей двумя встречными поперечными прорезями, и тензорезисторное устройство для измерения деформации чувствительной части. Прорези выполнены до оси симметрии датчика. Для формирования чувствительной части на боковых поверхностях средней части датчика под углом 45o выполнены два паза. Силовоспринимающие концевые части имеют клиновидные законцовки с углом наклона поверхности клина 45o, а чувствительная часть выполнена в виде косонаправленной площадки, размещенной между клиновидными законцовками. Тензорезисторы закреплены с двух сторон косонаправленной площадки (см. авторское свидетельство СССР N 1696915 A1, G 01 L 1/22, 09.01.1991). Наличие косонаправленной площадки обеспечивает равные деформации по всему сечению чувствительной части и одинаковую поперечную жесткость по ее длине, что позволяет уменьшить погрешности измерения усилия при смещении точки приложения внешнего усилия относительно оси симметрии датчика, а также обеспечивает независимость результатов измерений от размеров тензорезистора и конкретного места приклеивания его на косонаправленной площадке чувствительной части. Однако реализация в полной мере преимуществ косонаправленной площадки будет определяться точностью ее изготовления и существенно зависит от технологических возможностей изготовителя, в частности от наличия инструмента для формирования косонаправленной площадки. В данном изобретении сохраняется влияние на точность измерения усилия упругих характеристик клеевого соединения, что увеличивает погрешность измерения усилия при изменении температуры и при длительном сроке эксплуатации датчика. Наиболее существенное изменение характеристик клеевого соединения происходит при циклических изменениях температуры в диапазоне от -50 до +50oC, что ограничивает использование данного изобретения в устройствах, эксплуатирующихся вне помещений (на улице).Closest to the claimed invention in terms of essential features is a sensor for measuring longitudinal forces, containing end force-sensing parts made in one piece with the middle sensitive part, separated from the power-sensing parts by two counter transverse slots, and a strain gauge device for measuring the deformation of the sensitive part. Slots are made up to the axis of symmetry of the sensor. For the formation of the sensitive part on the side surfaces of the middle part of the sensor at an angle of 45 o made two grooves. The power-receiving end parts have wedge-shaped endings with a wedge angle of 45 o , and the sensitive part is made in the form of an oblique platform located between the wedge-shaped ends. Strain gages are fixed on both sides of the oblique platform (see USSR author's certificate N 1696915 A1, G 01 L 1/22, 01/09/1991). The presence of an oblique pad ensures equal deformations along the entire cross section of the sensitive part and the same transverse stiffness along its length, which allows to reduce the error of the force measurement when the point of application of external force is displaced relative to the axis of symmetry of the sensor, and also ensures the independence of the measurement results from the dimensions of the strain gauge and its specific place of gluing on an oblique area of the sensitive part. However, the full realization of the advantages of a slanting platform will be determined by the accuracy of its manufacture and will substantially depend on the technological capabilities of the manufacturer, in particular, on the availability of a tool for forming a slanting platform. In this invention, the influence on the accuracy of measuring the force of the elastic characteristics of the adhesive joint remains, which increases the error in measuring the force with temperature and with a long sensor life. The most significant change in the characteristics of the adhesive joint occurs with cyclic changes in temperature in the range from -50 to +50 o C, which limits the use of this invention in devices operating outdoors (outdoors).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание датчика для измерения продольных усилий с повышенной точностью измерения, в том числе и при смещении точки приложения усилия относительно оси датчика, способного сохранять повышенную точность измерения в течение всего срока эксплуатации при изменении температуры внешней среды от -50 до +50oC. Другой задачей изобретения является создание высокоточного датчика для измерения продольных усилий с повышенной технологичностью изготовления.The problem to which the invention is directed is to create a sensor for measuring longitudinal forces with increased measurement accuracy, including when the point of application of force is displaced relative to the axis of the sensor, capable of maintaining increased measurement accuracy over the entire life cycle when the ambient temperature changes from -50 to +50 o C. Another objective of the invention is the creation of a high-precision sensor for measuring longitudinal forces with high manufacturability.

Поставленные технические задачи решаются тем, что в известном датчике для измерения продольных усилий, содержащем концевые силовоспринимающие части, выполненные за одно целое со средней чувствительной частью, отделенной от силовоспринимающих частей двумя встречными поперечными прорезями, и тензорезисторное устройство для измерения деформации чувствительной части, согласно изобретению, чувствительная часть выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, боковые грани которого, примыкающие к поперечным прорезям, имеют форму квадрата, в параллелепипеде по центру квадрата выполнено сквозное цилиндрическое отверстие, перпендикулярное продольной оси датчика, а тензорезисторное устройство расположено внутри сквозного отверстия в плоскости продольной симметрии датчика и включает в себя упругую измерительную балочку с тензорезисторами, установленную перпендикулярно продольной оси датчика и симметрично относительно ее, и две опоры, соединяющие концы измерительной балочки с внутренней стенкой цилиндрического отверстия в зонах, прилегающих к точкам пересечения диагонали квадратной боковой грани со стенкой указанного отверстия. The stated technical problems are solved by the fact that in the known sensor for measuring longitudinal forces, containing end force-sensing parts made in one piece with the middle sensitive part, separated from the power-sensing parts by two counter transverse slots, and a strain gauge device for measuring the deformation of the sensitive part, according to the invention, the sensitive part is made in the form of a rectangular parallelepiped, the side faces of which are adjacent to the transverse slots, have the shape of a quad at, in the parallelepiped in the center of the square there is a through cylindrical hole perpendicular to the longitudinal axis of the sensor, and the strain gauge device is located inside the through hole in the plane of longitudinal symmetry of the sensor and includes an elastic measuring beam with strain gauges installed perpendicular to the longitudinal axis of the sensor and symmetrically relative to it, and two supports connecting the ends of the measuring beam with the inner wall of the cylindrical hole in the areas adjacent to the points of intersection of agonals of a square lateral face with the wall of the indicated hole.

Кроме того, первая опора выполнена в виде выступа на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к точке пересечения ее диагональю квадратной боковой грани, и первый конец измерительной балочки закреплен непосредственно на указанном выступе, а вторая опора выполнена в виде выступа на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к диаметрально противоположной точке пересечения диагонали квадратной боковой грани с внутренней стенкой отверстия, и силопередающего устройства, соединяющего указанный выступ со вторым концом измерительной балочки. In addition, the first support is made in the form of a protrusion on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to the point of intersection with the diagonal of the square side face, and the first end of the measuring beam is mounted directly on the specified protrusion, and the second support is made in the form of a protrusion on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to the diametrically opposite point of intersection of the diagonal of the square side face with the inner wall of the hole, and a power transmitting device connecting a protrusion with a second end of the measurement ravine.

Силопередающее устройство может быть выполнено в виде платформы и двух ленточных тяг, соединяющих платформу с выступом. The power transmitting device can be made in the form of a platform and two tape rods connecting the platform with a protrusion.

Кроме того, на внутренней поверхности стенки цилиндрического отверстия выполнен дополнительный выступ для крепления монтажной платы выводов тензорезисторов, а в прилегающей к указанному выступу стенке цилиндрического отверстия выполнено сквозное отверстие для гермовыводов проводки монтажной платы, при этом в противоположной стенке цилиндрического отверстия выполнено компенсирующее отверстие, закрытое герметизирующей заглушкой. In addition, an additional protrusion is made on the inner surface of the wall of the cylindrical hole for mounting the circuit board of the terminals of the strain gauges, and in the wall of the cylindrical hole adjacent to the protrusion, a through hole is made for the hermetic leads of the wiring of the circuit board, while in the opposite wall of the cylindrical hole there is a compensating hole closed by a sealing a stub.

Выступы на внутренней поверхности цилиндрического отверстия и силопередающее устройство целесообразно выполнять за одно целое со средней чувствительной частью. The protrusions on the inner surface of the cylindrical hole and the power transmitting device, it is advisable to perform in one piece with the middle sensitive part.

Цилиндрическое сквозное отверстие в чувствительной части датчика целесообразно закрыть с двух сторон герметизирующими заглушками. It is advisable to close the cylindrical through hole in the sensitive part of the sensor on both sides with sealing plugs.

Измерительная балочка может быть выполнена из монокристаллического кремния. The measuring beam can be made of single-crystal silicon.

Сущность изобретения заключается в том, что изготовление чувствительной части датчика в форме прямоугольного параллелепипеда, боковые грани которого, примыкающие к поперечным прорезям, имеют форму квадрата, и выполнение в параллелепипеде по центру квадрата сквозного цилиндрического отверстия, перпендикулярного продольной оси датчика, формирует симметричную силовую схему средней чувствительной части, деформирующейся аналогично параллелограмму Роберваля, в результате чего при нагружении измеряемым усилием ее противолежащие угловые фрагменты смещаются параллельно друг другу, и равнодействующая сила всегда проходит через центр сквозного цилиндрического отверстия. Расположение тензорезисторного устройства внутри сквозного отверстия в плоскости продольной симметрии датчика и включение в него упругой измерительной балочки с тензорезисторами, установленной перпендикулярно продольной оси датчика и симметрично относительно ее, с привязкой крепления ее концов к зонам, прилегающим к точкам пересечения диагонали квадратной боковой грани с внутренней стенкой цилиндрического отверстия, позволяет в полной мере использовать преимущества предложенной конструкции средней чувствительной части для повышения точности измерения прилагаемого усилия, в частности, за счет увеличения базы, на которой производится измерение деформации чувствительной части. При этом исключается влияние на точность измерения усилия упругих свойств клеевого соединения измерительной балочки с опорами, так как усилие передается на измерительную балочку через нормальные напряжения. The essence of the invention lies in the fact that the manufacture of the sensitive part of the sensor in the form of a rectangular parallelepiped, the side faces of which are adjacent to the transverse slots, have the shape of a square, and the execution in the parallelepiped in the center of the square of a through cylindrical hole perpendicular to the longitudinal axis of the sensor forms a symmetrical power circuit of the middle sensitive part, deforming similarly to the Roberval parallelogram, as a result of which, when loading with measured force, its opposite angles fragments are displaced parallel to each other, and the resultant force always passes through the center of the through cylindrical holes. The location of the strain gauge device inside the through hole in the plane of the longitudinal symmetry of the sensor and the inclusion of an elastic measuring beam with strain gauges mounted perpendicular to the longitudinal axis of the sensor and symmetrical about it, with the fastening of its ends to zones adjacent to the intersection points of the diagonal of the square side face with the inner wall a cylindrical hole, allows you to fully use the advantages of the proposed design of the middle sensitive part for eniya accuracy of measurement applied force, in particular, by increasing the base on which the measurement of the strain sensitive. This eliminates the influence on the accuracy of measuring the force of the elastic properties of the adhesive joint of the measuring beam with supports, since the force is transmitted to the measuring beam through normal stresses.

Заявленная конструкция опор измерительной балочки и силопередающего устройства исключает изгиб концевого участка измерительной балочки, что обеспечивает неизменность характера деформации измерительной балочки при нагружении датчика измеряемым усилием, а также исключает возможность разрушения измерительной балочки при изменении внешней температуры, в том числе при хранении и эксплуатации датчика в неотапливаемых помещениях. The claimed design of the supports of the measuring beam and the power-transmitting device eliminates the bending of the end portion of the measuring beam, which ensures the invariable nature of the deformation of the measuring beam when loading the sensor with measured force, and also eliminates the possibility of destruction of the measuring beam when the external temperature changes, including during storage and operation of the sensor in unheated the premises.

Выполнение на внутренней поверхности стенки цилиндрического отверстия дополнительного выступа для крепления монтажной платы выводов тензорезисторов и сквозного отверстия для гермовыводов проводки монтажной платы в прилегающей к указанному выступу стенке чувствительной части упрощает монтаж измерительной балочки и делает датчик более технологичным. The execution of an additional protrusion on the inner surface of the wall of the cylindrical hole for mounting the circuit board of the terminals of the strain gauges and the through hole for the pressure leads of the circuit board in the sensitive part wall adjacent to the specified protrusion simplifies the installation of the measuring beam and makes the sensor more technological.

Выполнение в противоположной стенке цилиндрического отверстия компенсирующего отверстия, закрытого герметизирующей заглушкой, поддерживает симметрию чувствительной части относительно диагонали квадратной боковой грани и повышает точность измерения усилия. The implementation in the opposite wall of the cylindrical hole of the compensating hole, closed with a sealing plug, maintains the symmetry of the sensitive part relative to the diagonal of the square side face and improves the accuracy of the measurement of force.

Выполнение силопередающего устройства и выступов на внутренней поверхности цилиндрического отверстия за одно целое со средней чувствительной частью делает ее более технологичной. The implementation of the power-transmitting device and the protrusions on the inner surface of the cylindrical hole in one piece with the middle sensitive part makes it more technological.

Герметизация цилиндрического отверстия защищает измерительную балочку и монтажную плату от воздействия внешней среды и обеспечивает неизменность характеристик датчика в течение всего срока его эксплуатации. Sealing a cylindrical hole protects the measuring beam and circuit board from the effects of the external environment and ensures that the characteristics of the sensor remain constant throughout its life.

Выполнение измерительной балочки из монокристаллического кремния уменьшает температурные погрешности измерения продольных усилий и повышает технологичность датчика, так как наиболее уязвимый с точки зрения технологии элемент датчика (измерительная балочка с тензорезисторами) может быть изготовлен и проверен отдельно от чувствительной части датчика. The implementation of a measuring beam made of single-crystal silicon reduces temperature errors in the measurement of longitudinal forces and increases the manufacturability of the sensor, since the sensor element that is the most vulnerable from the point of view of technology (measuring beam with strain gauges) can be manufactured and tested separately from the sensitive part of the sensor.

Технический результат от использования изобретения заключается в уменьшении погрешности измерения усилий и увеличении срока эксплуатации датчика. The technical result from the use of the invention is to reduce the error in measuring forces and increase the life of the sensor.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик без герметизирующих заглушек, общий вид; на фиг. 2 - разрез I-I на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed sensor without sealing plugs, General view; in FIG. 2 is a section I-I in FIG. 1.

Датчик для измерения продольных усилий содержит корпус 1 в форме прямоугольного параллелепипеда, имеющего концевые силовоспринимающие части 2 и 3, выполненные за одно целое со средней чувствительной частью 4, отделенной от силовоспринимающих частей двумя встречными поперечными прорезями 5 и 6. The sensor for measuring longitudinal forces comprises a housing 1 in the form of a rectangular parallelepiped having end force-sensing parts 2 and 3, made in one piece with the middle sensitive part 4, separated from the power-sensing parts by two counter transverse slots 5 and 6.

Чувствительная часть 4 также имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Его боковые грани 7 и 8, примыкающие к поперечным прорезям 5 и 6, имеют форму квадрата ABCD. В чувствительной части 4 по центру квадрата выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 9, перпендикулярное продольной оси датчика. В силовоспринимающих частях 2 и 3 выполнены резьбовые отверстия 10 для крепления к датчику элементов, передающих измеряемое усилие. The sensitive part 4 also has the shape of a rectangular parallelepiped. Its lateral faces 7 and 8, adjacent to the transverse slots 5 and 6, have the shape of a square ABCD. In the sensitive part 4, a through cylindrical hole 9 is made in the center of the square, perpendicular to the longitudinal axis of the sensor. In the power-sensing parts 2 and 3, threaded holes 10 are made for attaching to the sensor elements transmitting the measured force.

Датчик имеет тензорезисторное устройство для измерения деформации чувствительной части 4. Устройство содержит размещенные в плоскости продольной симметрии датчика упругую измерительную балочку 11 с утонениями 12 и две опоры 13 и 14, соединяющие концы измерительной балочки с внутренней стенкой цилиндрического отверстия 9 в зонах, прилегающих к точкам E и F пересечения диагонали АС со стенкой отверстия 9. Измерительная балочка 11 размещена перпендикулярно продольной оси датчика и симметрично относительно ее. The sensor has a strain gauge device for measuring the deformation of the sensitive part 4. The device contains an elastic measuring beam 11 with thinning 12 and two supports 13 and 14 located in the plane of longitudinal symmetry of the sensor, connecting the ends of the measuring beam with the inner wall of the cylindrical hole 9 in areas adjacent to points E and F is the intersection of the diagonal of the speaker with the wall of the hole 9. The measuring beam 11 is placed perpendicular to the longitudinal axis of the sensor and symmetrically relative to it.

Первая опора 13 представляет собой консольный выступ 15 на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к точке Е. Первый конец измерительной балочки 11 закреплен непосредственно на площадке выступа 15, например, с помощью клея. Вторая опора 14 имеет выступ 16 на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к диаметрально противоположной точке F, и силопередающее устройство 17, включающее в себя платформу 18 и две ленточные тяги 19, соединяющие платформу 18 с выступом 16. Второй конец измерительной балочки закреплен на платформе 18, например, с помощью клея. Измерительная балочка 8 изготовлена из монокристаллического кремния со сформированными на ней диффузионными тензорезисторами 20 на нагруженных поверхностях в зоне утонений 12. Тензорезисторы 20 объединены в схему четырехплечевого активного моста. The first support 13 is a cantilevered protrusion 15 on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to point E. The first end of the measuring beam 11 is fixed directly to the site of the protrusion 15, for example, with glue. The second support 14 has a protrusion 16 on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to the diametrically opposite point F, and a power transmitting device 17 including a platform 18 and two tape rods 19 connecting the platform 18 with the protrusion 16. The second end of the measuring beam is fixed to platform 18, for example, with glue. The measuring beam 8 is made of monocrystalline silicon with diffusion strain gages 20 formed on it on loaded surfaces in the thinning zone 12. The strain gages 20 are combined into a four-arm active bridge circuit.

На внутренней поверхности стенки цилиндрического отверстия 9 в плоскости продольной симметрии датчика выполнен дополнительный выступ 21 для крепления монтажной платы 22 выводов тензорезисторов 20. В прилегающей к выступу 21 стенке отверстия 9 выполнено сквозное отверстие 23 для гермовыводов 24 проводки монтажной платы. В противоположной стенке отверстия 9 выполнено компенсирующее отверстие 25, закрытое герметизирующей заглушкой 26. On the inner surface of the wall of the cylindrical hole 9 in the plane of longitudinal symmetry of the sensor, an additional protrusion 21 is made for mounting the mounting plate 22 of the terminals of the strain gauges 20. In the adjacent wall of the protrusion 21 of the hole 9, a through hole 23 is made for the pressure leads 24 of the wiring harness. In the opposite wall of the hole 9, a compensating hole 25 is made, closed with a sealing plug 26.

Выступы 15, 16, 21 на внутренней поверхности цилиндрического отверстия и силопередающее устройство 17 выполнены за одно целое со средней чувствительной частью 4. Цилиндрическое сквозное отверстие 9 закрыто с двух сторон герметизирующими заглушками 27. The protrusions 15, 16, 21 on the inner surface of the cylindrical hole and the power transmitting device 17 are made integral with the middle sensitive part 4. The cylindrical through hole 9 is closed on both sides with sealing plugs 27.

Предлагаемый датчик работает следующим образом. The proposed sensor operates as follows.

При нагружении датчика измеряемым растягивающим усилием P силовоспринимающие части 2 и 3 передают указанное усилие на среднюю чувствительную часть 4, которая деформируется под действием указанного усилия. Деформация средней части приводит к смещению относительно друг друга точек E и F пересечения диагонали АС со стенкой цилиндрического отверстия 9. Смещение точек E и F передается на измерительную балочку 11. Измерительная балочка 11 изгибается и ее деформация передается на тензорезисторы 20. Тензорезисторы изменяют свое сопротивление, происходит разбаланс активного моста и на его измерительной диагонали возникает напряжение, измеряемое информационно-измерительным блоком. Смещение усилия P относительно номинального положения не приводит к появлению дополнительных изгибающих моментов на средней чувствительной части, так как плечо сил, действующих на среднюю чувствительную часть, остается неизменным. When the sensor is loaded with a measured tensile force P, the force-sensing parts 2 and 3 transmit the indicated force to the middle sensitive part 4, which is deformed by the specified force. The deformation of the middle part leads to a shift relative to each other of the points E and F of the intersection of the AC diagonal with the wall of the cylindrical hole 9. The offset of points E and F is transmitted to the measuring beam 11. The measuring beam 11 is bent and its deformation is transmitted to the strain gauges 20. The strain gauges change their resistance, there is an imbalance of the active bridge and on its measuring diagonal there is a voltage measured by the information-measuring unit. The displacement of the force P relative to the nominal position does not lead to the appearance of additional bending moments on the middle sensitive part, since the shoulder forces acting on the middle sensitive part remain unchanged.

В случае изменения температуры при эксплуатации датчика температурная деформация измерительной балочки 11 будет отличаться от аналогичных деформаций средней чувствительной части 4. Разница в температурных деформациях приведет к некоторому изгибу измерительной балочки 11, который может быть учтен при восстановлении нуля в начале измерения и не приведет к ухудшению точности измерения усилия. If the temperature changes during operation of the sensor, the temperature deformation of the measuring beam 11 will differ from similar deformations of the middle sensitive part 4. The difference in temperature deformations will lead to some bending of the measuring beam 11, which can be taken into account when restoring zero at the beginning of the measurement and will not lead to a deterioration in accuracy force measurements.

Заявленное изобретение может быть изготовлено промышленным способом с использованием современных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость. The claimed invention can be manufactured industrially using modern materials and technologies, which confirms its industrial applicability.

Claims (8)

1. Датчик для измерения продольных усилий, содержащий концевые силовоспринимающие части, выполненные за одно целое со средней чувствительной частью, отделенной от силовоспринимающих частей двумя встречными поперечными прорезями, и тензорезисторное устройство для измерения деформации чувствительной части, отличающийся тем, что чувствительная часть выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, боковые грани которого, примыкающие к поперечным прорезям, имеют форму квадрата, в параллелепипеде по центру квадрата выполнено сквозное цилиндрическое отверстие, перпендикулярное продольной оси датчика, а тензорезисторное устройство расположено внутри сквозного отверстия и включает в себя упругую измерительную балочку с тензорезисторами, установленную перпендикулярно продольной оси датчика и симметрично относительно ее, и две опоры, соединяющие концы измерительной балочки с внутренней стенкой цилиндрического отверстия в зонах, прилегающих к точкам пересечения диагонали квадратной боковой грани со стенкой указанного отверстия. 1. The sensor for measuring longitudinal forces, containing the end force-sensing parts made in one piece with the middle sensitive part, separated from the power-sensing parts by two counter transverse slots, and a strain gauge device for measuring the deformation of the sensitive part, characterized in that the sensitive part is made in the form of a rectangular a parallelepiped, the side faces of which are adjacent to the transverse slots, have the shape of a square, in the parallelepiped in the center of the square there is a through a cylindrical hole perpendicular to the longitudinal axis of the sensor, and the strain gauge device is located inside the through hole and includes an elastic measuring beam with strain gauges installed perpendicular to the longitudinal axis of the sensor and symmetrical about it, and two supports connecting the ends of the measuring beam with the inner wall of the cylindrical hole in the zones adjacent to the intersection points of the diagonal of the square side face with the wall of the specified hole. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что первая опора выполнена в виде выступа на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к точке пересечения ее диагональю квадратной боковой грани, и первый конец измерительной балочки закреплен непосредственно на указанном выступе, а вторая опора выполнена в виде выступа на внутренней стенке цилиндрического отверстия в зоне, прилегающей к диаметрально противоположной точке пересечения диагонали квадратной боковой грани с внутренней стенкой отверстия, и силопередающего устройства, соединяющего указанный выступ со вторым концом измерительной балочки. 2. The sensor according to claim 1, characterized in that the first support is made in the form of a protrusion on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to the point of intersection of its diagonal square side face, and the first end of the measuring beam is mounted directly on the specified protrusion, and the second support made in the form of a protrusion on the inner wall of the cylindrical hole in the area adjacent to the diametrically opposite point of intersection of the diagonal of the square side face with the inner wall of the hole, and a power-transmitting device a connecting said protrusion with the second end of the measuring beam. 3. Датчик по п.2, отличающийся тем, что силопередающее устройство выполнено в виде платформы и двух ленточных тяг, соединяющих платформу с выступом. 3. The sensor according to claim 2, characterized in that the power transmitting device is made in the form of a platform and two tape rods connecting the platform with the protrusion. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности стенки цилиндрического отверстия выполнен дополнительный выступ для крепления монтажной платы выводов тензорезисторов, а в прилегающей к указанному выступу стенке цилиндрического отверстия выполнено сквозное отверстие для гермовыводов проводки монтажной платы. 4. The sensor according to claim 1, characterized in that on the inner surface of the wall of the cylindrical hole there is an additional protrusion for mounting the circuit board of the terminals of the strain gauges, and in the adjacent wall of the protrusion of the cylindrical hole there is a through hole for the pressure leads of the wiring of the circuit board. 5. Датчик по п.4, отличающийся тем, что в противоположной стенке цилиндрического отверстия выполнено компенсирующее отверстие, закрытое герметизирующей заглушкой. 5. The sensor according to claim 4, characterized in that in the opposite wall of the cylindrical hole there is a compensating hole closed by a sealing plug. 6. Датчик по п.4, отличающийся тем, что выступы на внутренней поверхности цилиндрического отверстия и силопередающее устройство выполнены за одно целое со средней чувствительной частью. 6. The sensor according to claim 4, characterized in that the protrusions on the inner surface of the cylindrical hole and the power transmitting device are made in one piece with the middle sensitive part. 7. Датчик по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что цилиндрическое отверстие закрыто с двух сторон герметизирующими заглушками. 7. The sensor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the cylindrical hole is closed on both sides by sealing plugs. 8. Датчик по п.1, отличающийся тем, что измерительная балочка выполнена из монокристаллического кремния. 8. The sensor according to claim 1, characterized in that the measuring beam is made of monocrystalline silicon.
RU2001104601/28A 2001-02-21 2001-02-21 Sensor for measurement of longitudinal force RU2175117C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104601/28A RU2175117C1 (en) 2001-02-21 2001-02-21 Sensor for measurement of longitudinal force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001104601/28A RU2175117C1 (en) 2001-02-21 2001-02-21 Sensor for measurement of longitudinal force

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2175117C1 true RU2175117C1 (en) 2001-10-20

Family

ID=20246207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001104601/28A RU2175117C1 (en) 2001-02-21 2001-02-21 Sensor for measurement of longitudinal force

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2175117C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110352337A (en) * 2017-02-24 2019-10-18 日本电产科宝电子株式会社 Response body and the force snesor for having the response body
RU194612U1 (en) * 2019-10-21 2019-12-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственный комплекс Позитрон" SENSOR FOR MEASURING LONGITUDINAL EFFORTS

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110352337A (en) * 2017-02-24 2019-10-18 日本电产科宝电子株式会社 Response body and the force snesor for having the response body
US11187599B2 (en) 2017-02-24 2021-11-30 Nidec Copal Electronics Corporation Strain body and force sensor provided with the strain body
RU194612U1 (en) * 2019-10-21 2019-12-17 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственный комплекс Позитрон" SENSOR FOR MEASURING LONGITUDINAL EFFORTS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4064744A (en) Strain sensorextensiometer
US7974503B2 (en) Fiber grating sensor
US3180139A (en) Force transducers
US6612179B1 (en) Method and apparatus for the determination of absolute pressure and differential pressure therefrom
CN1024592C (en) Transducer for Measuring pressure
WO2000026625A8 (en) Method and apparatus for measuring torque
EA004197B1 (en) Tensile testing sensor for measuring mechanical jamming deformations on first installation and automatic calibrating based on said jamming
US3411348A (en) Electronic dynamometer
KR970007320A (en) Semiconductor differential pressure measuring device
US3599479A (en) Strain gage
US5962792A (en) Beam strain gauge
CN114199422B (en) Load unit
AU681306B2 (en) Force measuring device
RU2175117C1 (en) Sensor for measurement of longitudinal force
RU2658089C1 (en) Deformation sensor
RU2711183C1 (en) Strain gauge for measuring load on axis of cargo vehicle and system for measuring load on axis of cargo vehicle
US6865960B2 (en) Capacitive microsystem for recording mechanical deformations, use and operating method
RU2283483C1 (en) Device for measuring tractive force
RU2404415C1 (en) Sensor for measuring longitudinal forces
US7690272B2 (en) Flexural pivot for micro-sensors
RU2618496C1 (en) Acceleration sensor
KR102498987B1 (en) Load detection device
CN117572021B (en) Sensitive structure and acceleration sensor
EP0426171A2 (en) Semiconductor pressing force sensor
RU2102710C1 (en) Sensor for tensometric balance

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070306

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20070918