ДАТЧИК СИЛЫ
FORCE SENSOR

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, для измерения усилий в подъемных устройствах.
Из патентной литературы известен датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, причем с внешней цилиндрической поверхности выполнена проточка, на опорных торцах выполнены кольцевые выступы, образующие плечо с внутренним диаметром проточки, а на уровне проточки в центральном отверстии закреплены тензорезисторы (1).
При приложении нагрузки к кольцевым выступам, изгибные деформации в стенке между проточкой и центральным отверстием воспринимаются тензорезисторами, выдающими электрический сигнал, пропорциональный величине нагрузки.
Недостатками такого датчика являются сложность конструкции и возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенной поверхности.
Из патентной литературы известен и датчик силы, выполненный в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор (2).
Недостатком этого датчика также является возможность повреждения тензорезисторов, закрепленных на незащищенных поверхностях.
Цель настоящего изобретения - повышение надежности датчика силы.
Поставленная цель достигается тем, что в датчике силы, выполненном в виде диска с внешней цилиндрической поверхностью, центральным отверстием и опорными торцами, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа, причем радиальные выступы одного опорного торца смещены относительно радиальных выступов противоположного опорного торца на 60° а между радиальными выступами закреплен хотя бы один тензорезистор, с внешней цилиндрической поверхности, между радиальными выступами, расположенными на противолежащих опорных торцах диска, выполнены глухие отверстия с плоским дном, на котором тензорезистор закреплен под углом 45° к оси диска. На плоском дне каждого отверстия может быть закреплено по два тензорезистора под углом 90° между ними. Отверстия могут быть выполнены в форме обелиска (3), две грани которого параллельны опорным торцам, а две другие параллельны радиальным выступам.
Существо изобретения представлено на рис.1.
Датчик силы выполнен в виде диска 1 с внешней цилиндрической поверхностью 2, центральным отверстием 3 и опорными торцами 4, 5, на которых выполнены по три равномерно расположенных радиальных выступа 6…11, причем радиальные выступы 6, 7, 8 одного опорного торца 4 смещены относительно радиальных выступов 9, 10, 11 противоположного опорного торца 5 на 60° а между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6 закреплен хотя бы один тензорезистор 12, с внешней цилиндрической поверхности 2, между радиальными выступами 6 и 9, 9 и 7, 7 и 10, 10 и 8, 8 и 11, 11 и 6, расположенными на противолежащих опорных торцах 4, 5 диска 1, выполнены глухие отверстия 13…18 с плоским дном 19, на котором тензорезистор 12 закреплен под углом 45° к оси 20 диска 1. На плоском дне 19 каждого отверстия 13…18 может быть закреплено по два тензорезистора 12, 21 под углом 90° между ними. Отверстия 13…18 могут быть выполнены в форме обелиска, две грани 22, 23 которого параллельны опорным торцам 4, 5, а две другие 24, 25 параллельны радиальным выступам 6…11.
Прокладка проводов, ведущих к тензорезисторам 12, 21, выполнена традиционными методами и на рис.1 не представлена.
Предлагаемый датчик силы работает следующим образом.
Усилие, направленное вдоль оси 20, и прилагаемое к радиальным выступам 6, 7, 8 на торце 4 и 9, 10, 11 на торце 5 диска 1, вызывает тангенциальные деформации плоского дна 19 каждого из отверстий 13…18. Деформация тензорезисторов 12, 21, закрепленных по направлению тангенциальных деформаций плоского дна 19 отверстий 13…18, вызывает появление электрических сигналов, пропорциональных измеряемому усилию.
Расположение тензорезисторов 12, 21 на дне отверстий 13…18 практически исключает их механическое повреждение, что повышает надежность датчика силы. Для полного исключения повреждения тензорезисторов 12, 21 возможно заполнение отверстий 13…18 эластомерами.
Суммирование сигналов нескольких тензорезисторов обеспечивает увеличение чувствительности датчика.
Выполнение отверстий 13…18 в форме обелиска увеличивает чувствительность датчика силы за счет уменьшения жесткости диска 1.
Заявленный датчик силы может быть изготовлен промышленным способом с использованием известных материалов и технологий. При реализации изобретения могут использоваться различные конструктивные исполнения отдельных составляющих датчика силы, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на рисунке, иллюстрирующем изобретение, без отхода от духа и рамок настоящего технического решения, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле изобретения.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №2017094, G01L 1/22, 1990.
2. Патент ФРГ №2655013, G01L 1/22, 1986.
3. И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев, Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, М., Наука, 1964, с.173, рис.114.