Датчик деформации

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к тензометрическим устройствам для измерения деформаций деталей.
Известен датчик деформации EPSI AX-V, выполненный в виде монолитного блока. Датчик деформации EPSI AX-V имеет деформируемые поверхности, на которые наклеены тензорезисторы, а также встроенный в монолитный блок электронный модуль с усилителем сигнала [1].
Однако датчик деформации EPSI AX-V имеет ряд существенных недостатков, а именно: сравнительно большие габариты 68 × 25 × 40 мм и большой вес, не технологичную конструкцию, выполненную в виде моноблока, что удорожает стоимость датчика при серийном производстве, а также узкий диапазон термокомпенсации от - 10°С до +50°С. Датчик имеет стандартный аналоговый выход и не может работать в сети датчиков.
Задачей настоящей полезной модели является уменьшение размеров и веса датчика, снижение трудоемкости изготовления датчика.
Поставленная задача достигается тем, что датчик деформации, содержащий корпус, закрепленный на основании датчика, выполненного в виде пластины, причем корпус датчика выполнен съемным и основание, выполненное в форме плоской пластины, средняя часть которой имеет дугообразную форму и выступы для фиксации корпуса, причем на плоских краях пластины выполнены отверстия для крепления датчика, а к дугообразной поверхности основания прикреплен тензорезистивный мост.
Таким образом, основание датчика деформации, выполненное в форме плоской пластины, средняя часть которой имеет дугообразную форму непосредственно способствует уменьшению габаритов и веса датчика деформации и, как следствие этого снижает трудоемкость изготовления датчика деформации. Если бы пластина не была выполнена дугообразной формы, то нельзя было бы достичь уменьшения веса и размера датчика, так как изогнутая пластина по размерам меньше по высоте, чем пластина другой формы, к тому же дугообразная пластина точнее воспринимает деформацию измеряемого объекта через тензорезистивный мост, преобразуется в электрический сигнал. Кроме того наличие съемного корпуса позволяет уменьшить вес датчика деформации за счет того, что при отдельном изготовлении съемного корпуса можно достичь минимальной толщины стенок корпуса и кроме того, съемный корпус может быть выполнен из более легкого и дешевого материала, например пластмассы. Изготовление корпуса датчика деформации съемным с тонкими стенками позволяет увеличить внутренний объем корпуса, в котором размещается электронный модуль, который расширяет диапазон температурной компенсации датчика, причем электронный модуль имеет интерфейс, что позволяет работать заявленному датчика деформации в сети датчиков.
Конструкция заявляемого датчика деформации приведена на чертеже, где:
на фиг. 1 - изображен вид спереди;
на фиг. 2 - изображен вид снизу;
на фиг. 3 - изображено основание - вид сбоку;
на фиг. 4 - изображено основание - вид снизу;
на фиг. 5 - изображена структурная схема датчика деформации.
Датчик деформации содержит корпус 1 с кабельным вводом 2. Корпус 1 закреплен на основании 3, которое снизу закрыто крышкой 4. В корпусе 1 размещен электронный модуль 5. Датчик деформации снабжен втулкой 6 для фиксации электронного модуля 5. Крепежный винт 7 фиксирует крышку 4. Для крепления датчика деформации на поверхности объекта, подвергающемуся сжатию или растяжению под нагрузкой, на плоских краях пластины, в форме которой выполнено основание 3, выполнены четыре отверстия 8.
Тензорезистивный мост 9 прикреплен на основание 3, имеющее форму плоской пластины средняя часть 10 которой имеет дугообразную форму.
Для фиксации корпуса 1 относительно основания 3 служат выступы 11, 12, 13, 14.
Тензорезистивный мост 9 последовательно связан с усилителем 15, который последовательно связан с входом аналого-цифрового преобразователя 16 (АЦП).
Датчик 17 температуры связан с микроконтроллером 18, который соединен с первым стабилизатором 19 напряжения, который параллельно соединен со вторым стабилизатором 20 напряжения. В свою очередь первый стабилизатор 19 напряжения и второй стабилизатор 20 напряжения, датчик 17 температуры и микроконтроллер 18 соединены с интерфейсом 21.
Датчик деформации работает следующим образом.
На тензорезистивный мост 9, прикрепленный на среднюю часть 10 дугообразной формы пластины, в форме которой выполнено основание 3 датчика деформации, воспринимающей деформацию, подается напряжение питания от второго стабилизатора 20 напряжения. При деформации средней части 10, имеющей дугообразную форму основания 3 происходит изменение сопротивления тензорезистивного моста 9, что приводит к изменению электрического напряжения на выходе тензорезистивного моста 9. Величина изменения электрического сигнала на выходе тензорезистивного моста 9 пропорциональна величине измеряемой деформации. Электрическое напряжение с выхода тензорезистивного моста 9 поступает на вход усилителя 15. Усиленное до необходимого уровня напряжение сигнала поступает на вход АЦП 16, который периодически преобразует аналоговый сигнал в цифровой вид и сохраняет результат преобразования в своем буферном регистре в цифровом виде (на чертеже не показан). Результат преобразования из буферного регистра периодически считывается микроконтроллером 18.
Микроконтроллер 18 вычисляет величину деформации. Вычисленная величина деформации с учетом поправки при текущей температуре, считанной микроконтроллером 18 с датчика 17 температуры в виде цифрового форматированного сигнала передается на устройство пользователя (на чертеже не показан) через интерфейс 21. С целью снижения помех на тензорезистивный мост 9, усилитель 15, АЦП 16, датчик 17 температуры, которые выполняют функцию аналоговых элементов, по цепям питания подается напряжение питания на микроконтроллер 18 и интерфейс 21 от первого стабилизатора 19 напряжения. На вход первого стабилизатора 19 напряжения и второго стабилизатора 20 напряжения поступает напряжение постоянного тока от внешнего источника (устройство пользователя, на чертеже не показано).
Источники информации
1. Официальный сайт компании Scaime [Электронный ресурс]-Режим доступа: https://scaime.com.- Дата доступа: 16.09.2019. – прототип.