Датчик для определения весовых параметров транспортного средства
SENSOR FOR DETERMINING VEHICLE WEIGHT PARAMETERS

Техническое решение относится к измерительной технике, используемой для определения весовых параметров при взвешивании транспортных средств как в движении, так и в статике, и предназначено для взвешивающих устройств, в частности, для автомобильных весов, систем взвешивания, постов весового контроля транспортных средств, имеющих зону взвешивания с грузоприемным устройством.
Известен датчик веса автотранспортного средства (RU 2554678, МПК G01G 19/03,G01L 1/00, опубл. 27.06.2016), содержащий набор дискретных чувствительных элементов, расположенных между отдельными нижней и верхней обкладками, материал которых выбран из условия обеспечения упругой деформации на изгиб упомянутого датчика примерно одинаково со смежным с ним слоем дорожного полотна, при этом каждый из упомянутых дискретных чувствительных элементов имеет толщину, измеренную в направлении между упомянутыми верхней и нижней обкладками, много меньше ширины упомянутого дискретного чувствительного элемента.
Недостаткам известного технического решения являются отсутствие герметизации элементов датчика, возможность образования в процессе эксплуатации ржавчины на элементах, подвергаемых коррозии при воздействии неблагоприятных условий, а также ширина датчика, имеющая зону восприятия нагрузки менее площади пятна контакта шины взвешиваемого транспортного средства.
Датчик давления колеса автомобиля на дорожное покрытие (RU 174413, МПК G01G 19/00, опубл. 12.10.2017), содержащий весоприемную плиту, деформируемые упругие элементы с размещенными на них чувствительными элементами, с целью уменьшения габаритных размеров в него введена прямоугольная опорная пластина, весоприемная плита выполнена в виде прямоугольной в плане мембраны постоянной толщины с утолщенным опорным краем, чувствительные элементы выполнены в виде тензорезисторов, расположенных на нижней поверхности мембраны постоянной толщины, утолщенный опорный край весоприемной плиты жестко соединен с прямоугольной опорной пластиной, при этом длина прямоугольной опорной пластины составляет 1,05-1,35 длины весоприемной плиты, ширина прямоугольной опорной пластины составляет 1,05-1,35 ширины весоприемной плиты.
Недостатком известного технического решения является отсутствие герметизации элементов датчика, на которые могут оказать воздействие агрессивные факторы
окружающей среды, и отсутствие дополнительных элементов, компенсирующих влияние агрессивных факторов окружающей среды на элементы датчика, что приводит к снижению точности измерений, надежности и долговечности датчика.
Целью заявляемого технического решения является создание высокоточного технологичного датчика для определения весовых параметров транспортного средства.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств датчиков для определения весовых параметров транспортного средства, позволяющих повысить их надежность, точность измерений, долговечность (метрологические и эксплуатационные характеристики).
Технический результат достигается тем, что датчик для определения весовых параметров транспортного средства, представляющий собой упругий элемент, длина которого превышает его ширину, содержит металлическую пластину, покрытие в виде эластичного материала, загерметизированные продольные каналы с тензорезисторами и компенсационными элементами в виде плат с компонентами для температурной компенсации и/или балансировки нуля, выполненные параллельно друг другу вдоль длинной его стороны, изолированные от внешних факторов окружающей среды полости для прокладки проводов.
Металлическая пластина загерметизирована полностью и/или частично покрытием в виде эластичного материала, выполненного из резинового или полиуретанового материала. Покрытие из резинового материала может быть вулканизировано на поверхности металлической пластины, из полиуретана - образовано путем заливки. Продольные каналы с тензорезисторами и компенсационными элементами, выполненные параллельно друг другу, расположены со стороны, являющейся основанием упругого элемента, и создают активную зону (зону восприятия нагрузки), размер которой не менее площади пятна контакта шины взвешиваемого транспортного средства. Как минимум одна изолированная от внешних факторов окружающей среды полость для прокладки проводов соединяет продольные каналы. Тензорезисторы расположены на равном расстоянии друг от друга. Платы с компонентами для температурной компенсацией и/или балансировки нуля закреплены на участках, испытывающих наименьшие деформации. Продольные каналы загерметизированы заполняющим и/или покрывающим слоем или слоями из одного или нескольких видов герметизирующих материалов, герметизирующий материал представляет собой герметик или компаунд, или полосу, или является покрытием в виде эластичного материала для металлической пластины. В упругом элементе выполнена изолированная от внешних факторов окружающей среды полость для цифровой платы, с помощью которой возможно преобразование сигналов.
На фиг. 1 представлен вид сбоку датчика в разрезе, на фиг. 2 - вид датчика снизу с незагерметизированными продольными каналами с тензорезисторами и компенсационными элементами, на фиг. 3 - вид датчика снизу с незагерметизированными продольными каналами и полостью с цифровой платой.
Датчик для определения весовых параметров транспортного средства (фиг. 1, фиг. 2) представляет собой герметичное устройство, защищенное от воздействий внешних факторов окружающей среды, в виде упругого элемента 1 прямоугольной формы, длина которого превышает его ширину, выполненного из металлической пластины 2, имеющей покрытие 3 в виде эластичного материала, с загерметизированными продольными каналами 4 с тензорезисторами 5 и компенсационными элементами 6.
Металлическая пластина 2 упругого элемента 1 выполнена из материала, позволяющего воспринимать нагрузку, передаваемую через ходовую часть транспортного средства при его взвешивании в движении или статике, в частности, в зависимости от размеров металлической пластины, передаваемую через ее части - колесо (шину) или колесную сборку на конце одной оси, или все колеса (шины) на оси.
Покрытие 3 в виде эластичного материала металлической пластины 2 служит для защиты ее и других элементов датчика от воздействия агрессивных, климатических факторов окружающей среды (пыли, влаги, грязи и др.), влияющих на работу датчика, в т.ч. на нелинейность (отклонение значений выходных сигналов датчика от прямой линии при нагружении) и гистерезис датчика, улучшая метрологические и эксплуатационные характеристики датчика, повышая тем самым его надежность, точность измерений, долговечность.
Металлическая пластина 2 загерметизирована полностью или частично покрытием 3 из эластичного материала (резинового или полиуретанового), в зависимости от вида и способа его покрытия. Резиновый материал предусматривает вулканизацию на поверхности металлической пластины, полиуретановый – заливку. Предпочтительно использование резиновых материалов.
Упругий элемент 1 имеет загерметизированные продольные каналы 4 с тензорезисторами 5 и компенсационными элементами 6 и изолированные от воздействия внешних факторов окружающей среды полости 7, выполненные в металлической пластине 2 и/или покрытии 3 в виде эластичного материала, создающие единое пространство для создания схемы или схем коммутирования чувствительных элементов (тензорезисторов 5, компенсационных элементов 6 – плат  с компонентами для термокомпенсации и/или балансировки нуля) проводным способом с выводом на внешние устройства аналогового сигнала через кабель, соединенный с расположенным в изолированной полости гермовводом (фиг. 2), или с выводом на внешние устройства цифрового сигнала, при наличии изолированной полости с цифровой платой 11 (фиг. 3), для преобразования аналоговых сигналов и вывода преобразованных сигналов на внешние устройства беспроводным и/или проводным способом. В случае передачи цифровой платой 11 преобразованных сигналов на внешние устройства проводным способом, упругий элемент содержит полость для установки гермоввода 8 (фиг. 3) для присоединения к нему кабеля. Гермоввод 8 используется для надежного и безопасного введения кабельных линий. Он позволяет изолировать полость и расположенные в ней провода 10 (проводные соединения) от воздействия факторов окружающей среды (пыли, грязи, влаги и др.), так как место входа кабеля в корпус датчика является герметичным, а также защитить кабель от механических повреждений, надежно его закрепить, снижая риск случайного вырывания, обеспечивая бесперебойность и безопасность во время эксплуатации датчика. В случае передачи преобразованных сигналов (цифровых) на внешние устройства беспроводным способом, цифровая плата имеет компоненты, позволяющие осуществлять такую передачу. Полость с такой цифровой платой полностью изолирована от внешних факторов окружающей среды, так как не требуется дополнительных подключений.  Использование в изолированной от внешних факторов окружающей среды полости устройства, с помощью которого возможно преобразование сигналов и передача на внешние устройства, выполненного в виде цифровой платы, позволяет увеличить расстояние для передачи преобразованных сигналов, осуществлять в непосредственной близости настойку, проверку работы датчика. Таким образом, цифровая плата позволяет повысить надежность, точность измерений датчика.
Загерметизированные продольные каналы 4 с тензорезисторами 5 и компенсационными элементами 6 расположены со стороны, являющейся основанием упругого элемента 1, и выполнены параллельно друг другу вдоль его длинной стороны, располагаемой перпендикулярно направлению движения, создают активную зону (зону восприятия нагрузки), размер которой не менее площади пятна контакта шины взвешиваемого транспортного средства. Размер активной зоны позволяет производить более точные измерения, так как задействована вся площадь пятна контакта шины. Продольные каналы 4 упругого элемента выполнены в металлической пластине 2. Расстояние между продольными каналами превышает ширину канала. Тензорезисторы 5 для измерения весовых характеристик установлены на равном расстоянии друг от друга для минимизации погрешности измерений датчика. В продольных каналах на участках, подверженных наименьшей деформации, закреплены компенсационные элементы 6 в виде плат с компонентами для температурной компенсации и/или для балансировки нуля. Применение термокомпенсационных резисторов уменьшает температурный уход нуля. Компенсационные элементы позволяют минимизировать погрешности измерений датчика, повышая его точность (метрологическую надежность).
Продольные каналы загерметизированы заполняющим и/или покрывающим слоем или слоями из одного или нескольких видов герметизирующих материалов. Герметизирующий материал представляет собой герметик или компаунд, или полосу, или является частью покрытия в виде эластичного материала для металлической пластины. Продольные каналы 4 с тензорезисторами 5 и компенсационными элементами 6 могут быть выполнены полностью и/или частично с покрытием 3 в виде эластичного материала, покрывающего металлическую пластину 2, а могут быть выполнены без него. Используемые материалы защищают продольные каналы с чувствительными элементами от воздействия факторов окружающей среды. Количество слоев и технические характеристики материалов (температура эксплуатации, эластичность, температурный коэффициент расширения, прочность, нейтральность и др.) выбирают исходя из условий эксплуатации. Герметики, компаунды выполняют свои функции при разных условиях эксплуатации и предназначены для безопасной защиты электронных схем. При этом герметизация продольных каналов слоями позволяет сохранять работоспособность датчика при повреждении одного из слоев, в частности наружного покрытия в виде эластичного материала металлической пластины или герметизирующей полосы 9 из резины. Следовательно, герметизация каналов позволяет повысить точность измерений и увеличить длительности жизненного цикла датчика в конкретных дорожных условиях.
Таким образом, материалы покрытия упругого элемента, материалы для герметизации продольных каналов и защиты чувствительных элементов схемы, изолирование полостей от воздействия агрессивных факторов окружающей среды, позволяют повысить  метрологические и эксплуатационные характеристик датчика.
Датчик для определения весовых параметров транспортного средства работает следующим образом.
Грузоприемная часть автомобильных весов содержит встроенные в дорожное полотно весовой модуль с датчиком для определения весовых параметров. В приведенном примере длина датчика соответствует ширине полосы дорожного движения в одном направлении, а ширина превышает размер зоны восприятия нагрузки перпендикулярной направлению движения взвешиваемого транспортного средства. Такого вида упругий элемент позволяет определять нагрузку, действующую на одиночную ось ТС. В зависимости от режима взвешивания ТС либо проезжают по датчику каждой осью (взвешивание в движении), либо останавливаются поочередно каждой осью в пределах зоны восприятия нагрузки (взвешивание в статике), а тензорезисторы датчика преобразуют деформацию упругого элемента, находящегося под нагрузкой, в аналоговый электрический сигнал, пропорциональный осевой нагрузке, для передачи на внешние устройства для преобразования и обработки через подключенный к гермовводу кабель или для передачи на цифровую плату (при ее наличии) для преобразования сигнала в цифровой вид и передачи на внешние устройства для дальнейшей обработки через подключенный к гермовводу кабель или через компоненты цифровой платы для беспроводной передачи.
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны.
Все элементы заявленного технического решения прочно соединены между собой и представляют единое устройство, направленное на выполнение единой функции.
Все признаки изобретения в совокупности находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом, позволяют создать высокоточный датчик для определения весовых параметров транспортного средства как в движении, так и в статике, обеспечивающий метрологическую и эксплуатационную надежность.