датчик сили

G01L1 / 18 - з використанням властивостей п'єзорезистивних матеріалів, тобто матеріалів, омічний опір яких змінюється відповідно до зміни величини і (або) напрямку прикладеної до них сили (резисторні тензометри для вимірювання лінійного стиснення або розтягування G01B)

Використання: для вимірювання зусиль, зокрема, що виникають при балансуванні виробів. Суть винаходу: датчик містить корпус 1 і п'єзоелемент 2 з опорними підставами 7 і 8. Опорні підстави 7 і 8 забезпечені відповідно пружно-гнучким стрижневим штовхачем 10, шарнірно опертий на опорна підстава 7 і закріпленим в корпусі 1 пружиною 11, і пружно-податливою підвіскою у вигляді рівномірно розташованих розтяжок 12, скріплюють опорна підстава 8 з корпусом 1. Корпус 1 датчика сили виконаний з фланцем 13 і центрує виступом 14 для фіксації датчика в нерухомому положенні. 3 мул.

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використано в датчиках сили, заснованих на застосуванні п'єзоелементів для вимірювання зусиль, зокрема, що виникають при проведенні балансіровок виробів. Вимірювання сил дисбалансу важливо в балансувальних верстатах, що працюють в дорезонансном режимі.

Відомі датчики зусилля для вимірювання по одній або кільком складовим сили / 1 /.

П'єзоелектричним датчикам зусилля властиві поздовжній, поперечний пьезоеффекти і п'єзоефект при сколюватися навантаженні. Кварцові пластинки можуть бути вирізані таким чином, щоб вони були чутливі тільки до стиснення або сколюють зусилля, що діє в одному напрямку.

Поперечний п'єзоефект використовується переважно в датчиках тиску і високочутливих датчиках зусилля, тому що це властивість п'єзоефекту є єдиним, при якому шляхом вибору відповідної форми кварцового елемента можна впливати на чутливість датчика. Тому до основного недоліку таких датчиків можна віднести спеціальний підбір відповідної форми кварцового елемента, що здорожує їх виробництво.

Відомі датчики тиску, в яких замість кристалів кварцу використовують сегнетоелектрики, що представляють собою штучно виготовлені керамічні матеріали, які отримують п'єзоелектричні властивості в результаті штучної поляризації, що дозволяє виготовляти датчики будь-яких форм / 2 /.

Датчики сили на основі п'єзокераміки мають на два порядки більшу чутливість по заряду в порівнянні з кварцовими і призначаються для балансування деталей з малими дисбалансами. Але проблема чутливості до поперечних коливань залишається, що є основним недоліком цих датчиків.

Найбільш близьким за технічною сутністю є датчик сили, що містить корпус і п'єзоелемент з струмознімачами, ізоляторами і опорними підставами і пружину / 3 /. Основним недоліком цього датчика сили є також чутливість до поперечних коливань, що знижує точність вимірювання сили дисбалансу.

Експериментально встановлено, що установка датчика сили в розпір обумовлює його найбільшу поперечну чутливість при порушенні коливань в осьовому напрямку на резонансних частотах. При цьому коефіцієнт передачі осьової сили на датчик на резонансних частотах досягає значення десяти одиниць і більше, що підтверджується установкою датчика на площину з одного боку і кульову опору з іншого боку в якості зв'язку з вузлом - жорстким упором верстата.

Основним завданням винаходу є створення датчика сили такої конструкції, в якому в найменшій мірі проявлялося б вплив поперечних коливань.

Мета винаходу підвищення точності вимірювання та надійності.

Поставлена ​​задача і зазначена мета винаходу досягаються за рахунок того, що в датчику сили, що містить корпус і п'єзоелемент з струмознімачами, ізоляторами і опорними підставами і пружину, одне опорна підстава пьезоелемента забезпечено шарнірно опертих на нього штовхачем, виконаним у вигляді пружно-гнучкого стрижня, закріпленого в корпусі пружиною, а інше - пружно-податливою підвіскою, виконаної у вигляді рівномірно розташованих пружно-податливих розтяжок, що скріплюють його з корпусом, причому корпус виконаний з фланцем і центрує в иступом для фіксації датчика.

На фіг. 1 дан загальний вид датчика сили з осьовим перерізом; на фіг. 2 - перетин А-А на фіг. 1; на фіг. 3 вид А на фіг. 1.

Датчик сили містить корпус 1, п'єзоелемент 2 з струмознімачами 3 і 4, ізоляторами 5, 6 і опорними підставами 7 і 8. Опорна підставу 7 пьезоелемента 2 забезпечено шарнірно опертих на нього через кульку 9 пружно-гнучким стрижневим штовхачем 10, закріпленим в корпусі 1 пружиною 11. Опорна підставу 8 забезпечено пружно-податливою підвіскою у вигляді рівномірно розташованих розтяжок 12, скріплюють його з корпусом 1. Корпус 1 датчика сили виконаний з фланцем 13 і центрує виступом 14 для фіксації датчика в нерухомому положенні. З протилежного боку пружно-гнучкого стрижневого штовхача 10 передбачено свердління 15 для установки кульки 16, сприймає і передає на нього зусилля дисбалансу. Датчик сили забезпечений кришкою 17, що закріплюється на корпусі 1, що має вивідні отвори під кабельну проводку з струмознімачів 3 і 4 пьезоелемента 2 (умовно не показано). П'єзоелемент 2 з струмознімачами 3 і 4, ізоляторами 5, 6 і опорними підставами 7 і 8 забезпечені загальним для них посадковим штифтом 18.

Функціонування датчика сили полягає в наступному.

Датчик сили фіксується на балансувальне верстаті за допомогою центрує виступу 14 і фланця 13 так, що коливальні зусилля сприймаються їм через кульову опору кулька 16. При знятій кришці 17 за допомогою затягування елементів кріплення 19 виробляється тарировка пьезоелемента 2.

При включенні датчика сили в роботу осьові зусилля передаються пружно-гнучким стрижневим штовхачем 10 безпосередньо через кульову опору - кулька 9, опорна підстава 7, ізолятор 5, струмознімач 3 на п'єзоелемент 2, опертий через струмознімач 4 і ізолятор 6 на опорна підстава 8, скріплене пружно -податлівой підвіскою у вигляді рівномірно встановлених розтяжок 12, з'єднаних з корпусом 1 датчика, поперечні коливання витрачаються на подолання пружного вигину пружно-гнучкого стрижневого штовхача 10, пружної піддатливості розтяжок 12 і пружною подат івості пружини 11. Крім того, довжина стрижневого штовхача 10, обрана в межах забезпечення пружно-гнучкого вигину без залишкових деформацій, також зменшує, як на плечі важеля, вплив поперечних коливань на п'єзоелемент 2.

В процесі навантаження датчика сили п'єзоелемент 2 видає свідчення, характерно виражені для стискають зусиль.

Дослідний зразок датчика сили, виготовлений з використанням нового технічного рішення, в умовах експериментальних досліджень при балансуванні показав позитивні результати і надійність показань.

Датчик сили, що містить корпус і п'єзоелемент з струмознімачами, ізоляторами і опорними підставами і пружину, що відрізняється тим, що одне опорна підстава пьезоелемента забезпечено шарнірно опертих на нього штовхачем, виконаним у вигляді упругогібкого стержня, закріпленого в корпусі пружиною, а інше упругоподатлівой підвіскою, виконаної в вигляді рівномірно розташованих упругоподатлівих розтяжок, що скріплюють його з корпусом, причому корпус виконаний з фланцем і центрує виступом для фіксації датчика.

Винахід відноситься до галузі суднобудування, а саме - міцності конструкції корпусів суден льодового плавання, і стосується питань забезпечення і підвищення експлуатаційного ресурсу судів арктичного плавання. У пропонованому винаході у вимірювальної панелі льодового тиску в якості чутливого елемента використовується пьезорезісторная молекулярна плівка, що дозволяє проводити вимірювання з більш високою точністю, ніж у тензорезисторних панелей. При вимірі льодового тиску внаслідок високої чутливості і крихкості плівки для редукування виникаючої напруги використовується полімер-заповнювач з меншим модулем пружності, ніж у матеріалу зовнішньої обшивки панелі. Пропонована вимірювальна панель внаслідок наявності великого запасу міцності кріпиться до зовнішньої сторони обшивки корпусу судна, внаслідок чого відсутні перехресні перешкоди, що виникають у тензорезисторних панелей між елементами набору. Технічним результатом є висока точність вимірювань. 3 н.п. ф-ли, 1 мул.

Винахід відноситься до області неруйнівних вимірювань тиску на заданому горизонтальному рівні бетонних і цегляних стін і фундаментів будівель і споруд на стадії їх експлуатації. Сутність: на поверхню стіни або фундаменту наклеюють тензорезистор на рівні вимірюваного тиску вздовж напрямку головних стискаючих напруг і вимірюють початкове омічний опір тензорезистора. У стіні або фундаменті вище і нижче тензорезистора висвердлюють два отвори діаметром в 3 ... 4 рази більше ширини тензорезистора, на відстані в 3 ... 4 рази більше ширини тензорезистора, глибиною 40 ... 60 мм і вимірюють у відповідь омічний опір тензорезистора. Визначають відносну деформацію стіни або фундаменту і тиск на заданому рівні стіни або фундаменту за формулами. Для моніторингу тиску на стіну або фундамент в кожен отвір закладають по два сталевих напівциліндра довжиною, рівній глибині отворів, діаметром менше діаметра отворів на 2 ... 3 мм. Між сталевими напівциліндрами забивають по сталевому клину довжиною, рівній глибині отворів, і товщиною 1 ... 3 мм з одного боку і 4 ... 5 мм з іншого боку. Забиванням сталевих клинів доводять омічний опір тензорезистора до величини, рівної початкового омічному опору, потім фіксують величину поточного провідникові тензорезистора в будь-який момент часу і обчислюють зміна омічного опору тензорезистора, приріст деформації стіни або фундаменту і тиск на стіну або фундамент будь-якої миті часу. Технічний результат: збереження несучої здатності стін і фундаментів; зменшення концентрації напружень в стінах і фундаментах; відсутність необхідності порушення електричного кола тензорезисторов; можливість безперервного моніторингу тиску на стіни і фундаменти; дистанційне керування вимірами. 4 мул.