Датчик силы тензометрический

Полезная модель относится к тензометрии и может быть использована в силоизмерительных системах в различных отраслях промышленности и транспорта. Датчик силы тензометрический содержит выполненные за одно целое в форме тела вращения кольцевой опорный элемент, силовводящий цилиндрический элемент, и соединяющий их упругий элемент в виде кольцевой мембраны, на внутреннюю поверхность которой наклеены четыре тензорезистора, соединенные в электрический мост с токоподводящими и измерительными выводами. В полости опорного элемента расположена примыкающая к тензорезисторам двусторонняя печатная плата в виде кольцеобразной пластины, на внутреннюю поверхность которой нанесены электропроводящая полоска в виде разрезного кольца с зазором между его концами и электрически соединенная с ней контактная площадка, диаметрально расположенная относительно указанного зазора. На внешнюю поверхность кольцеобразной пластины нанесены параллельно полоске в виде разрезного кольца равные с ней по ширине четыре дугообразные электропроводящие полоски с расположенными на их концах контактными площадками, к которым подсоединены выводы тензорезисторов, при этом одна из дугообразных полосок выполнена из двух частей с зазором между ними, расположенным напротив зазора в полоске в виде разрезного кольца, а разделенные зазорами концы полоски в виде разрезного кольца и концы частей четвертой дугообразной полоски попарно соединены между собой. Технический результат: повышение помехозащищенности от электромагнитных наводок за счет разнонаправленного протекания тока в дугообразных полосках кольцеобразной пластины. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к тензометрии и может быть использована в силоизмерительных системах в различных отраслях промышленности и транспорта.

Известны датчики силы тензометрические, предназначенные для преобразования приложенного к ним усилия в электрический сигнал при измерении статических и медленно изменяющихся усилий. Датчики содержат выполненные за одно целое в форме тела вращения кольцевой опорный элемент, расположенный внутри него силовводящий цилиндрический элемент, и соединяющий их упругий элемент в виде кольцевой мембраны, на внутреннюю поверхность которой наклеены четыре тензорезистора, соединенные в электрический мост с токоподводящими и измерительными выводами (см., например авторское свидетельство СССР №570801, G01L 1/22, 30.08.1977). Известные датчики обладают недостаточной помехозащищенностью при работе в условиях внешних электромагнитных полей от работающего вблизи оборудования (работа в цехах разлива металла с высокой напряженностью магнитного поля, работа электросварки и др.).

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание тензометрического датчика силы, обладающего повышенной помехозащищенностью.

Для достижения поставленной задачи в датчике силы тензометрическом, содержащем выполненные за одно целое в форме тела вращения кольцевой опорный элемент, расположенный внутри него силовводящий цилиндрический элемент, и соединяющий их упругий элемент в виде кольцевой мембраны, на внутреннюю поверхность которой наклеены четыре тензорезистора, соединенные в электрический мост с токоподводящими и измерительными выводами, согласно полезной модели, в полости опорного элемента расположена примыкающая к тензорезисторам двусторонняя печатная плата в виде выполненной из электроизоляционного

материала кольцеобразной пластины, на внутреннюю поверхность которой нанесены:

электропроводящая полоска в виде разрезного кольца с зазором между его концами и электрически соединенная с ней контактная площадка, диаметрально расположенная относительно указанного зазора;

а на внешнюю поверхность указанной кольцеобразной пластины нанесены:

параллельно электропроводящей полоске в виде разрезного кольца равные с ней по ширине четыре дугообразные электропроводящие полоски с расположенными на их концах контактными площадками, к которым подсоединены выводы тензорезисторов;

электрически соединенные с первой и второй симметрично расположенными дугообразными электропроводящими полосками контактные площадки, к которым подсоединены измерительные токовыводы;

и расположенные напротив друг друга по обе стороны относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски контактные площадки диагонали питания моста, одна из которых электрически соединена с третьей дугообразной электропроводящей полоской, а другая - с контактной площадкой, расположенной на внутренней поверхности кольцеобразной пластины;

при этом четвертая дугообразная электропроводящая полоска, симметрично расположенная относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски, выполнена из двух частей с зазором между ними, расположенным напротив зазора в электропроводящей полоске в виде разрезного кольца, а разделенные зазорами концы электропроводящей полоски в виде разрезного кольца и концы частей четвертой дугообразной электропроводящей полоски попарно соединены между собой.

На внутренней кромке кольцеобразной пластины могут быть выполнены два диаметрально расположенных паза, а на внешней кромке - две диаметрально расположенные лыски, при этом две пары контактных площадок смежных дугообразных электропроводящих полосок примыкают к указанным пазам, а две другие пары - к указанным лыскам.

Такое выполнение датчика позволяет уменьшить влияние электромагнитных наводок на выходной сигнал, снимаемый с электрического моста, за счет разнонаправленного протекания тока от наводок в дугообразных полосках кольцеобразной пластины.

Выполнение на внутренней кромке кольцеобразной пластины двух диаметрально расположенных пазов, а на внешней кромке - двух диаметрально расположенных лысок, при этом две пары контактных площадок смежных дугообразных электропроводящих полосок примыкают к указанным пазам, а две другие пары - к лыскам, позволяет уменьшить длину выводов тензорезисторов и снизить тем самым наводки на данные тензорезисторы.

На фиг.1 представлен предлагаемый датчик силы тензометрический; на фиг.2 - расположение тензорезисторов на внутренней поверхности мембраны; на фиг.3 - вид А на фиг.1 на внешнюю сторону кольцеобразной пластины, на фиг.4 - вид на внутреннюю сторону кольцеобразной пластины; на фиг.5 - схема соединения тензорезисторов в электрический мост.

Датчик содержит (фиг.1) выполненные за одно целое в форме тела вращения кольцевой опорный элемент 1, расположенный внутри него силовводящий цилиндрический элемент 2, и соединяющий их упругий элемент в виде кольцевой мембраны 3, на внутреннюю поверхность 4 которой наклеены, предпочтительно на равном угловом расстоянии друг от друга, четыре тензорезистора 5-8. Выводы 9 тензорезисторов 5 и 8 направлены в противоположные стороны, а выводы 10 тензорезисторов 6 и 7 направлены встречно (фиг.2).

В полости 11 опорного элемента 1 расположена примыкающая к тензорезисторам 5-8 двусторонняя печатная плата в виде выполненной из электроизоляционного материала кольцеобразной пластины 12, на внутренней кромке которой выполнены два диаметрально расположенных паза 13 для выводов тензорезисторов 6 и 7, а на внешней кромке - две диаметрально расположенные лыски 14 для выводов тензорезисторов 5 и 8.

На внутреннюю 15 поверхность кольцеобразной пластины 12 нанесены каким-либо способом, например фотохимическим, электропроводящая полоска 16 в виде разрезного кольца с зазором 17 между его концами и электрически соединенная с ней контактная площадка 18, диаметрально расположенная относительно зазора 17.

На внешнюю поверхность 19 кольцеобразной пластины 12 нанесены параллельно электропроводящей полоске 16 равные с ней по ширине четыре дугообразные электропроводящие полоски 20-23 с расположенными на их концах контактными площадками 24-25. Контактные площадки 24 примыкают к лыскам 14, а контактные площадки 25 - к пазам 13.

Кроме того, на внешнюю поверхность 19 кольцеобразной пластины 12 нанесены электрически соединенные с первой и второй симметрично расположенными дугообразными электропроводящими полосками 20 и 21 контактные площадки 26 и 27, к которым подсоединены измерительные токовыводы 28 и 29, и расположенные напротив друг друга по обе стороны относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски контактные площадки 30 и 31.

Контактная площадка 30 электрически соединена с третьей дугообразной электропроводящей полоской 22, а контактная площадка 31 - с контактной площадкой 18, расположенной на внутренней поверхности 15 кольцеобразной пластины 12. К контактным площадкам 30 и 31 подключены соответственно токоподводящие выводы 32 и 33 для подключения датчика к источнику электропитания.

Четвертая дугообразная электропроводящая полоска 23 расположена симметрично относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски 22 и выполнена из двух частей 34 и 35 с зазором 36 между ними, расположенным напротив зазора 17 в электропроводящей полоске 16. Разделенные зазорами 17 и 36 концы электропроводящей полоски 16 и концы частей 34 и 35 четвертой дугообразной электропроводящей полоски 23 попарно соединены между собой.

В кольцевом опорном элементе 1 выполнены резьбовые отверстия 37 для крепления датчика на основании, воспринимающем прикладываемое к датчику усилие.

При монтаже в полости 11 опорного элемента 1 кольцеобразная пластина 12 ориентируется так, что выводы тензорезисторов 5 и 8 примыкают к лыскам 14, а выводы тензорезисторов 6 и 7 располагаются в пазах 13. Выводы тензорезисторов 5 и 8 присоединяются к контактным площадкам 24, а выводы тензорезисторов 6 и 7 - к контактным площадкам 25. Таким образом, тензорезисторы 5-8 датчика соединены в электрический мост (фиг.5), к диагонали питания которого подключены соответственно токоподводящие выводы 32 и 33, а к измерительной диагонали - измерительные выводы 28 и 29.

В датчике могут быть использованы тензорезисторы фирмы "ZEMIC" (КНР) или другие тензорезисторы подобного типа, например, фольговые тензорезисторы, выпускаемые ЗАО "Весоизмерительная компания "Тензо-М" (РФ).

Датчик может быть снабжен гермовыводом, к контактам которого подключаются токоподводящие и измерительные выводы для соединения датчика с источником электропитания и регистрирующей аппаратурой.

Датчик работает следующим образом.

Под действием измеряемой силы Р, приложенной к силовводящему элементу 2, мембрана 3 упруго деформируется. Тензорезисторы 5-8 меняют свое сопротивление пропорционально деформации, вызывая разбаланс электрического моста, в результате чего на выходе датчика создается напряжение, пропорциональное измеряемой нагрузке. При воздействии на датчик электромагнитных помех, имеет место взаимная компенсация электромагнитных наводок в связи с тем, что токи наводок на внутренней поверхности двухсторонней печатной платы текут в одном направлении, а на внешней поверхности - в обратном. Это позволяет уменьшить влияние внешних помех на сигнал, снимаемый с электрического моста.

Описанная конструкция датчика является лишь частным примером реализации предлагаемой полезной модели. В зависимости от области применения датчика может меняться конструкция его элементов при сохранении сути предложенной полезной модели.

Например, при использовании датчика в устройстве для ограничения предельной нагрузки люльки автогидроподъемника предлагаемый датчик входит в состав устройства для подвески люльки на подъемнике. В этом случае датчик встраивается в опоры, с помощью которых люлька крепится на горизонтируемой опорной площадке подъемника. Кольцевой опорный элемент крепится с помощью резьбовых крепежных элементов на силовом элементе горизонтируемой опорной площадки, а силовводящий цилиндрический элемент выполняется с осевым отверстием и соединяется с грузоприемной платформой люльки с помощью резьбовых крепежных элементов. Как правило, для соединения с люлькой используют узел соединения с электроизоляторами.

Предлагаемый датчик силы тензометрический может быть изготовлен промышленным способом на приборостроительном предприятии с использованием современных компонентов и технологий.

1. Датчик силы тензометрический, содержащий выполненные за одно целое в форме тела вращения кольцевой опорный элемент, расположенный внутри него силовводящий цилиндрический элемент и соединяющий их упругий элемент в виде кольцевой мембраны, на внутреннюю поверхность которой наклеены четыре тензорезистора, соединенные в электрический мост с токоподводящими и измерительными выводами, отличающийся тем, что в полости опорного элемента расположена примыкающая к тензорезисторам двусторонняя печатная плата в виде выполненной из электроизоляционного материала кольцеобразной пластины, на внутреннюю поверхность которой нанесены электропроводящая полоска в виде разрезного кольца с зазором между его концами и электрически соединенная с ней контактная площадка, диаметрально расположенная относительно указанного зазора; а на внешнюю поверхность указанной кольцеобразной пластины нанесены параллельно электропроводящей полоске в виде разрезного кольца равные с ней по ширине четыре дугообразные электропроводящие полоски с расположенными на их концах контактными площадками, к которым подсоединены выводы тензорезисторов; электрически соединенные с первой и второй симметрично расположенными дугообразными электропроводящими полосками контактные площадки, к которым подсоединены измерительные токовыводы; и расположенные напротив друг друга по обе стороны относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски контактные площадки диагонали питания моста, одна из которых электрически соединена с третьей дугообразной электропроводящей полоской, а другая - с контактной площадкой, расположенной на внутренней поверхности кольцеобразной пластины; при этом четвертая дугообразная электропроводящая полоска, симметрично расположенная относительно третьей дугообразной электропроводящей полоски, выполнена из двух частей с зазором между ними, расположенным напротив зазора в электропроводящей полоске в виде разрезного кольца, а разделенные зазорами концы электропроводящей полоски в виде разрезного кольца и концы частей четвертой дугообразной электропроводящей полоски попарно соединены между собой.

2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что на внутренней кромке кольцеобразной пластины выполнены два диаметрально расположенных паза, а на внешней кромке - две диаметрально расположенные лыски, при этом две пары контактных площадок смежных дугообразных электропроводящих полосок примыкают к указанным пазам, а две другие пары - к указанным лыскам.