[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU179728U1 - Strain gage force sensor - Google Patents

Strain gage force sensor Download PDF

Info

Publication number
RU179728U1
RU179728U1 RU2017146332U RU2017146332U RU179728U1 RU 179728 U1 RU179728 U1 RU 179728U1 RU 2017146332 U RU2017146332 U RU 2017146332U RU 2017146332 U RU2017146332 U RU 2017146332U RU 179728 U1 RU179728 U1 RU 179728U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
force
strain
sensor
strain gauges
power
Prior art date
Application number
RU2017146332U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Викторович Курбаков
Original Assignee
Алексей Викторович Курбаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Викторович Курбаков filed Critical Алексей Викторович Курбаков
Priority to RU2017146332U priority Critical patent/RU179728U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU179728U1 publication Critical patent/RU179728U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/16Applications of indicating, registering, or weighing devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G3/00Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances
    • G01G3/12Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing
    • G01G3/14Weighing apparatus characterised by the use of elastically-deformable members, e.g. spring balances wherein the weighing element is in the form of a solid body stressed by pressure or tension during weighing measuring variations of electrical resistance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, в частности, в устройствах для ограничения грузоподъемности машин и механизмов. Датчик усилия тензометрический содержит силовоспринимающий элемент в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, имеющий две концевые опорные части и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями. В боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента выполнены по две выемки в виде симметрично расположенных относительно оси силоприемной части цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины с образованием двух пар идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками с размещенными на них четырьмя тензопреобразователями. Тензорезисторы размещены на указанных перегородках с возможностью измерения двумя тензорезисторами сжимающих деформаций, а двумя другими тензорезисторами - растягивающих деформаций. Технический результат - повышение точности измерения и эксплуатационной надежности датчика. 8 ил.The utility model relates to measuring technique and can be used, in particular, in devices for limiting the carrying capacity of machines and mechanisms. The strain gauge force sensor contains a force-sensing element in the form of a beam with a rectangular cross-section, having two end support parts and a force receiving part located between them, connected to the end support parts by means of elastic elements provided with strain gauges. Two recesses are made in the lateral longitudinal walls of the power-receiving element in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth symmetrically located relative to the axis of the power-receiving part of the cylindrical nests, with the formation of two pairs of identical counter-directed through-openings, separated by vertical force-measuring partitions with four strain gauges placed on them. Strain gages are located on these partitions with the ability to measure compressive strains by two strain gauges and tensile strains by two other strain gauges. The technical result is an increase in measurement accuracy and operational reliability of the sensor. 8 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, в частности, в устройствах для ограничения грузоподъемности машин и механизмов.The utility model relates to measuring technique and can be used, in particular, in devices for limiting the carrying capacity of machines and mechanisms.

Уровень техникиState of the art

Известен датчик усилия тензометрический, входящий в состав ограничителя грузоподъемности мостовых кранов. Датчик содержит силоизмерительный элемент, выполненный в виде смещенных друг относительно друга и связанных между собой упругими балками опорных призм, часть из которых закреплена на опоре вала грузового барабана, а другая часть - на грузовой тележке крана, тензометрический преобразователь и электронное пороговое устройство. Тензометрический преобразователь включает в себя четыре тензорезистора, попарно закрепленные на поверхностях упругих балок и соединенные в электрический мост, измерительная диагональ которого подключена к входу электронного порогового устройства (SU 440330, В66С 23/88, 25.08.1974).Known sensor strain gauge, which is part of the load limiter of bridge cranes. The sensor contains a force measuring element made in the form of support prisms displaced relative to each other and interconnected by elastic beams, some of which are mounted on the support of the shaft of the cargo drum, and the other part is mounted on the crane truck, strain gauge transducer and electronic threshold device. The strain gauge transducer includes four strain gauges mounted in pairs on the surfaces of elastic beams and connected to an electric bridge, the measuring diagonal of which is connected to the input of an electronic threshold device (SU 440330, В66С 23/88, 08/25/1974).

В данной конструкции упругие балки размещены между центральной и крайними опорными призмами, и измерительная база определяется расстоянием между ними. Расстояние между призмами полностью определяется компоновкой узла опоры грузового барабана на грузовой тележке крана, в силу чего абсолютная величина деформации упругих балок очень маленькая. Малые размеры измерительной базы и малая величина деформации упругих балок снижают точность измерения усилий, а соответственно понижают надежность ограничителя грузоподъемности мостового крана. Кроме того, данная конструкция обладает недостаточной защищенностью тензорезисторов от внешних воздействий, поэтому в процессе эксплуатации датчика вне закрытых помещений при низких температурах возможно появление льда на поверхности тензорезисторов, что снижает надежность датчика и усложняет его обслуживание.In this design, elastic beams are placed between the central and extreme support prisms, and the measuring base is determined by the distance between them. The distance between the prisms is completely determined by the layout of the support unit of the cargo drum on the crane truck, due to which the absolute value of the deformation of the elastic beams is very small. The small size of the measuring base and the small amount of deformation of the elastic beams reduce the accuracy of the measurement of forces, and therefore reduce the reliability of the load limiter of the bridge crane. In addition, this design has insufficient protection of the strain gages from external influences, therefore, during operation of the sensor outdoors, at low temperatures, ice may appear on the surface of the strain gages, which reduces the reliability of the sensor and complicates its maintenance.

Известен также датчик усилия тензометрический ограничителя грузоподъемности крана, представляющий собой встроенное в шарнир силовой опоры тензометрическое устройство, содержащее упругий элемент в форме полого цилиндра, имеющий боковые и центральную опорные части, соединенные между собой цилиндрическим чувствительным элементом. На внутренней поверхности упругого элемента закреплены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, сигнал с которых поступает на электронное пороговое устройство (RU 2081809, В66С 23/88, 20.06.1997).A tensometric strain gauge of a crane load-bearing limiter is also known, which is a tensometric device integrated in the hinge of a power support, containing an elastic element in the form of a hollow cylinder, having lateral and central supporting parts interconnected by a cylindrical sensing element. Strain gages connected to the bridge circuit are fixed on the inner surface of the elastic element, the signal from which is fed to an electronic threshold device (RU 2081809, В66С 23/88, 06/20/1997).

Данная конструкция обеспечивает повышенную защиту тензорезисторов и электронного порогового устройства от внешних атмосферных воздействий за счет расположения их в полости цилиндра, который с торцов закрыт герметичными заглушками, однако это существенно усложняет конструкцию датчика и увеличивает затраты на изготовление. Кроме того, установка тензорезисторов на внутренней поверхности полого цилиндра на большом расстоянии от торцевых поверхностей датчика заметно усложняет и удорожает операцию их наклейки, так как требует разработки и изготовления специального приспособления, с возможностью создания определенного усилия прижатия тензорезисторов к внутренней поверхности полого цилиндра, а также усложняет ремонт и обслуживание датчика при его эксплуатации.This design provides increased protection of strain gages and an electronic threshold device from external atmospheric influences due to their location in the cylinder cavity, which is sealed at the ends with sealed plugs, however, this significantly complicates the design of the sensor and increases manufacturing costs. In addition, the installation of strain gages on the inner surface of the hollow cylinder at a large distance from the end surfaces of the sensor significantly complicates and increases the cost of the operation of their sticker, since it requires the development and manufacture of special devices, with the possibility of creating a certain force of pressing the strain gages to the inner surface of the hollow cylinder, and also complicates repair and maintenance of the sensor during its operation.

Наиболее близким к предложенной полезной модели по совокупности существенных признаков является датчик усилия тензометрический, имеющий две концевые опорные части и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, при этом в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента выполнены по две выемки в виде симметрично расположенных относительно оси силоприемной части цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины с образованием двух пар идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками с размещенными на них четырьмя тензопреобразователями. Каждый тензопреобразователь представляет собой двухэлементную тензорезисторную розетку, состоящую из двух соединенных резисторов, при этом один резистор подвергается воздействию сжимающих деформаций, а второй резистор подвергается воздействию растягивающих деформаций (RU 100245 U1, G01L 1/22, 10.12.2010).The closest to the proposed utility model in terms of the essential features is a strain gauge force sensor having two end support parts and a force receiving part located between them, connected to the end support parts by means of elastic elements equipped with strain transducers, while in the lateral longitudinal walls of the force pickup element they are made according to two recesses in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth symmetrically arranged relative to the axis of the force receiving part of the same diameter and depth IAOD two identical pairs of oppositely directed non-through recesses, separated by vertical partitions with force-measuring placed on them by four tenzopreobrazovatel. Each strain gauge is a two-element strain gauge outlet, consisting of two connected resistors, while one resistor is subjected to compressive deformations, and the second resistor is subjected to tensile deformations (RU 100245 U1, G01L 1/22, 12/10/2010).

В данной конструкции датчика область наибольших деформаций сдвига находится на середине тензопреобразователя типа «елочка», которая нечувствительна к деформациям из-за наличия зазора между ее составными частями (перпендикулярно направленными тензорезисторами), что ограничивает точность измерения усилий, а применение дорогостоящих и сложных по конструкции и при монтаже тензопреобразователей типа «елочка» (из-за большого количества соединительных проводов и количества паек), увеличивает затраты на изготовление датчика, усложняет контроль за силовоспринимающим элементом и тензопреобразователями в процессе эксплуатации датчика, и ограничивает надежность датчика в целом.In this design of the sensor, the region of greatest shear deformations is located in the middle of the herringbone type strain gauge, which is insensitive to deformations due to the presence of a gap between its component parts (perpendicular to the directional strain gauges), which limits the accuracy of the measurement of forces, and the use of expensive and complex construction when installing herringbone strain gauges (due to the large number of connecting wires and the number of rations), increases the cost of manufacturing the sensor, complicates trol of silovosprinimayuschim tenzopreobrazovatel element and during operation of the sensor, and limits the reliability of the sensor as a whole.

Кроме того, длина чувствительной части силовоспринимающего элемента определяется размером выемки, размер которой практически совпадает с расстоянием между концевой и силоприемной частью, что не дает возможность встроить данный датчик в некоторые существующие опоры грузоподъемных механизмов и ограничивает тем самым возможность использовать данный датчик в эксплуатируемых грузоподъемных машинах.In addition, the length of the sensitive part of the power-sensing element is determined by the size of the recess, the size of which practically coincides with the distance between the end and the power-receiving part, which makes it impossible to integrate this sensor into some existing supports of load-lifting mechanisms and thereby limits the ability to use this sensor in operating load-lifting machines.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка датчика усилия тензометрического с повышенной точностью измерения и повышенной эксплуатационной надежностью, при уменьшенных затратах на изготовление и минимальном контроле за силовоспринимающим элементом и тензопреобразователями в процессе эксплуатации.The task to which the claimed utility model is directed is to develop a strain gauge force sensor with increased measurement accuracy and increased operational reliability, with reduced manufacturing costs and minimal control of the power-sensing element and strain transducers during operation.

Дополнительной задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание датчика усилия тензометрического, который можно было бы встроить в нагружаемый узел, имеющий ограничения по его компоновке, например, в узел опоры грузового барабана на грузовой тележке кранаAn additional task to which the claimed utility model is directed is the creation of a strain gauge force sensor, which could be built into a loadable unit having restrictions on its layout, for example, in a load drum support unit on a crane truck

Для решения поставленных задач предлагается датчик усилия тензометрический, содержащий силовоспринимающий элемент в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, имеющий две концевые опорные части и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, при этом в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента выполнены по две выемки в виде симметрично расположенных относительно оси силоприемной части цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины с образованием двух пар идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками с размещенными на них тензопреобразователями, согласно полезной модели каждый тензопреобразователь выполнен в виде одного диаметрально расположенного тензорезистора, при этом тензорезисторы размещены на указанных перегородках с возможностью измерения двумя тензорезисторами сжимающих деформаций, а двумя другими тензорезисторами - растягивающих деформаций.To solve the tasks, a strain-gauge force sensor is proposed that contains a force-sensing element in the form of a beam with a rectangular cross section, having two end support parts and a force receiving part located between them, connected to the end support parts by means of elastic elements equipped with strain gauges, while in the longitudinal longitudinal the walls of the power-receiving element have two recesses in the form of symmetrically arranged relative to the axis of the power-receiving part of the cylindrical nests o of a different diameter and depth with the formation of two pairs of identical counter-directed through-hole recesses, separated by vertical force-measuring partitions with strain gauges placed on them, according to a useful model, each strain gauge is made in the form of one diametrically located strain gages, while strain gages are placed on these partitions with the possibility of measuring two tensors deformations, and two other strain gages - tensile deformations.

Кроме того, цилиндрические гнезда могут быть выполнены в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента с частичным расположением гнезд в силоприемной и концевых опорных частях.In addition, cylindrical nests can be made in the lateral longitudinal walls of the power-receiving element with a partial arrangement of nests in the power receiving and end support parts.

В основу полезной модели положено выполнение каждого тензопреобразователя в виде одного диаметрально расположенного тензорезистора, при этом тензорезисторы размещены на вертикальных силоизмерительных перегородках в зонах наибольших деформаций сдвига, что повышает точность измерения усилий. Датчик содержит минимальное количество деталей, что упрощает его изготовление и эксплуатацию, а также повышает надежность датчика в целом.The utility model is based on the implementation of each strain gauge in the form of one diametrically located strain gauge, while the strain gauges are placed on vertical force-measuring partitions in the zones of greatest shear deformations, which increases the accuracy of the measurement of forces. The sensor contains a minimum number of parts, which simplifies its manufacture and operation, and also increases the reliability of the sensor as a whole.

Выполнение цилиндрических гнезд в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента с частичным расположением гнезд в силоприемной и боковых опорных частях позволяет уменьшить по размеру чувствительные зоны силовоспринимающего элемента и обеспечивает тем самым возможность использовать данный датчик более широко в эксплуатируемых грузоподъемных машинах.The implementation of cylindrical nests in the lateral longitudinal walls of the power-receiving element with a partial arrangement of the nests in the power-receiving and lateral supporting parts makes it possible to reduce the size of the sensitive zones of the power-receiving element and thereby makes it possible to use this sensor more widely in operating hoisting machines.

Технический результат от использования полезной модели - повышение точности измерения и эксплуатационной надежности датчика.The technical result from the use of a utility model is to increase the measurement accuracy and operational reliability of the sensor.

Приведенные далее описание и сопровождающие чертежи предназначены только для иллюстрации полезной модели и ни в коем случае не ограничивают объема формулы полезной модели.The following description and the accompanying drawings are intended only to illustrate the utility model and in no way limit the scope of the utility model formula.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показан предлагаемый датчик усилия, общий вид, без крышек, защищающих тензорезисторы; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 с крышками, защищающими тензорезисторы; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - вид Г на фиг. 1 с крышками, защищающими тензорезисторы; на фиг. 6 - соединение тензорезисторов в электрический мост; на фиг. 7 и 8 - предлагаемый датчик с блоком обработки сигналов и его функциональная схема.In FIG. 1 shows the proposed force sensor, General view, without covers protecting the strain gauges; in FIG. 2 is a view A in FIG. 1 with covers protecting strain gages; in FIG. 3 is a view B in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. one; in FIG. 5 is a view D in FIG. 1 with covers protecting strain gages; in FIG. 6 - connection of strain gauges in an electric bridge; in FIG. 7 and 8 - the proposed sensor with a signal processing unit and its functional diagram.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

По первому примеру исполнения датчик усилия содержит силовоспринимающий элемент 1 в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, имеющий две концевые опорные части 2 и расположенную между ними силоприемную часть 3, соединенную с концевыми опорными частями 2 с помощью упругих элементов 4 (на чертеже условно выделенных пунктирными линиями).According to the first embodiment, the force sensor contains a force-sensing element 1 in the form of a beam with a rectangular cross-section, having two end support parts 2 and a power receiving part 3 located between them, connected to the end support parts 2 by means of elastic elements 4 (in the drawing, conventionally marked with dashed lines )

В боковых продольных стенках 5 силовоспринимающего элемента 1 выполнены по две несквозные выемки в виде симметрично расположенных относительно оси силоприемной части 3 цилиндрических гнезд 6 одинакового диаметра и глубины с образованием двух пар идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками 7 с размещенными на них четырьмя тензопреобразователями. При этом гнезда 6 выполнены в боковых продольных стенках 5 силовоспринимающего элемента 1 с частичным расположением их в его силоприемной 3 и концевых 2 опорных частях, а в самих концевых опорных частях 2 и силоприемной части 3 выполнены отверстия 8 и 9 для крепления датчика на исследуемом объекте с помощью резьбовых крепежных элементов (на чертеже не показаны). Концевые опорные части 2 крепятся на основании, например, грузовой тележки крана, а к силоприемной части 3 крепится элемент для нагружения датчика - опора грузового барабана крана.Two lateral recesses are made in the lateral longitudinal walls 5 of the power receiving element 1 in the form of cylindrical nests 6 of the same diameter and depth symmetrically located relative to the axis of the power receiving part 3, with the formation of two pairs of identical counter-directed through recesses, separated by vertical force-measuring partitions 7 with four strain transducers placed on them . At the same time, slots 6 are made in the lateral longitudinal walls 5 of the power receiving element 1 with their partial arrangement in its power receiving 3 and end 2 supporting parts, and in the end supporting parts 2 and power receiving part 3 themselves, holes 8 and 9 are made for mounting the sensor on the test object with using threaded fasteners (not shown in the drawing). The end support parts 2 are mounted on the base, for example, of a crane truck, and an element for loading the sensor is attached to the force receiving part 3 - a crane drum support.

На поверхностях 10 перегородки 7 закреплены тензопреобразователи, каждый из которых представляет собой один диаметрально расположенный тензорезистор 11, а в самих перегородках 7 выполнены каналы 12 для электропроводки к тензорезисторам 11. Оба тензорезистора 11 размещены на перегородке 7 с возможностью измерения одним тензорезистором Rc - сжимающих деформаций, а другим тензорезистором Rt - растягивающих деформаций. Тензорезисторы Rc размещены на перегородках 7 под углом α=45-75° к продольной оси силовоспринимающего элемента 1, а тензорезисторы Rt размещены на перегородках 7 под углом β=45-15° к продольной оси силовоспринимающего элемента 1. Размещение тензорезисторов Rc и Rt на перегородках 7 под углами, соответственно, α и β зависит от взаимного расположения концевых опорных частей 2 силовоспринимающего элемента 1. Углы подбираются экспериментальным путем для получения максимального сигнала с электрического моста.Strain gages are fixed on the surfaces 10 of the partition 7, each of which is one diametrically located strain gauge 11, and in the partitions 7 there are channels 12 for wiring to the strain gauges 11. Both strain gauges 11 are placed on the partition 7 with the possibility of measuring one strain gauge Rc - compressive deformations, and another strain gauge Rt - tensile deformations. The strain gages Rc are placed on the partitions 7 at an angle α = 45-75 ° to the longitudinal axis of the force-sensing element 1, and the strain gages Rt are placed on the partitions 7 at an angle β = 45-15 ° to the longitudinal axis of the force-sensing element 1. Placement of the strain gages Rc and Rt on the partitions 7 at angles, respectively, α and β depend on the relative position of the end support parts 2 of the power-sensing element 1. The angles are selected experimentally to obtain the maximum signal from the electric bridge.

Тензорезисторы 11 на фиг. 1 показаны условно без соблюдения масштаба, и следует понимать, что в реальной конструкции размеры тензорезисторов выбираются в соответствии с общепринятыми рекомендациями. Полости гнезд 6 с тензорезисторами 11 заполнены герметизирующим полимерным материалом 13, как это показано на фиг. 4. Выводы тензорезисторов 11 соединены в электрический мост с токоподводящими и измерительными выводами.The strain gages 11 in FIG. 1 are shown conditionally without observing the scale, and it should be understood that in a real design the dimensions of the strain gages are selected in accordance with generally accepted recommendations. The cavities of the sockets 6 with strain gauges 11 are filled with a sealing polymer material 13, as shown in FIG. 4. The findings of the strain gauges 11 are connected in an electric bridge with current-carrying and measuring leads.

Силоприемная часть 3 и концевые опорные части 2 силовоспринимающего элемента 1 снабжены закрепленными на них плоскими прямоугольными силопередающими элементами 14 и 15 соответственно, ширина которых предпочтительно равна ширине балки.The power receiving part 3 and the end support parts 2 of the power receiving element 1 are provided with flat rectangular power transmitting elements 14 and 15, respectively, which width is preferably equal to the width of the beam.

На одной из боковых поверхностей 5 силовоспринимающего элемента 1 закреплена крышка 16 с перекрытием расположенных на данной поверхности цилиндрических гнезд 6 с тензорезисторами 11. Крышка 16 снабжена гермовыводом 17, к контактам которого подключаются токоподводящие и измерительные выводы для соединения датчика с источником электропитания и регистрирующей аппаратурой. Полости цилиндрических гнезд 6 на противоположной боковой поверхности 5 силовоспринимающего элемента 1 изолированы от воздействия внешней среды с помощью крышек 18. Зоны присоединения крышки 16 и крышек 18 герметизированы любым известным способом с использованием любого приемлемого герметика.A cover 16 is fixed on one of the side surfaces 5 of the power receiving element 1 with the overlapping of the cylindrical sockets 6 located on this surface with strain gauges 11. The cover 16 is equipped with a pressure lead 17, to the contacts of which are connected current-carrying and measuring leads for connecting the sensor to the power supply and recording equipment. The cavities of the cylindrical nests 6 on the opposite side surface 5 of the power-sensing element 1 are isolated from the external environment by means of covers 18. The attachment areas of the cover 16 and covers 18 are sealed in any known manner using any suitable sealant.

Для описания схемы на фиг. 5 введем обозначения для тензорезисторов 11. Датчик, показанный на фиг. 1, содержит в каждом гнезде 6 один тензорезистор 11. Соответственно в обозначение каждого тензорезистора входит индекс (номер) гнезда и буквенное обозначение вида напряжений, которому подвергается данный тензорезистор. Например, обозначение R1.c означает, что данное обозначение относится к резистору, подвергающемуся воздействию сжимающих напряжений и расположенному в первом гнезде. Обозначение R2.t означает, что данное обозначение относится к резистору, подвергающемуся воздействию растягивающих напряжений и расположенному во втором гнезде. Соответственно в данном примере реализации полезной модели будут четыре тензорезистора: R1.c и R4.t; R2.t и R3.c.To describe the circuit of FIG. 5 we introduce the notation for strain gauges 11. The sensor shown in FIG. 1, contains in each socket 6 one strain gauge 11. Accordingly, the designation of each strain gauge includes the index (number) of the socket and the letter designation of the type of voltage to which this strain gauge is subjected. For example, the designation R1.c means that this designation refers to a resistor subjected to compressive stresses and located in the first socket. The designation R2.t means that this designation refers to a resistor subjected to tensile stresses and located in the second socket. Accordingly, in this example of implementation of the utility model there will be four strain gages: R1.c and R4.t; R2.t and R3.c.

Датчик усилия работает следующим образом. Усилие Р, действующее на силоизмерительный элемент 1, вызывает деформацию вертикальных силоизмерительных перегородок 7 с закрепленными на них тензорезисторами 11, что приводит к изменению их сопротивлений R и разбалансу электрического моста. Сигнал с измерительной диагонали моста поступает на вход регистрирующей аппаратуры (на чертеже не показана), в котором происходит обработка результатов измерений.The force sensor works as follows. The force P acting on the force-measuring element 1 causes the deformation of the vertical force-measuring partitions 7 with strain gauges 11 fixed to them, which leads to a change in their resistance R and the imbalance of the electric bridge. The signal from the measuring diagonal of the bridge is fed to the input of the recording equipment (not shown in the drawing), in which the measurement results are processed.

Хотя в примере реализации полезной модели, приведенном на фиг. 1 и 3, оба тензорезистора 11 в каждой паре выемок размещены на противоположных сторонах вертикальной силоизмерительной перегородки 7 с возможностью измерения, соответственно, сжимающих и растягивающих деформаций, для специалистов понятно, что возможна также реализация полезной модели с размещением на противоположных сторонах одной из перегородок 7 тензорезисторов с возможностью измерения сжимающих деформаций, а на другой - растягивающих деформаций, или с размещением в выемках, выполненных на одной из боковых сторон силовоспринимающего элемента, тензорезисторов с возможностью измерения ими сжимающих деформаций, а на другой - растягивающих деформаций.Although in the example implementation of the utility model shown in FIG. 1 and 3, both strain gages 11 in each pair of recesses are located on opposite sides of the vertical force-measuring septum 7 with the possibility of measuring, respectively, compressive and tensile deformations, for specialists it is clear that it is also possible to implement a utility model with the placement of one of the partitions 7 of the strain gages on opposite sides with the possibility of measuring compressive strains, and on the other - tensile strains, or with placement in recesses made on one of the sides of the force-sensing lementa, strain gauges to measure their compressive deformations and the other - the tensile deformation.

Кроме этого цилиндрические гнезда 6 могут быть выполнены в боковых продольных стенках 5 силовоспринимающего элемента 1 между его концевыми 2 и силоприемной 3 опорными частями, если это допустимо конструкцией узла, в который встраивается предлагаемый данный датчик, а силопередающие элементы 14 и 15 могут быть выполнены в виде приливов на силовоспринимающем элементе 1.In addition, cylindrical sockets 6 can be made in the lateral longitudinal walls 5 of the power-receiving element 1 between its end 2 and force-receiving 3 supporting parts, if this is permissible by the design of the assembly into which this sensor is installed, and the power-transmitting elements 14 and 15 can be made in the form tides on the power-sensing element 1.

По второму примеру исполнения датчик усилия снабжен блоком 19 обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста, который может быть выполнен так же, как и в устройстве-прототипе (RU 100245 U1). Блок 19 обработки сигналов включает в себя усилитель 20 с программируемым коэффициентом усиления и возможностью программного смещения нуля, микроконтроллер 21 со встроенным или внешним аналого-цифровым преобразователем, и согласующее устройство 22. Тензорезисторы 11 соединены в электрический мост, измерительная диагональ которого подключена к входу усилителя 20, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю микроконтроллера 21. К выходу микроконтроллера 21 подключено согласующее устройство 22, преобразующее цифровые сигналы микроконтроллера 21 в цифровой код последовательного интерфейса для передачи в регистрирующую аппаратуру (на чертеже не показана), в котором происходит обработка результатов измерений.According to the second example of execution, the force sensor is equipped with a signal processing unit 19 from the measuring diagonal of the electric bridge, which can be performed in the same way as in the prototype device (RU 100245 U1). The signal processing unit 19 includes a programmable gain amplifier 20 with programmable zero bias, a microcontroller 21 with an integrated or external analog-to-digital converter, and a matching device 22. The strain gauges 11 are connected to an electric bridge, the measuring diagonal of which is connected to the input of the amplifier 20 the output of which is connected to an analog-to-digital converter of the microcontroller 21. To the output of the microcontroller 21 is connected a matching device 22 that converts digital signals microcontroller 21 into a digital code for the serial interface for transmission to the recording equipment (not shown in the drawing), in which the measurement results are processed.

Блок 19 обработки сигналов с измерительной диагонали электрического моста содержит корпус 23, закрепленный на одной из боковых поверхностей 5 силовоспринимающего элемента 1 с перекрытием расположенных на данной поверхности гнезд 6 с тензорезисторами 11 и установленную в полости 24 корпуса 23 печатную плату 25, на которой смонтированы усилитель 20, микроконтроллер 21 и согласующее устройство 22. На корпусе 23 закреплен, по крайней мере, один разъем 26 для подключения датчика к регистрирующей аппаратуре с помощью общего проводного или беспроводного последовательного интерфейсного канала. Полости гнезд 6 на противоположной боковой поверхности 5 силовоспринимающего элемента 1 изолированы от воздействия внешней среды с помощью крышек 18. Зоны присоединения корпуса 23 и крышек 18 также герметизированы любым известным способом с использованием любого приемлемого герметика.The signal processing unit 19 from the measuring diagonal of the electric bridge contains a housing 23 mounted on one of the side surfaces 5 of the power sensing element 1 with overlapping sockets 6 with strain gages 11 located on this surface and a printed circuit board 25 installed in the cavity 24 of the housing 23, on which the amplifier 20 is mounted , the microcontroller 21 and the matching device 22. At least one connector 26 is fixed on the housing 23 for connecting the sensor to the recording equipment using a common wired or wireless SERIAL interface channel. The cavities of the nests 6 on the opposite side surface 5 of the power-sensing element 1 are isolated from the external environment by means of covers 18. The connection areas of the housing 23 and covers 18 are also sealed in any known manner using any suitable sealant.

Датчик усилия, снабженный блоком обработки сигналов, работает следующим образом. Усилие Р, действующее на силоизмерительный элемент 1, вызывает деформацию вертикальных силоизмерительных перегородок 7 с закрепленными на них тензорезисторами 11, что приводит к изменению их сопротивлений R и разбалансу электрического моста. Сигнал с измерительной диагонали моста поступает на вход усилителя 20. С выхода усилителя 20 сигнал подается на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 21 для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Согласующее устройство 22 преобразует цифровой сигнал с выхода микроконтроллера 21 в цифровой код последовательного интерфейса с последующей передачей результатов измерения с цифрового выхода датчика в пункт приема по проводной или беспроводной линии связи.The force sensor provided with a signal processing unit operates as follows. The force P acting on the force-measuring element 1 causes the deformation of the vertical force-measuring partitions 7 with strain gauges 11 fixed to them, which leads to a change in their resistance R and the imbalance of the electric bridge. The signal from the measuring diagonal of the bridge is fed to the input of the amplifier 20. From the output of the amplifier 20, the signal is fed to the input of the analog-to-digital converter of the microcontroller 21 to convert the analog signal to a digital signal. The matching device 22 converts the digital signal from the output of the microcontroller 21 into a digital code for the serial interface with the subsequent transmission of the measurement results from the digital output of the sensor to the receiving point via a wired or wireless communication line.

Предлагаемый датчик может быть изготовлен промышленным способом на заводах, выпускающих оборудование для грузоподъемных машин. Силовоспринимающий элемент 1 датчика усилия изготавливается из высококачественной листовой стали, обладающей высокими механическими свойствами (36НХТЮ, 30ХГСА, 40X13 и др.). В датчике могут быть использованы пленочные тензорезисторы 11, выпускаемые, например, фирмами "ZEMIC" (КНР), ЗАО "Весоизмерительная компания "Тензо-М" (Россия), ООО «ВЕДА» (Украина) и др. Для реализации блока 19 обработки сигналов можно использовать перепрограммируемый микроконтроллер 21 марки MSP430F149 фирмы "Texas Instruments" (США) или другие микроконтроллеры подобного типа. В качестве усилителя 20 можно использовать микросхему AD8555AR фирмы Analog Devices, а согласующее устройство 2 можно реализовать на базе микросхемы TJA1050.The proposed sensor can be manufactured industrially in factories producing equipment for hoisting machines. The force-sensing element 1 of the force sensor is made of high-quality sheet steel with high mechanical properties (36NHTY, 30HGSA, 40X13, etc.). The strain gauge 11 can be used in the sensor, manufactured, for example, by ZEMIC (China), CJSC Tenso-M Weight Measuring Company (Russia), VEDA LLC (Ukraine), etc. To implement signal processing unit 19 you can use the reprogrammable microcontroller 21 brand MSP430F149 company "Texas Instruments" (USA) or other microcontrollers of this type. As the amplifier 20, you can use the chip AD8555AR company Analog Devices, and the matching device 2 can be implemented on the basis of the chip TJA1050.

Claims (2)

1. Датчик усилия тензометрический, содержащий силовоспринимающий элемент в виде балки с прямоугольным поперечным сечением, имеющий две концевые опорные части и расположенную между ними силоприемную часть, соединенную с концевыми опорными частями с помощью упругих элементов, снабженных тензопреобразователями, при этом в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента выполнены по две выемки в виде симметрично расположенных относительно оси силоприемной части цилиндрических гнезд одинакового диаметра и глубины с образованием двух пар идентичных встречно направленных несквозных выемок, разделенных вертикальными силоизмерительными перегородками с размещенными на них четырьмя тензопреобразователями, отличающийся тем, что каждый тензопреобразователь выполнен в виде одного диаметрально расположенного тензорезистора, при этом тензорезисторы размещены на указанных перегородках с возможностью измерения двумя тензорезисторами сжимающих деформаций, а двумя другими тензорезисторами - растягивающих деформаций.1. A strain gauge force sensor containing a force-sensing element in the form of a beam with a rectangular cross-section, having two end support parts and a force-receiving part located between them, connected to the end support parts by means of elastic elements provided with strain gauges, while in the lateral longitudinal walls of the force-sensing element two recesses are made in the form of cylindrical nests of the same diameter and depth symmetrically arranged relative to the axis of the force-receiving part of the same diameter with m of two pairs of identical counter-directed non-through recesses, separated by vertical load-bearing partitions with four strain gauges placed on them, characterized in that each strain gauge is made in the form of one diametrically located strain gages, while strain gages are placed on these partitions with the possibility of measuring two strain gages, and two other strain gages - tensile deformations. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические гнезда выполнены в боковых продольных стенках силовоспринимающего элемента с частичным расположением гнезд в силоприемной и концевых опорных частях.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the cylindrical nests are made in the lateral longitudinal walls of the power-receiving element with a partial arrangement of the nests in the power receiving and end support parts.
RU2017146332U 2017-12-27 2017-12-27 Strain gage force sensor RU179728U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146332U RU179728U1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Strain gage force sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146332U RU179728U1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Strain gage force sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU179728U1 true RU179728U1 (en) 2018-05-23

Family

ID=62203167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146332U RU179728U1 (en) 2017-12-27 2017-12-27 Strain gage force sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU179728U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459863A (en) * 1982-08-09 1984-07-17 Safelink Ab Shear beam load cell
RU2145700C1 (en) * 1999-07-20 2000-02-20 Меньщиков Валентин Александрович Load-receiving device of balance
RU58521U1 (en) * 2006-08-01 2006-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" DEVICE FOR SUSPENDING A STICK ON A LIFT WITH A CONTROL FOR WEIGHT OF A STICK
RU102997U1 (en) * 2010-10-21 2011-03-20 Александр Васильевич Ерзутов POWER SENSOR

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4459863A (en) * 1982-08-09 1984-07-17 Safelink Ab Shear beam load cell
RU2145700C1 (en) * 1999-07-20 2000-02-20 Меньщиков Валентин Александрович Load-receiving device of balance
RU58521U1 (en) * 2006-08-01 2006-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" DEVICE FOR SUSPENDING A STICK ON A LIFT WITH A CONTROL FOR WEIGHT OF A STICK
RU102997U1 (en) * 2010-10-21 2011-03-20 Александр Васильевич Ерзутов POWER SENSOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2000026625A8 (en) Method and apparatus for measuring torque
CN106523008B (en) Anchor rod stress measuring, reading and early warning device and use method
US3754610A (en) Load cell
CN104685314A (en) Strain transmitter
CN110553768A (en) Novel shear beam tension and compression force measuring sensor
KR20110046628A (en) 3-axis sensor structure using force sensor and method of measuring force and moment therewith
EP3025129B1 (en) Flex circuit interface for strain gauges
RU179728U1 (en) Strain gage force sensor
CN112284241A (en) Strain pressure sensor
US4491027A (en) Wide-range load cell
ATE390622T1 (en) DEVICE FOR MEASURING LOADS ON ROTATING COMPONENTS
CN102116697A (en) Center-of-gravity measurement module and action induction module
RU100245U1 (en) EFFORT SENSOR TENSOMETRIC
RU102997U1 (en) POWER SENSOR
CN208270118U (en) A kind of hydraulic steel gate of integrated hoisting capacity detection function
RU178060U1 (en) Strain gauge dynamometer
RU58521U1 (en) DEVICE FOR SUSPENDING A STICK ON A LIFT WITH A CONTROL FOR WEIGHT OF A STICK
CN210198632U (en) Double-range pressure sensor
RU2445252C1 (en) Hoisting crane load limiter
RU167644U1 (en) Force sensor
RU48183U1 (en) LOAD CRANE LOAD LIMITER
RU2339566C1 (en) Device for suspension and mass control of hoist working platform
KR102498987B1 (en) Load detection device
CN111780836B (en) Strain bridge, elastic variable measuring unit comprising strain bridge and mounting method of elastic variable measuring unit
RU178980U1 (en) Device for determining the load on the cradle of the lift