ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

В тензорезисторном датчике вектора силы, содержащем корпус, цилиндрический упругий элемент с размещенными на нем тензорезисторными мостами для измерения осевой и поперечных составляющих вектора силы, а также силоопорную и силовоспринимающую части, при этом силоопорная часть выполнена диаметром (1,2-1,3)d и высотой (0,3-0,4)d, где d - диаметр упругого элемента. Высота упругого элемента от силоопорной до силовоспринимающей поверхности составляет (2,5-2,7)d, два тензорезисторных моста измерения осевой составляющей вектора силы размещены в поперечном сечении упругого элемента, находящемся на расстоянии (1,85-1,90)d от силоопорной поверхности, со смещением относительно друг друга на 90 o , два тензорезисторных моста измерения поперечной составляющей вектора размещены в этом же сечении также со смещением на угол 90 o относительно друг друга.

Кроме того, с целью повышения точности измерения осевой составляющей вектора силы и определения точки его приложения, тензорезиторный датчик вектора силы снабжен двумя дополнительными тензорезисторными мостами измерения поперечной составляющей вектора силы, размещенными в дополнительном сечении на расстоянии (0,8-0,9)d от мостов первого сечения в направлении силоопорной поверхности и имеющие топологию наклейки аналогичных тензомостов в первом сечении.

Выполнениетензорезисторного датчика силы с цилиндрическим упругим элементом с указанным соотношением размеров позволяет повысить помехоустойчивость поперечного сечения, в котором размещены тензорезисторы измерения осевой составляющей вектора силы к влиянию неинформативного изгибающего момента от действия поперечных составляющих вектора силы и его внецентрового приложения.

Необходимость применения двух тензомостов, повернутых друг относительно друга на 90 o, обусловлена влиянием на показания осевых тензомостов изгибающих компонент вектора силы, действующих под любым азимутным углом, к плоскостям расположения тензорезисторов. Применение тензомостов, измеряющих поперечные составляющие вектора силы и расположенных в дополнительном сечении упругого элемента, позволяет определить эксцентриситет точки приложения силы.

Сущность датчика вектора силы поясняется графическим материалом (см. чертеж), на котором приняты следующие обозначения:

1 - силовоспринимающая часть упругого элемента;

2 - цилиндрический упругий элемент;

3 - первое поперечное сечение;

4 - тензомосты осевых составляющих вектора силы;

5 - тензомосты поперечных составляющих вектора силы;

6 - дополнительное сечение упругого элемента;

7 - тензомосты поперечных составляющих вектора силы в дополнительном сечении;

8 - силоопорна часть упругого элемента;

d - диаметр упругого элемента:

a - угол, под которым сила воздействует на чувствительный элемент датчика;

а - эксцентриситет (расстояние от оси датчика до точки приложения вектора силы).

Предложенная конструкция датчика силы работает следующим образом. При воздействии на датчик вектора силы под углом a упругий элемент 2 испытывает как сжимающее, так и изгибающее воздействие данного вектора. Сжатие чувствительного элемента по оси воспринимается тензорезисторными мостами 4, расположенными в сечении 3 на расстоянии (1,85-1,90)d от силоопорной части датчика. Тензомосты 4 дублируют друг друга, что повышает достоверность и надежность измерения осевой составляющей вектора силы. Под воздействием поперечной составляющей вектора силы, появляются изгибающие моменты, величина которых измеряется тензорезисторами мостов 5 и 7, расположенными в основном 3 и дополнительном 6 сечениях соответственно, по показаниям которых определяют эксцентриситет точки приложения вектора силы к упругому элементу 2 датчика.

Из анализа результатов испытаний экспериментальных образцов заявляемого датчика установлено:

- нелинейность и гистерезис выходного сигнала датчика при измерении осевой нагрузки не превышает 0,07-0,1%;

- величина среднеквадратичного отклонения случайной составляющей погрешности каналов измерения осевой составляющей вектора силы не превышает 0,12%;

- нелинейность и гистерезис выходного сигнала канала измерения поперечных составляющих вектора силы датчиков находятся в пределах: 0,07-0,54% и 0,09-0,68% соответственно для основных (первое поперечное сечение) и дополнительных (второе сечение) тензомостов.

Таким образом, категория точности экспериментальных образцов датчика вектора силы составляет:

- по каналам измерения осевой составляющей вектора силы - 0,15;

- по каналам измерения поперечных составляющих вектора силы - 1,0.