личину Е t . Деформація УЕ сприймається встановленим на нього тензорісторамі, які змінюють свій опір на величину E k відносних одиниць. Відносна зміна опору тензорезистора вимірювальної ланцюгом перетворюється на величину вихідного сигналу U вих . У тензорезисторних датчиках сили набули поширення дві вимірювальні ланцюга: нерівноважний міст і дільник напруги, який застосовується в тих випадках, коли обмежені габарити датчика або якщо потрібно вимірювати тільки динамічну складову.
На конструкцію датчика сили, його характеристики істотно впливає конструкція пружного елемента. Залежно від цього датчики сили можна поділити на датчики з стрижневим, кільцевим, мембранним, балковим, пружним елементом.
Датчик з стрижневим пружним елементом складається з циліндричного пружного елемента, на зовнішній поверхні якого встановлені тензорезистори та компенсаційні опору, силовий і допоміжної подушок, монтажної колодки, кожуха і роз'єму. Пружний елемент має хвостовик, призначений для кріплення датчика на об'єкті вимірювання. На нижній частині пружного елемента передбачена виточка для кріплення кожуха і майданчик для установки роз'єму. Силова та допоміжні подушки контактують між собою по сферичній поверхні. Вимірювана сила прикладається до силової подушці і передається через сферичний контакт допоміжної подушці і пружному елементу, деформуються під дією цієї сили. Пружний елемент залежно від межі вимірювання сили може бути виконаний і у вигляді суцільного стрижня.
У конструкції датчика сили з кільцевим пружним елементом замість стрижня встановлено кільце з двома жорсткими ділянками вздовж вертикального діаметру, тобто вздовж напрямку дії сили. Тензорезистори приклеєні на внутрішній і зовнішньої поверхні кільця, на лінії горизонтального діаметра.
Датчик сили з мембранним пружним елементом. Вимірювана сила прикладається до силової подушці, утримуваної між кришкою і жорстким центром мембрани, пружиною. В результаті дії сили мембранний УЕ деформується. Радіальні деформації мембрани сприймаються наклеєними на неї тензорезисторами, зібраними у бруківку ІЦ, вхід і вихід якої виведені на роз'єм. Різьбовий хвостовик призначений для кріплення датчика на об'єкті. p> Датчик сили з балковим УЕ. Основним вузлом цього датчика є чутливий елемент виконаний у вигляді балки рівного перетину, з жорстко закладеним одним кінцем, з наклеєними на верхню і нижню частини її, тензорезисторами. Вимірювана сила прикладається до штоку, закріпленому на другому кінці балки.
2.5 Вибір тензорезистора
Тип тензорезіетора заданий у таблиці вихідних даних. Для цього типу характерні наступні параметри:
• Гранична вимірювана деформація Оµ = 0,003
• Коефіцієнт тензочутливості S = l, 9 .. 2,3. p> • Номінальний опір R = 100 - 400 Ом
• Розміри: база - З, довжина - L, ширина - В.
Позначення тензорезистора включає в себе основні його характеристики. КФ5П1-3-100 Б12 - тензорезистор КФ5, прямокутний, база-3 мм, опір 100 Ом, група якості Б, термокомпенсірованний для сталі. 12 - температурний коефіцієнт лінійного розширення сталі, без множника.
2.6 Вибір і розрахунок пружного елемента
1) Вибір конструктивної схеми УЕ і схеми установки тензорезисторів.
За допомогою УЕ зусилля F перетвориться в деформацію. У тензорізісторних датчиках найбільшу поширення набули такі форми пружного елемента, як кільце, стрижень, мембрана, балка. Ці УЕ володіють різними чутливістю і швидкодією. p> Найбільш вдало питання закріплення кінців УЕ (стабілізації точки) вирішені в конструкції УЕ у вигляді кільця. Завдання ж отримання однакових за величиною деформацій різних знаків може бути забезпечена геометрією жорстких ділянок.
Рисунок 2 - Датчик сили
2) Вибір ширини кільця:
Ширина кільця в 1,2 більше ширини тензорезистора, значить
h = 1,2 * b = 1,2 * 4,7 * 10 -3 = 5,64 * 10 -3 м.
3) Вибір матеріалу пружного елемента.
Матеріал пружного елемента - сталь 36НХТЮ (E = 2, l * 10 11 Па). Це високоякісна сталь, має хороші пружні характеристики і дуже часто застосовується для виготовлення пружних елементів.
Значення R 0 визначається із залежності:
,
де У k - конструктивний коефіцієнт чутливості.
Е - модуль пружності матеріалу пружного кільця. Зазвичай його виготовляють із сталі маркі36НХТЮ, для якого Е = 2,1 * 10 11 Па;
F - максимальне значення вимірюваної сили;
h - товщина кільця. Якщо кільце має перетин форми кола, то h = b;
b - ширина кільця, b = Rb-Rh.
B k = 0,6;
F = 50 H;
Е = 2,1 * 10 11 Па
Тоді:
В
Зовнішній і внутрішній радіуси знайдемо з співвідношень:
В В
...
