7. ДАТЧИКИ СИЛЫ

В датчике силы воспринимающий узел, включающий чувствительный элемент и механическим преобразователь, создает упругую силу, которая уравновешивает измеряемую силу Поэтому воспринимающий узел часто называют упругим элементом Деформация упругого элемента или относительное перемещение его частей является входным сигналом МЭП Если применен МЭП, чувствительный к механическому напряжению, то он одновременно выполняет функции упругого элемента

Наиболее часто в датчиках силы используют тензорезнсторные преобразователи Вследствие малости их размеров и возможности расположения даже на цилиндри ческой поверхности упругому элементу удается придать оптимальные форму и свойства, повышающие точность измерений, требования к которой высоки [36] В датчиках малых сил изгибаемый упругий элемент изготовлен из специальных сплавов с повышенными стабильностью и линейностью упругих характеристик. Датчики больших сил имеют упругий элемент, работающий на сжатие-растяжение. Конструкции упругих элементов с высокими метрологическими характеристиками сложны (рис. 18). Этим достигается малость влияний температуры, поперечных сил и моментов, давления окружающей среды.

Рис. Тензорезисторный датчик силы: 1 — механический преобразователь силы в деформацию, 2 — теизорезисторы

Рис. 19. Пьезоэлектрический датчик переменной силы: 1 - присоединительный штырь; 2 — основание, 3 — пьезоэлемеиты, 4 — кабель

Деформации упругого элемента под действием измеряемой силы определяют с помощью металлических или (реже) полупроводниковых тензорезисторов. В некоторых прецизионных датчиках не слишком быстро изменяющихся сил применяют струнные резонаторные МЭП [29]

В датчиках знакопеременных сил целесообразно использовать пьезоэлектрический МЭП, совмещающий функции всех преобразователей (рис 19). Разновидностью Подобного датчика является импедансная головка, в состав которой входит также Датчик ускорения. При возбуждении вибраций объекта от внешнего источника, жестко соединенного с корпусом головки, последняя измеряет одновременно действующую силу и вызванное ею виброускорение. Импедансные головки особенно удобны для определения частотных характеристик объектов (см гл. XIV).

В датчиках малых сил эффективно используют пьезооптический МЭП, имеющий высокую чувствительность [33] Известны также индуктивные, механотронные и Другие датчики силы [3, 25]. Большинство выпускаемых датчиков предназначено для измерения силы сжатия, однако имеется достаточно много разновидностей датчиков, измеряющих силы обоих знаков Погрешность измерения переменных сил может составлять десятые доли процента.

Диапазоны измерения лежат в интервале от 0,1 до но наиболее часто Датчики силы имеют диапазон порядка Рабочие температуры от а температурная погрешность в несколько более узком диапазоне

доходит до 0,01 % на Габариты и масса определяются уровнем измеряемых сил и поэтому могут быть достаточно велики. Рабочий диапазон частот датчика силы зависит в первую очередь от собственной частоты воспринимающего узла, который при расчете приходится рассматривать как имеющий распределенные параметры [36]. Она обычно лежит в интервале от нескольких сот до нескольких тысяч герц, увеличиваясь вместе с диапазоном измерения датчика. Исключение составляют только пьезоэлектрические датчики силы, собственная частота которых значительно выше Однако при эксплуатации упругий элемент датчика оказывается нагруженным присоединенной массой объекта, поэтому верхняя граница диапазона частот, в котором погрешность измерения силы близка к номинальной, может быть значительно ниже паспортной.