Расчет мембранного упругого элемента тензорезисторного датчика силы

Задача производительного и точного взвешивания грузов, перевозимых на автомобильном и железнодорожном транспорте, остается актуальной и требует совершенствования специализированного весоизмерительного оборудования. В статье предложен новый подход, позволяющий рассчитать и спроектировать силоизмерительный мембранный упругий элемент датчика силы, применяемый в промышленных весах, современными методами компьютерного моделирования. Описаны причины погрешности датчика. Рассмотрена возможность снижения нелинейности упругой характеристики и гистерезиса, обусловленные геометрической нелинейностью и сухим трением в опорах. Методами конечно-элементного моделирования определены рациональные геометрические параметры упругого элемента, позволяющие существенно снизить погрешности измерений. Результаты исследования внедрены в практику расчета и проектирования реальных конструкций.

Литература

[1] Ştefãnescu D.M. Handbook of force transducers: principles and components. Berlin, Springer-Verlag, 2011, 612 p.

[2] Осадчий Е.П., ред. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Москва, Машиностроение, 1979, 480 с.

[3] Костиков К., Чукан Й. Тензометрические датчики силы. Компоненты и технологии, 2010, № 1, с. 16—18.

[4] Frederick P. Hohnstadt, John D. Davis. Method for designing a load cell. Пат. США 6351998, МПК G01N 19/00, 2002.

[5] Titus S.S.K., Kamlesh K., Jain S.K. Dhulkhead and Poonam Yadav, Design and development of precision artifact for dissemination of low forces of 1N and 2N. XIX IMEKO World Congress, Fundamental and Applied Metrology, September 6—11, 2009, Lisbon, Portugal.

[6] Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. Москва, Машиностроение, 1980, 326 с.

[7] Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. Москва, Едиториал УРСС, 2004, 272 с.

[8] Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. Москва, Мир, 1975, 541 с.

[9] Гаврюшин С.С., Барышникова О.О., Борискин О.Ф. Численные методы в динамике и прочности машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012, 492 с.

[10] Robinson G.M. Finite element modelling of load cell hysteresis, Measurement, 1997, vol. 20, issue 2, рp. 103—107.

[11] Троицкий В.А., Петухов Л.В. Оптимизация формы упругих тел. Москва, Наука, 1982, 432 с.

[12] Kamble V.A., Gore P.N. Use of FEM and photo elasticity for shape optimisation of S type load cell. Indian Journal of Science and Technology, 2002, vol. 5, no. 3 (Mar 2012).