專利名稱：一種負(fù)荷傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器，尤其是涉及一種負(fù)荷傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的負(fù)荷測力傳感器大多是應(yīng)變式傳感器，其原理是受力后彈性體形變使得應(yīng)變計(jì)形變，將力信號改變成為我們可以測量的應(yīng)變電壓信號。傳感器種類繁多目前常見的就其受力形式分為拉壓力傳感器(柱式，板環(huán)式，筒式等)，彎曲式(等強(qiáng)梁，方框梁)，剪切式(輪輻式，方梁，圓截面工字梁等)。力傳感器在使用過程中經(jīng)常會受到側(cè)向力的干擾，影響傳感器正向力的測量精度，有些側(cè)向力過大還會導(dǎo)致彈性體的永久性形變。常見的負(fù)荷傳感器為了減少側(cè)向力的影響在力承壓面采用球面承壓頭，這種結(jié)構(gòu)雖然可將側(cè)向力的影響控制在一個非常小范圍內(nèi)，但并不能承受強(qiáng)力的側(cè)向力，為了使這種結(jié)構(gòu)的力傳感器能夠工作在側(cè)向力較大的環(huán)境中，一般需要在力傳感器和被測力結(jié)構(gòu)之間安裝輔助保護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣對應(yīng)用非常不便，不適合于安裝在空間狹小或環(huán)境惡劣的場所。中國專利ZL200920172370. 8提供一種稱重、負(fù)荷傳感器，彈性體內(nèi)裝有應(yīng)變計(jì)元件，應(yīng)變計(jì)元件所接的導(dǎo)線通出于彈性體外，在彈性體的中部開有一貫通的聯(lián)接孔，聯(lián)接孔的兩側(cè)各有一組以上的應(yīng)變計(jì)元件。該實(shí)用新型在使用時與載荷承重端能可靠聯(lián)接，從而避免二者間產(chǎn)生位移，保證稱重精度，它可廣泛用于散裝水泥罐的稱重以及電子軌道衡、淺坑基或無坑基式電子汽車衡、天車秤以及各種電子地上衡等測力稱重系統(tǒng)中。中國專利CN1161743公開一種負(fù)荷傳感器基板及負(fù)荷傳感器，其強(qiáng)度高、測定精度高，而且結(jié)構(gòu)簡單。包括用金屬制的圓板，在該圓板上，設(shè)有以圓板中心為交點(diǎn)的正交軸為對稱線的四個小孔，同時還在相鄰的小孔之間，設(shè)置感度方向與正交軸方向一致的應(yīng)變片。另外，負(fù)荷傳感器基板固定設(shè)置在銷的凹部內(nèi)，并通過塞將凹部上部封住、與銷結(jié)合成一體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可應(yīng)用于狹小空間和環(huán)境惡劣的場所，抗側(cè)向力干擾能力強(qiáng)，負(fù)荷噸位大的負(fù)荷傳感器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明設(shè)有受力彈性本體、應(yīng)變計(jì)組和底蓋；受力彈性本體設(shè)有中心通孔，中心通孔為上大下小階梯式的中心通孔，受力彈性本體由上至下依次設(shè)有受力平臺、力導(dǎo)向柱和階梯式的基座，受力平臺、力導(dǎo)向柱和基座為同軸設(shè)置；受力平臺設(shè)有環(huán)狀受力平面，中心通孔的臺階面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱內(nèi)壁底部向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向角；基座為二層階梯式基座，基座上層表面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱外壁底部周邊向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽，基座下層表面設(shè)有沿基座上層外壁底部周邊向下延伸的環(huán)狀應(yīng)力隔離槽，基座底部設(shè)有環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)狀應(yīng)力釋放槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)形貼片面，環(huán)狀凹槽側(cè)壁上設(shè)有與基座下層外周連通的引線孔；應(yīng)變計(jì)組設(shè)于環(huán)形貼片面上，應(yīng)變計(jì)組的引線經(jīng)引線孔外接測量電路或應(yīng)變儀；底蓋設(shè)于基座底面，底蓋與受力彈性本體固連。 所述受力彈性本體優(yōu)選為40CrNiMoA或0Crl7Ni4Cu4Nb。
所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向角最好為契狀環(huán)形力導(dǎo)向角。所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向角旁最好還設(shè)有第二環(huán)狀力導(dǎo)向角，所述第二環(huán)狀力導(dǎo)向角最好為契形環(huán)狀力導(dǎo)向角。所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽旁最好還設(shè)有第二環(huán)狀力導(dǎo)向槽，所述環(huán)狀力導(dǎo)向槽最好為契形環(huán)狀力導(dǎo)向角。所述環(huán)狀凹槽外側(cè)壁底部最好還設(shè)有環(huán)狀拉伸槽，所述環(huán)狀凹槽內(nèi)側(cè)壁底部最好還設(shè)有環(huán)狀壓縮槽，環(huán)狀拉伸槽最好為契形環(huán)狀拉伸槽，環(huán)狀壓縮槽最好也為契形環(huán)狀壓縮槽。所述底蓋最好設(shè)有定位孔。底蓋最好通過高強(qiáng)度螺栓與受力彈性本體固連。所述環(huán)狀應(yīng)力釋放槽最好為環(huán)狀凹弧形應(yīng)力釋放槽。所述應(yīng)變計(jì)可為電阻式應(yīng)變計(jì)，所述應(yīng)變計(jì)下方最好設(shè)有環(huán)狀密封板，環(huán)狀密封板固于所述基座底部的環(huán)狀凹槽中。所述環(huán)形貼片面最好設(shè)有內(nèi)環(huán)貼片平面和外環(huán)貼片平面，所述應(yīng)變計(jì)組的應(yīng)變計(jì)數(shù)量最好為如片(η為非0自然數(shù))，應(yīng)變計(jì)可設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面和/或外環(huán)貼片平面上。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn)當(dāng)力作用在受力彈性本體的受力平臺上時，力會沿著力導(dǎo)向柱，配合力導(dǎo)向槽和力導(dǎo)向角，準(zhǔn)確地傳遞到下部的基座上。由于基座設(shè)有環(huán)狀拉伸槽和壓縮槽，以及環(huán)狀應(yīng)力釋放槽，這樣使設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面上和外環(huán)貼片平面上的應(yīng)變計(jì)位置為應(yīng)變響應(yīng)最為靈敏的位置。當(dāng)受力彈性本體自身發(fā)生形變時，設(shè)于外環(huán)貼片平面上的應(yīng)變計(jì)為拉伸狀態(tài)，設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面上的應(yīng)變計(jì)為壓縮狀態(tài)，同時應(yīng)力隔離槽還能有效的保護(hù)應(yīng)力的隔離，可有效隔離對于基座的側(cè)向力，保證正向壓力完全作用于貼有應(yīng)變計(jì)的內(nèi)環(huán)貼片平面和外環(huán)貼片平面上。通過應(yīng)變計(jì)與外部應(yīng)變儀或應(yīng)變測量電路相連接，即可測量出各應(yīng)變計(jì)位置的應(yīng)變差，從而測量出構(gòu)件受力狀況。由于環(huán)境溫度的變化不會影響到應(yīng)變差，所以本發(fā)明傳感器對溫度變化不敏感，測量結(jié)果基本不受環(huán)境溫度的影響。為了使本發(fā)明的傳感器更能滿足防水和氣密的要求，可以對其進(jìn)行更徹底的密封，可在應(yīng)變計(jì)下方所設(shè)的環(huán)狀密封板處采用硅膠將應(yīng)變計(jì)和線路全部密封，在接合處封涂樹脂，保證密封效果。另外，本發(fā)明能顯著提高負(fù)載能力，量程能滿足loot以上，同時高度可以顯著降，非常適合于工業(yè)上狹小空間位置的安裝。由于傳感器內(nèi)部的各應(yīng)變測試點(diǎn)對于側(cè)向力不敏感，因此在使用中對側(cè)向力的干擾有很強(qiáng)的抑制能力，克服了以往傳感器易受側(cè)向力干擾的缺點(diǎn)。該傳感器可適用于各種大噸位的測力及稱重，可在潮濕，鹽霧，甚至水下等惡劣環(huán)境中工作。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1去掉底蓋后的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1和2，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有受力彈性本體1、應(yīng)變片組(8片應(yīng)變計(jì)21組成) 和底蓋3。受力彈性本體1設(shè)有中心通孔13、14和11，中心通孔13、14和11為上大下小階梯式的同軸中心通孔。受力彈性本體1由上至下依次設(shè)有同軸的受力平臺11、力導(dǎo)向柱12 和階梯式的基座10。受力平臺11設(shè)有環(huán)狀受力平面111，中心通孔13的底面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱12內(nèi)壁底部斜向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向角131和位于第一環(huán)狀力導(dǎo)向角131旁的第二環(huán)狀力導(dǎo)向角132，第一環(huán)狀力導(dǎo)向角131為方向朝外的契形環(huán)狀力導(dǎo)向角，第二環(huán)狀力導(dǎo)向角132為方向朝內(nèi)的契形環(huán)狀力導(dǎo)向角?；?0為二層階梯式基座，基座10上層表面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱12外壁底部周邊向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽101和位于第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽101旁的第二環(huán)狀力導(dǎo)向槽102，第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽101為方向朝內(nèi)的契形環(huán)狀力導(dǎo)向槽，第二環(huán)狀力導(dǎo)向槽102為方向朝外的契形環(huán)狀力導(dǎo)向槽?；?0下層表面設(shè)有沿基座10上層外壁底部周邊向下延伸的環(huán)狀應(yīng)力隔離槽103，環(huán)狀應(yīng)力隔離槽103采用矩形環(huán)狀凹槽?；?0底部設(shè)有環(huán)狀凹槽100，環(huán)狀凹槽100底部設(shè)有環(huán)狀應(yīng)力釋放槽104， 環(huán)狀應(yīng)力釋放槽104為環(huán)狀凹弧形應(yīng)力釋放槽。環(huán)狀凹槽100底部設(shè)有內(nèi)環(huán)貼片平面BC 和外環(huán)貼片平面AD，環(huán)狀凹槽100側(cè)壁上設(shè)有與基座10下層外周壁連通的引線孔105。在所述內(nèi)環(huán)貼片平面BC上和外環(huán)貼片平面AD上均等間距設(shè)4片應(yīng)變計(jì)21 (間隔90度)，內(nèi)環(huán)貼片平面BC上的4片應(yīng)變計(jì)21與外環(huán)貼片平面AD上的4片應(yīng)變計(jì)21 —一對應(yīng)同相位角。應(yīng)變計(jì)組的引線(圖中未畫出)經(jīng)引線孔105外接測量電路或應(yīng)變儀。環(huán)狀凹槽100 外側(cè)壁底部還設(shè)有環(huán)狀拉伸槽106，環(huán)狀拉伸槽106為方向朝外的契形環(huán)狀拉伸槽，環(huán)狀凹槽100內(nèi)側(cè)壁底部還設(shè)有環(huán)狀壓縮槽107。環(huán)狀壓縮槽107為方向朝內(nèi)的契形環(huán)狀拉伸槽。 底蓋3設(shè)于基座10底面，底蓋3為圓環(huán)式底蓋，底蓋3設(shè)有中心孔31和4個定位孔32，通過高強(qiáng)度螺栓(圖中未畫出)穿過底蓋中心孔31和受力彈性本體1中心孔11、14和13，將底蓋3與受力彈性本體1固連。受力彈性本體為40CrNiMoA(或?yàn)?Crl7Ni4Cu4Nb)。為了使傳感器更能滿足防水和氣密的要求，在各應(yīng)變計(jì)21下方設(shè)有環(huán)狀密封板(圖中未畫出)， 環(huán)狀密封板固于環(huán)狀凹槽100內(nèi)，采用硅膠將應(yīng)變計(jì)和線路全部密封，在環(huán)狀密封板與環(huán)狀凹槽100接合處封涂樹脂，這樣可切實(shí)保證密封效果。本實(shí)施例是一種電阻應(yīng)變式的負(fù)荷傳感器(力傳感器)，基座10下層外徑為沈5讓，受力彈性本體1高度為88mm。環(huán)狀受力平面111內(nèi)徑為114mm，外徑為136mm，環(huán)狀受力平面111凸起1mm。底蓋3內(nèi)徑為80mm，外徑為175mm。在外力作用下，各片應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值通過測量電路將以電壓信號的形式輸出，通過信號電纜與顯示儀表相連。使用時，當(dāng)力作用在受力彈性本體1的受力平臺11上時，力會沿著力導(dǎo)向柱12，配合力導(dǎo)向槽101和102及力導(dǎo)向角131和132，準(zhǔn)確地傳遞到下部的基座10上。由于基座 10設(shè)有拉伸槽106、壓縮槽107和應(yīng)力釋放槽104，這樣使設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面BC上和外環(huán)貼片平面AD上的應(yīng)變計(jì)位置為應(yīng)變響應(yīng)最為靈敏的位置。當(dāng)受力彈性本體1自身發(fā)生形變時，設(shè)于外環(huán)貼片平面AD上的4個應(yīng)變計(jì)21為拉伸狀態(tài)，設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面BC上的4個應(yīng)變計(jì)21為壓縮狀態(tài)，同時應(yīng)力隔離槽104還能有效的保護(hù)應(yīng)力的隔離，可有效隔離對于基座10的側(cè)向力，保證正向壓力完全作用于貼有應(yīng)變計(jì)的內(nèi)環(huán)貼片平面BC和外環(huán)貼片平面AD上。通過應(yīng)變計(jì)21與外部應(yīng)變儀或應(yīng)變測量電路相連接，即可測量出各應(yīng)變計(jì)21所處位置的應(yīng)變差，從而測量出構(gòu)件受力狀況。由于環(huán)境溫度的變化不會影響到應(yīng)變差，所以本發(fā)明傳感器對溫度變化不敏感。本發(fā)明的量程能達(dá)IOOt以上。 本實(shí)施例的應(yīng)變片組的應(yīng)變計(jì)數(shù)量為8片，即應(yīng)變計(jì)數(shù)量為如片(η為2)，原則上來說，應(yīng)變計(jì)數(shù)量越多測量精度越高。應(yīng)變計(jì)也可均貼在內(nèi)環(huán)貼片平面BC或外環(huán)貼片平面 AD上(數(shù)量仍為如片)，但應(yīng)選擇不同結(jié)構(gòu)的應(yīng)變計(jì)(如一半為徑向、一半為切向的應(yīng)變計(jì))。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)荷傳感器，包括受力彈性本體、應(yīng)變計(jì)組和底蓋；其特征在于受力彈性本體設(shè)有中心通孔，中心通孔為上大下小階梯式的中心通孔，受力彈性本體由上至下依次設(shè)有受力平臺、力導(dǎo)向柱和階梯式的基座，受力平臺、力導(dǎo)向柱和基座為同軸設(shè)置；受力平臺設(shè)有環(huán)狀受力平面，中心通孔的臺階面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱內(nèi)壁底部向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向角；基座為二層階梯式基座，基座上層表面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱外壁底部周邊向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽，基座下層表面設(shè)有沿基座上層外壁底部周邊向下延伸的環(huán)狀應(yīng)力隔離槽， 基座底部設(shè)有環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)狀應(yīng)力釋放槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)形貼片面，環(huán)狀凹槽側(cè)壁上設(shè)有與基座下層外周連通的引線孔；應(yīng)變計(jì)組設(shè)于環(huán)形貼片面上，應(yīng)變計(jì)組的引線經(jīng)引線孔外接測量電路或應(yīng)變儀；底蓋設(shè)于基座底面，底蓋與受力彈性本體固連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述受力彈性本體為40CrMMOA 或0Crl7Ni4Cu4Nb。
3.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向角為契狀環(huán)形力導(dǎo)向角。
4.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向角旁設(shè)有第二環(huán)狀力導(dǎo)向角，第二環(huán)狀力導(dǎo)向角為契形環(huán)狀力導(dǎo)向角。
5.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽旁設(shè)有第二環(huán)狀力導(dǎo)向槽，所述第二環(huán)狀力導(dǎo)向槽為契形環(huán)狀力導(dǎo)向角。
6.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述環(huán)狀凹槽外側(cè)壁底部設(shè)有環(huán)狀拉伸槽，所述環(huán)狀凹槽內(nèi)側(cè)壁底部設(shè)有環(huán)狀壓縮槽；環(huán)狀拉伸槽為契形環(huán)狀拉伸槽，環(huán)狀壓縮槽為契形環(huán)狀壓縮槽。
7.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述環(huán)狀應(yīng)力釋放槽為環(huán)狀凹弧形應(yīng)力釋放槽。
8.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述應(yīng)變計(jì)下方設(shè)有環(huán)狀密封板，環(huán)狀密封板固于所述基座底部的環(huán)狀凹槽中。
9.如權(quán)利要求1所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述環(huán)形貼片面設(shè)有內(nèi)環(huán)貼片平面和外環(huán)貼片平面，所述應(yīng)變計(jì)組的應(yīng)變計(jì)數(shù)量為如片，η為非0自然數(shù)，各應(yīng)變計(jì)設(shè)于內(nèi)環(huán)貼片平面和/或外環(huán)貼片平面上。
10.如權(quán)利要求1或9所述的一種負(fù)荷傳感器，其特征在于所述應(yīng)變計(jì)為電阻式應(yīng)變計(jì)。
全文摘要
一種負(fù)荷傳感器，涉及傳感器。設(shè)有受力彈性本體、應(yīng)變計(jì)組和底蓋；受力彈性本體設(shè)有中心通孔，受力彈性本體由上至下設(shè)受力平臺、力導(dǎo)向柱和階梯式的基座，三者同軸設(shè)置；受力平臺設(shè)有環(huán)狀受力平面，中心通孔的臺階面設(shè)沿力導(dǎo)向柱內(nèi)壁底部向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向角；基座為二層階梯式基座，基座上層表面設(shè)有沿力導(dǎo)向柱外壁底部周邊向下延伸的第一環(huán)狀力導(dǎo)向槽，基座下層表面設(shè)有沿基座上層外壁底部周邊向下延伸的環(huán)狀應(yīng)力隔離槽，基座底部設(shè)有環(huán)狀凹槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)狀應(yīng)力釋放槽，環(huán)狀凹槽底部設(shè)有環(huán)形貼片面，環(huán)狀凹槽側(cè)壁上設(shè)有與基座下層外周連通的引線孔；應(yīng)變計(jì)組設(shè)于環(huán)形貼片面上，應(yīng)變計(jì)組的引線經(jīng)引線孔外接測量電路或應(yīng)變儀。
文檔編號G01G3/13GK102410864SQ20111021247
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者徐光源, 徐天寶, 陳梅紅 申請人:莆田市力天量控有限公司