專利名稱：測(cè)力傳感器以及包括該傳感器的稱重裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電容式測(cè)力傳感器，以及包括該傳感器的稱重裝置。
背景技術(shù)：
測(cè)力傳感器是一種力_電轉(zhuǎn)換器件，廣泛應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ?中，進(jìn)行稱重、測(cè)量受力等。為此，人們發(fā)明了各種各樣的測(cè)力傳感器?，F(xiàn)有的測(cè)力傳感器絕大多數(shù)是采用電 阻式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量。電阻式應(yīng)變計(jì)傳感器及測(cè)量電路的功耗都比較大，如果使用電池供電的話需要頻 繁更換電池。而且，電阻式應(yīng)變計(jì)的初始零點(diǎn)值隨溫度變化而變化，對(duì)于不間斷測(cè)量的情況 會(huì)帶來誤差。電容式稱重傳感器功耗非常低，甚至可以使用太陽能電池供電。如圖1所示，是一 種傳統(tǒng)的電容式稱重傳感器，包含彈性體20，第一電極22，第二電極24，絕緣支架26。其 中，彈性體包含第一受力部30，第二受力部32，應(yīng)變部34。當(dāng)?shù)谝皇芰Σ咳缂^A方向受 力，第二受力就會(huì)如箭頭B方向產(chǎn)生反作用力，同時(shí)應(yīng)變部產(chǎn)生形變，而使第一電極與第二 電極間距離變小，最終實(shí)現(xiàn)第一電極與第二電極間電容值的變化。但是，傳統(tǒng)的電容式稱重 傳感器加工和裝配復(fù)雜，而且需要另外增加金屬罩來進(jìn)行電磁屏蔽，這樣使得成本比較高。 傳感器本身的厚度加上屏蔽罩使得電子秤會(huì)很厚和很笨重。還有，兩個(gè)電極之間的空間是 與環(huán)境空氣相連通的，很容易受到環(huán)境空氣濕度變化而影響測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉和性能穩(wěn)定的電容式測(cè)力傳感 器；另外，還可以解決空氣濕度和成份變化對(duì)電容式測(cè)力傳感器精度的影響。為了實(shí)現(xiàn)這一 目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。按照本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種測(cè)力傳感器，包括彈性體，包含第一受 力部、第二受力部和應(yīng)變部，其中應(yīng)變部的兩側(cè)分別與第一受力部和第二受力部相接，第一 受力部和第二受力部用于承受作用力和反作用力，應(yīng)變部產(chǎn)生相應(yīng)形變；第一電極，與所述 彈性體的第一受力部相對(duì)固定；以及第二電極，與所述彈性體的第二受力相對(duì)固定，并與所 述第一電極相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成電容器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述彈性體的第一受力部、第二受力部和應(yīng)變部是由同一塊金 屬構(gòu)成；并且第二受力部把應(yīng)變部和第一受力部包圍。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述彈性體呈碗狀或盤狀，中部為所述第一受力部，四周部為 所述第二受力部，所述第一受力部與所述第二受力部之間的部分為所述應(yīng)變部。在又一個(gè)實(shí)施例中，所述測(cè)力傳感器還包括氣囊，與第一電極和第二電極間的空 間連通，并且連通的空間構(gòu)成密閉空間；所述氣囊具有冗余空間。 在再一個(gè)實(shí)施例中，在所述第二電極上設(shè)置有通孔，所述氣囊接在所述通孔上，并與所述第一電極相對(duì)處于所述第二電極的另一側(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二電極為PCB板上的覆銅；該P(yáng)CB板固定在第二受力部上。在一個(gè)實(shí)施例中，還包括第三電極，與所述彈性體的第二受力部相對(duì)固定，并與所 述第一電極相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成另一電容器，且與第一電極和第二電極構(gòu)成的電容器串聯(lián)連接。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述第一電極與所述第一受力部是由同一塊金屬構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)變部具有多個(gè)同心的環(huán)狀凹凸。按照本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種稱重裝置，包括按照本發(fā)明實(shí)施例第一 方面的測(cè)力傳感器。其中通過數(shù)值計(jì)算或者多點(diǎn)校機(jī)對(duì)所述傳感器或所述稱重裝置進(jìn)行定標(biāo)。下面將結(jié)合附圖并通過具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。


圖1是按照本現(xiàn)有技術(shù)的電容式測(cè)力傳感器的剖視圖；圖2是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視3是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視圖；圖4是按照本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視圖；圖5是按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視圖；圖6是按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的第二電極與第三電極的布置示意圖；圖7是按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的由第一電極、第二電極和第三電極構(gòu)成的兩個(gè) 電容器的連接示意圖；圖8是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的結(jié)構(gòu)分解圖；圖9是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視圖；圖10是按照本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的剖視圖；圖11是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器的彈性體的剖視圖；圖12是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包括測(cè)力傳感器的稱重裝置的示意圖；圖13是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器彈性體受力方向示意圖。圖14是按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的多點(diǎn)定標(biāo)的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，是按照一個(gè)實(shí)施例的測(cè)力傳感器，包括彈性體100，第一電極102，第 二電極104。其中彈性體100進(jìn)一步包含第一受力部120、第二受力部122和應(yīng)變部124，其 中應(yīng)變部124的兩側(cè)分別與第一受力部120和第二受力部122相接，第一受力部120和第 二受力部122用于承受作用力和反作用力，應(yīng)變部124在力的作用下產(chǎn)生相應(yīng)形變。第一電極102與彈性體100的第一受力部120相對(duì)固定，例如直接附加在第一受 力部120上；第二電極104與第一電極102相對(duì)設(shè)置，并且中間具有間隙，以構(gòu)成電容器。第 二電極104與第二受力部122上相對(duì)固定，例如直接與第二受力部122相接，如圖2所示。 其中彈性體100可以是絕緣體(例如由塑料或尼龍制成)，也可以是導(dǎo)體(例如由金屬制成)。在彈性體100是導(dǎo)體的情況下，第一電極102和第二電極104中的至少一個(gè)與彈性體 100以電隔離方式相對(duì)固定，例如，其中第一電極102通過絕緣墊片107固定在第一受力部 120上，如圖2所示。其中彈性體100的第一受力部120和第二受力部122受到方向相反的作用力和反 作用力后，第一受力部120帶動(dòng)第一電極102向(或背離)第二電極104移動(dòng)，從而使得第 一電極102和第二電極104所構(gòu)成的電容器的電容量發(fā)生變化。根據(jù)該電容量的變化，可 以測(cè)量受力的大小。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖3所示，還包括墊片106 (例如絕緣材料制成的墊片)，第 二電極104通過該絕緣墊片106與第二受力部122相對(duì)固定。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖4所示，第一電極102通過絕緣墊片107固定在第一受力 部120上；第二電極104通過絕緣墊片106固定在第二受力部122上。彈性體與電源的地 連接，這樣可以進(jìn)一步提高傳感器的抗干擾性。在又一個(gè)實(shí)施例中，第二電極104為PCB板上的覆銅，PCB板固定在第二受力部上。 另外，還可以將彈性體100的周緣設(shè)置成包裹住第二電極104的四周，如圖5所示。在一個(gè)實(shí)施例中，除了所述的第二電極104，還包括有第三電極112，第三電極112 也與所述第一電極102相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成另一電容器。例如，在PCB板上，并行設(shè)置兩個(gè)電 極，即第二電極104和第三電極112，如圖6a和b所示。其中第二電極104和第三電極112 的相對(duì)位置可以有多種，例如包括但不限于對(duì)稱設(shè)置(如圖6a所示)以及交叉設(shè)置(如圖 6b所示)。在使用時(shí)，將第三電極112和第一電極102構(gòu)成的電容器與第一電極102和第 二電極104構(gòu)成的電容器串聯(lián)連接，第二電極104與第三電極112構(gòu)成串聯(lián)的兩個(gè)電容器 的兩端，如圖7所示。當(dāng)彈性體100受力發(fā)生形變時(shí)，第二電極104與第三電極112分別與 第一電極102構(gòu)成的兩個(gè)電容量均發(fā)生同方向的變化(即同時(shí)增大或同時(shí)減小)。通過測(cè) 量第二電極102與第三電極112之間的電容量變化來測(cè)定作用力的大小。第一電極102與第二電極104之間的空間可以與周圍大氣連通，但是也可以將其 設(shè)置成密封空間。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖8和圖9所示，測(cè)力傳感器還包括氣囊108，與第一電極102 和第二電極104間的空間連通，并且連通的空間構(gòu)成密閉空間。在另一個(gè)實(shí)施例中，在第二電極104上設(shè)置有通孔110，氣囊108接在通孔110上， 并且氣囊108與第一電極102相對(duì)，處于第二電極104的另一側(cè)，如圖8和圖9所示。其 中氣囊108具有足夠大的冗余空間，例如通過氣囊108上的褶皺等，使得無論是彈性體100 受壓(或受拉)或者環(huán)境溫度或大氣壓發(fā)生變化，氣囊都可以自動(dòng)調(diào)節(jié)容積的大小，始終使 密閉空間的氣壓與外部環(huán)境大氣壓保持相同，并且氣囊108的表面不出現(xiàn)張力。另外，通孔 110可以設(shè)置在第二電極104上的任何地方，也可以設(shè)置在彈性體上任何一個(gè)位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一電極102為附加在彈性體100 —側(cè)的電極板，例如金屬平 板。在這種情況下，第一電極102和第二電極104可構(gòu)成平行板電容器。在再一個(gè)實(shí)施例中，第一電極102為涂覆在彈性體100—側(cè)的膜。例如，通過電 鍍、涂層等，在彈性體100的一側(cè)設(shè)置一層導(dǎo)體膜或金屬膜，作為第一電極102?；蛘?，還可 選的是，第一電極102與第一受力部120是一體，由同一塊金屬構(gòu)成，第一受力部120自身 就是第一電極102。在這種情況下，第一受力部120和第二電極104可構(gòu)成平行板電容器，如圖10所示。在又一個(gè)實(shí)施例中，彈性體100呈碗狀或盤狀，中部凸起為第一受力部120，四周 部為第二受力部122，第一受力部120與第二受力部122之間的部分為應(yīng)變部124。應(yīng)變部 124設(shè)置有多個(gè)同心的環(huán)狀凹凸114，以此來增加彈性，如圖11所示。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一電極102和第二電極104和第三電極112均與彈性體100 絕緣，彈性體100與地線連接，起到電磁和靜電屏蔽作用。在一個(gè)實(shí)施例中，稱重裝置包括按照上述實(shí)施例的測(cè)力傳感器。在使用時(shí)，如圖12 所示，彈性體100四周的第二受力部122固定在稱重裝置的秤體116上，彈性體100中部的 第一受力部120接受被稱物品或者是從地面?zhèn)鬟f過來的作用力，從而使彈性體100的應(yīng)變 部124發(fā)生形變，第一電極102和第二電極104之間的距離發(fā)生變化。其中第一受力部120 可以承受壓力，也可以承受拉力，如圖13a和13b所示。另外，上述稱重裝置還包括轉(zhuǎn)換單元、運(yùn)算處理單元、以及顯示單元等，其中轉(zhuǎn)換 單元將第一電極102和第二電極104構(gòu)成的電容器的電容量的變化轉(zhuǎn)換為彈性體100受力 的大小，其他電路單元對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是容易實(shí)現(xiàn)的，在此不做詳述。在對(duì)測(cè)力傳感器或者使用該傳感器的稱重裝置進(jìn)行定標(biāo)時(shí)，可以通過數(shù)值計(jì)算來 進(jìn)行。例如，對(duì)于第一電極102和第二電極104構(gòu)成平行板電容器的情形，通過將受力的大 小與第一電極102和第二電極104間的距離變化相對(duì)應(yīng)，以及通過將該距離變化與電容量 變化相對(duì)應(yīng)，從而確定電容量的變化與受力的大小之間的關(guān)系。對(duì)于第一電極102和第二電極104不構(gòu)成平行板電容器的情形，通過將第一電極 102和第二電極104分別劃分成彼此相對(duì)應(yīng)的多個(gè)微元，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)應(yīng)的微元可以近似作 為平行板電容器來處理，將所有微平行板電容器的處理結(jié)果相加，就可確定電容量的變化 與受力的大小之間的關(guān)系。其中劃分的微元的數(shù)量根據(jù)測(cè)量精度要求而定，精度要求越高， 微元的數(shù)量越多。另外，實(shí)際生產(chǎn)中，可以通過三點(diǎn)或多點(diǎn)校機(jī)來對(duì)測(cè)力傳感器或者使用該傳感器 的稱重裝置進(jìn)行定標(biāo)，其中的點(diǎn)數(shù)根據(jù)精度要求而定，精度要求越高，點(diǎn)數(shù)越多。例如，把標(biāo) 準(zhǔn)重量的50KG、100KG、150KG所對(duì)應(yīng)的電容值通過A/D變換后存入貯存器，據(jù)此產(chǎn)生三段不 同斜率，如圖14所示，其中實(shí)線為實(shí)際曲線，虛線為校機(jī)曲線，橫軸為壓力(kg)，縱軸為電 容量(F)。當(dāng)重量在0-50KG范圍時(shí)，采用第一段曲線斜率來計(jì)算；類似地，當(dāng)重量在其他范 圍時(shí)，采用其他相應(yīng)的斜率來計(jì)算。以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。在上述 描述中，多處所述的“一個(gè)實(shí)施例”、“再一個(gè)實(shí)施例”、“另一個(gè)實(shí)施例”、“又一個(gè)實(shí)施例”中的 結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在不同實(shí)施例中或者同一個(gè)實(shí)施例中，也可以將其中的若干個(gè)組合在一個(gè)實(shí) 施例中來實(shí)施。另外，在本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書中所使用的一些術(shù)語，例如“第一”、 “第二”等等，并不表示限制，而僅僅是為了便于描述。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可 以對(duì)本發(fā)明做各種變換、修改或等同替換，但是只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)力傳感器，其特征在于，包括彈性體，包含第一受力部、第二受力部和應(yīng)變部，其中應(yīng)變部的兩側(cè)分別與第一受力部 和第二受力部相接，第一受力部和第二受力部用于承受作用力和反作用力，應(yīng)變部產(chǎn)生相 應(yīng)形變；第一電極，與所述彈性體的第一受力部相對(duì)固定；以及第二電極，與所述彈性體的第二受力部相對(duì)固定，并與所述第一電極相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成 電容器。
2.如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于所述彈性體的第一受力部、第二受力部和 應(yīng)變部是由同一塊金屬構(gòu)成；并且第二受力部把應(yīng)變部和第一受力部包圍。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于所述彈性體呈碗狀或盤狀，中部為所述第 一受力部，四周部為所述第二受力部，所述第一受力部與所述第二受力部之間的部分為所 述應(yīng)變部。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，還包括氣囊，與第一電極和第二電極間的空間連通，并且連通的空間構(gòu)成密閉空間；所述氣囊 具有冗余空間。
5.如權(quán)利要求4所述的傳感器，其特征在于在所述第二電極上設(shè)置有通孔，所述氣囊 接在所述通孔上，并與所述第一電極相對(duì)處于所述第二電極的另一側(cè)。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于所述第二電極為PCB板上 的覆銅；該P(yáng)CB板固定在第二受力部上。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，還包括第三電極，與所述彈性體的第二受力部相對(duì)固定，并與所述第一電極相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成 另一電容器，且與第一電極和第二電極構(gòu)成的電容器串聯(lián)連接。
8.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于所述應(yīng)變部具有多個(gè)同心 的環(huán)狀凹凸。
9.一種稱重裝置，其特征在于包括權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的稱重裝置，其特征在于通過數(shù)值計(jì)算或者多點(diǎn)校機(jī)對(duì)所述傳 感器或所述稱重裝置進(jìn)行定標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)力傳感器以及包括該傳感器的稱重裝置，其中傳感器包括彈性體，包含第一受力部、第二受力部和應(yīng)變部；第一電極，與所述彈性體的第一受力部相對(duì)固定；以及第二電極，與所述彈性體的第二受力相對(duì)固定，并與所述第一電極相對(duì)設(shè)置以構(gòu)成電容器。該測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉和性能穩(wěn)定；另外，還可以解決空氣濕度和成份變化對(duì)電容式測(cè)力傳感器測(cè)量精度的影響。
文檔編號(hào)G01L1/14GK102004010SQ20091017383
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月1日
發(fā)明者潘偉朝 申請(qǐng)人:中山市創(chuàng)源電子有限公司