超高精度力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到的超高精度力傳感器，屬于力學(xué)計量領(lǐng)域。主要由杠桿、銜鐵、電磁鐵、電磁鐵支架、支撐柱、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、杠桿平衡檢測裝置、底板、閉環(huán)控制系統(tǒng)等組成：銜鐵通過螺釘連接在杠桿上，杠桿安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上；在銜鐵下方是電磁鐵，安裝在電磁鐵支座上；支撐柱固定在杠桿后端，可與杠桿一起運動，其下方是杠桿平衡檢測裝置；當(dāng)壓力作用在本傳感器上時，杠桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，通過杠桿平衡檢測裝置，再通過閉環(huán)控制系統(tǒng)，使電磁鐵產(chǎn)生電磁力，吸附銜鐵使杠桿恢復(fù)到初始位置；由于杠桿恢復(fù)初始位置后，傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒發(fā)生改變，且本傳感器的輸出是電磁鐵控制電參數(shù)的形式，控制電壓可以達(dá)到數(shù)十伏，所以本傳感器可以達(dá)到超高精度。
【專利說明】超高精度力傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超高精度力傳感器，屬于力學(xué)計量領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]眾所周知，傳統(tǒng)力傳感器有電阻應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片、壓阻式、壓電式等類型，其基本原理是通過彈性敏感元件受力變形，通過壓變、壓阻、壓電等效應(yīng)，將變形量轉(zhuǎn)化為電信號，反映出符合的力的大小。這種測量原理存在局限性，由于彈性敏感元件和結(jié)構(gòu)特性上的原因，線性度難于超過萬分之一。由于力傳感器在線性度在這方面的局限性，長期以來盡管力傳感器在很多方法發(fā)展迅速，技術(shù)日趨成熟，但在線性度、精度等基本技術(shù)指標(biāo)方面長期停滯不前，不能突破十萬分之幾的線性度，超高精度的力傳感器一直未能取得實質(zhì)上的進(jìn)展，影響了質(zhì)量質(zhì)心測量等技術(shù)的發(fā)展。
[0003]目前以應(yīng)變片技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的力傳感器，其線性度低于0.3%，測量精度難超過0.03%，力傳感器是物體質(zhì)量質(zhì)心測量設(shè)備的核心部件，傳感器的精度決定測量準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服以應(yīng)變技術(shù)為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)的力傳感器的線性度低于0.3%，測量精度難超過0.03%的不足，本發(fā)明提供一種能提聞線性度、提聞精度的超聞精度力傳感器。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
[0006]設(shè)法采用一個補償力來抵消超高精度壓力傳感器上所受到的力，而這個補償力，可以通過電磁鐵產(chǎn)生的；眾所周知，電磁鐵上的電磁力，可以通過改變流過它的電流的大小來控制，電流又可以通過電壓控制，當(dāng)有力作用在超高精度壓力傳感器上的時候，使用一個檢測裝置，檢測出傳感器的位移變形，通過一個閉環(huán)控制系統(tǒng)控制流過電磁鐵上的電流，使得電磁力剛好等于作用在傳感器上的力，使傳感器恢復(fù)到變形前，故只要能保證控制電壓的線性度，就可以保證超高精度傳感器的線性度，相當(dāng)于將線性度轉(zhuǎn)移到了控制電壓上。
[0007]為了達(dá)到上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]一種超高精度力傳感器，包括杠桿、電磁鐵、電磁鐵支座、銜鐵、支撐柱、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、杠桿平衡檢測裝置、閉環(huán)控制系統(tǒng)、底板等組成部分。銜鐵連接在杠桿上，杠桿放置在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定在底板上，杠桿水平時，銜鐵正下方對應(yīng)放置著電磁鐵，電磁鐵固定在電磁鐵支座上，電磁鐵支座固定在底板上。為了檢測杠桿是否恢復(fù)到初始位置，本發(fā)明采用了一個杠桿平衡檢測裝置，采用了一個壓力傳感器，也可以采用別的傳感器，該杠桿平衡檢測裝置，放置在杠桿受壓端下方。
[0009]本發(fā)明的積極效果是:
[0010]1、解決了傳統(tǒng)傳感器量程與線性度之間的矛盾。由于恢復(fù)力作用后，超高精度傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)在幾何方面與加載前完全一樣，機(jī)械上的非線性完全消除，傳感器自身是完全線性的，而相對應(yīng)變測量傳感器而言，其取決于彈性敏感元件的變形，其天生是非線性的。2、傳感器的抗干擾能力更強(qiáng)。本傳感器輸出以電磁鐵控制電參數(shù)的形式出現(xiàn)，控制電壓可高達(dá)數(shù)十伏，通過控制電壓與生成的電磁力的關(guān)系，得到測量力的大小，由于控制電壓遠(yuǎn)高于電子器件的噪聲，可以得到很高的傳感器精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是超聞精度力傳感器的不意圖；
[0012]圖2是支撐柱示意圖；
[0013]圖3是杠桿平衡檢測裝置示意圖；
[0014]圖4是杠桿與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)配合的示意圖；
[0015]圖5是電磁鐵示意圖；
【具體實施方式】
[0016]下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，不僅限于本實施例，通過簡單變換或等效的應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]一種超高精度力傳感器，主要包括杠桿1、銜鐵2、電磁鐵3、電磁鐵支架4、支撐柱
5、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、杠桿平衡檢測裝置7、底板8、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。如圖1所示，銜鐵2通過螺釘連接在杠桿I前端，其正下方對應(yīng)著電磁鐵3 ；電磁鐵3安裝在電磁鐵支架4上，并且將電磁鐵支架4用螺釘固定在底板8上；整個杠桿I通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6，同樣用螺釘固定在底板8上；支撐柱5安裝在杠桿I末端，其下方是杠桿平衡檢測裝置7。圖2是支撐柱5的示意圖，用來傳遞壓力。圖3杠桿平衡檢測裝置7的工作示意圖，本實例中采用的是用壓力傳感器來檢測杠桿是否發(fā)生旋轉(zhuǎn)和是否恢復(fù)到原來平衡位置，由于支撐柱5通過螺母9跟杠桿I固定在一起，所以當(dāng)支撐柱5上端受到壓力時，杠桿I末端會下沉，而當(dāng)杠桿I末端恢復(fù)到原來位置時，支撐柱5同樣也會跟著一起恢復(fù)到原來位置；支撐柱5下端通過鋼球10，在通過傳感器壓頭11將壓力傳遞到杠桿平衡檢測裝置7中的壓力傳感器上。圖4示意的是杠桿I和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6如何配合，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6主要由轉(zhuǎn)軸支座壓蓋13、滾動軸承14、轉(zhuǎn)軸15和轉(zhuǎn)軸支座16組成，故杠桿I可以繞著轉(zhuǎn)軸15發(fā)生旋轉(zhuǎn)。具體實施時，當(dāng)支撐柱5受到壓力時，杠桿I末端會繞著轉(zhuǎn)軸15下沉，此時，同樣的大小的力也會作用在杠桿平衡檢測裝置7中的壓力傳感器上，根據(jù)此壓力傳感器測出該壓力的大小，通過閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)所得的壓力大小，改變通過電磁鐵3流過的電流，使產(chǎn)生的電磁力剛好能使杠桿I能恢復(fù)到受力前；然后通過閉環(huán)控制系統(tǒng)，將流過電磁鐵的電流，轉(zhuǎn)化為壓力的參數(shù)，就能得到作用在支撐柱5上的壓力了。
【權(quán)利要求】
1.一種新型的超高精度力傳感器，主要由杠桿1、銜鐵2、電磁鐵3、電磁鐵支座4、支撐柱5、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、杠桿平衡檢測裝置7、底板8、閉環(huán)控制系統(tǒng)等組成，其特征是:杠桿I通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)固定6在底板8上，并且可以繞著旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6旋轉(zhuǎn)，杠桿I前端連接著銜鐵2，通過電磁鐵3吸附銜鐵2可以使杠桿I繞著旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6發(fā)生旋轉(zhuǎn)，支撐柱5跟杠桿I末端配合，用于承受壓力，通過杠桿平衡裝置7，可以檢測杠桿I是否恢復(fù)到初始位置，從而通過閉環(huán)系統(tǒng)來控制電磁鐵3的電磁力的大小，使杠桿I恢復(fù)到初始位置。
2.如權(quán)利要求1所述的超高精度力傳感器，其特征是:所述杠桿I可以根據(jù)實際需求，調(diào)整尺寸。
3.如權(quán)利要求1所述的超高精度力傳感器，其特征是:所述旋杠桿平衡檢測裝置7，可以由壓力傳感器、位移傳感器或者是其它能檢測杠桿是否恢復(fù)到初始位置的任意傳感器構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的超高精度力傳感器，其特征是:所述電磁鐵支座4、支撐柱5、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6等構(gòu)件機(jī)構(gòu)可以根據(jù)實際安裝高度需要，調(diào)整高度。
5.如權(quán)利要求1所述的超高精度力傳感器，其特征是:所述底板8，可以根據(jù)需要調(diào)整形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的超高精度力傳感器，其特征是:所述電磁鐵3，可以是任意其它形狀電磁鐵。
【文檔編號】G01L1/08GK103728057SQ201410009479
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】王秋曉, 沈利堅 申請人:重慶大學(xué)