專利名稱:雙加載點(diǎn)應(yīng)變式負(fù)荷傳感器的制作方法
本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)新穎的、實(shí)用的新型電阻應(yīng)變式負(fù)荷傳感器。它屬于國際分類號GOIL／22范圍。
當(dāng)前使用于測力與稱重系統(tǒng)的電阻應(yīng)變式傳感器中有梁式、柱式及環(huán)式等不同結(jié)構(gòu)形式。這些結(jié)構(gòu)形式的傳感器均為單點(diǎn)承受被測載荷(如U.S.Pat，4，283，941)。而在實(shí)際應(yīng)用中往往需要一種兩點(diǎn)或一個矩形面上承受載荷的傳感器。在這種情況下，人們一般通過為傳感器增加一些中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來滿足測量要求。而這種增加中間環(huán)節(jié)的作法會顯著地降低傳感器的檢測精度。如一般箱式傳感器，它的本身精度優(yōu)于0.1％F.S，而加上中間環(huán)節(jié)后其精度降低至0.2％F.S以下。另一種常用的解決方法是使用單點(diǎn)承受載荷的傳感器在傳感器附近的稱臺與地基之間加水平緊固器。這種辦法除了分掉一部分載荷外，還使測量精度受緊固器的影響，同時(shí)緊固器需要較大的空間，對于一般測量系統(tǒng)往往不能滿足其空間尺寸。
本發(fā)明是為了克服上述傳感器的不足，既能保證在不降低測力與稱重精度的情況下實(shí)現(xiàn)兩個加載點(diǎn)承受載荷和抑制載荷作用點(diǎn)變化對輸出的影響，又不需其他輔助設(shè)備，因而可將軸承座、齒輪箱、機(jī)座等裝置直接固定到傳感器上進(jìn)行測力與稱重。
本發(fā)明是把一塊彈性材料機(jī)械加工成工字形結(jié)構(gòu)，工字上部的兩翼是兩個懸臂梁，它可以是剪切式也可以是雙聯(lián)孔式。支撐體將懸臂梁和底座連成一體，通過底座上的螺孔將傳感器固定到基礎(chǔ)上。兩懸臂梁的自由端各有一載荷承受點(diǎn)，外加被測載荷垂直地加于此承載點(diǎn)上，使梁產(chǎn)生彎曲變形和剪切變形。此變形由粘貼在梁中部經(jīng)過局部加工形成的測量區(qū)的電阻應(yīng)變片所檢測，并通過測量電橋?qū)⑵渥儞Q為對應(yīng)被測載荷的電信號輸出。由于剪切式或雙聯(lián)孔式測量方式對載荷作用點(diǎn)變化不敏感，同時(shí)一個載荷由兩個梁承擔(dān)并組成一個電橋，這就進(jìn)一步抑制了載荷作用點(diǎn)變化、載荷重心不對稱等因素的影響。
以下將結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明傳感器的基本結(jié)構(gòu)形式。立柱2在底座3的中央部位，底座兩端各有一組將底座固定于基礎(chǔ)上的孔或螺孔4、5。在立柱(支撐體)2的頂端支撐著與底座3平行的延伸至底座端部的剪切式或雙聯(lián)孔式懸臂梁1，1′(帶撇的為左側(cè))。被測載荷P被分成P1及P1′分別垂直地作用于梁1，1′自由端的加載點(diǎn)6，6′上。加載點(diǎn)是兩個帶有螺孔的凸臺。在每個梁的中部均有一檢測區(qū)7，7′。
圖2為圖1沿A－A向剖視圖，它是一種剪切式結(jié)構(gòu)形式，是在梁1，1′的兩個側(cè)面以與梁自然軸線N、A及載荷作用線相垂直的方向向梁的自然軸線方向相對地各打一盲孔8′、9′(8、9)，在梁上形成一局部工字形截面。電阻應(yīng)變片10、11(10′、11′)，12、13(12′、13′)兩兩相對地分別粘貼在工字腹板14′的側(cè)面。電阻應(yīng)變片是按與梁的自然軸線分別成45°及135°角對稱地分布于中性層兩側(cè)，以測量由被測載荷引起的剪切變形。各盲孔中粘貼兩片電阻應(yīng)變片，共粘貼八片。電阻應(yīng)變片的引線沿梁上的槽15及孔17、18引至梁的一端組成如圖4所示的測量電橋并引出傳感器外。盲孔、槽等在梁的兩側(cè)面用蓋板19密封。
圖3所示的是本發(fā)明的另一種雙聯(lián)孔式結(jié)構(gòu)檢測區(qū)的正視圖(圖中只畫了一個梁的情況)。它是在檢測區(qū)的一個側(cè)面打一組如圖所示的通至相對側(cè)面的弧形通孔，上、下兩通孔間相聯(lián)，左右之間有一剛性隔斷，上、下隔斷間有一縫隙將兩組通孔連通。加載時(shí)梁的上下面形成四個局部應(yīng)力集中區(qū)16a、16b、16c、16d(16a′、16b′、16c′、16d′)。電阻應(yīng)變片就粘貼在此應(yīng)力集中區(qū)的內(nèi)表面上，它是按與梁自然軸線平行、與載荷作用線垂直的方向粘貼。在圖中電阻應(yīng)變片10、11、12及13(10′、11′、12′及13′)組成如圖4所示的電橋，并通過孔17引至傳感器外。當(dāng)被測載荷作用于各加載點(diǎn)上時(shí)，各應(yīng)力集中區(qū)將產(chǎn)生彎曲變形。電阻應(yīng)變片10及13承受拉應(yīng)力，11及12承受壓應(yīng)力，在激勵電源E的激勵下，接在電橋另一對角線上的電表V將有對應(yīng)于被測載荷的電信號輸出。
圖5畫出了一種與外部設(shè)備組裝的示意圖。墊板20用螺釘固定到傳感器上，然后將外部設(shè)備固定到墊板上。
權(quán)利要求
1.一種電阻應(yīng)變式負(fù)荷傳感器，在彈性體上貼有電阻片，其特征在于由一塊彈性材料加工成含有底座、立柱及兩個懸臂梁于一體的工字形結(jié)構(gòu)，并且立柱位于底座中央，其上部支撐著左右對稱的與底座平行的兩個懸臂梁，梁的端部各有一承載點(diǎn)并在承載點(diǎn)與立柱之間各有一檢測區(qū)。
2.如權(quán)利要求
1所述的傳感器，其特征是各檢測區(qū)梁的兩側(cè)相對地各打一盲孔，形成工字形截面。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的傳感器，其特征是電阻應(yīng)變片與梁的自然軸線分別成45°和135°角對稱中性層粘貼在工字腹板的兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求
1所述的傳感器，其特征是在檢測區(qū)梁的側(cè)面對稱于中性層各打兩個弧形通孔，上下兩通孔間相聯(lián)，左右之間有一剛性隔斷，上下隔斷間有一縫隙將兩組通孔連通。
5.如權(quán)利要求
1或4所述的傳感器，其特征是電阻應(yīng)變片粘貼在通孔應(yīng)力集中區(qū)的內(nèi)表面上，粘貼方向與梁自然軸線方向平行。
專利摘要
雙加載點(diǎn)應(yīng)變式負(fù)荷傳感器是由一塊彈性體材料通過加工形成一種帶底座的雙梁式應(yīng)變負(fù)荷傳感器。它有兩個相背配置的懸臂梁，載荷是通過兩個加載點(diǎn)加到傳感器上。底座、支撐體和懸臂梁形成一工字形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)進(jìn)一步抑制了載荷作用點(diǎn)變化對輸出的影響，它特別適用于將軸承座、齒輪箱、機(jī)座等裝置直接固定到傳感器上的測力與稱重系統(tǒng)。
文檔編號GOIL／22范圍。
當(dāng)前使用于測力與稱重系統(tǒng)的電阻應(yīng)變式傳感器中有梁式、柱式及環(huán)式等不同結(jié)構(gòu)形式。這些結(jié)構(gòu)形式的傳感器均為單點(diǎn)承受被測載荷(如U.S.Pat，4，283，941)。而在實(shí)際應(yīng)用中往往需要一種兩點(diǎn)或一個矩形面上承受載荷的傳感器。在這種情況下，人們一般通過為傳感器增加一些中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)來滿足測量要求。而這種增加中間環(huán)節(jié)的作法會顯著地降低傳感器的檢測精度。如一般箱式傳感器，它的本身精度優(yōu)于0.1％F.S，而加上中間環(huán)節(jié)后其精度降低至0.2％F.S以下。另一種常用的解決方法是使用單點(diǎn)承受載荷的傳感器在傳感器附近的稱臺與地基之間加水平緊固器。這種辦法除了分掉一部分載荷外，還使測量精度受緊固器的影響，同時(shí)緊固器需要較大的空間，對于一般測量系統(tǒng)往往不能滿足其空間尺寸。
本發(fā)明是為了克服上述傳感器的不足，既能保證在不降低測力與稱重精度的情況下實(shí)現(xiàn)兩個加載點(diǎn)承受載荷和抑制載荷作用點(diǎn)變化對輸出的影響，又不需其他輔助設(shè)備，因而可將軸承座、齒輪箱、機(jī)座等裝置直接固定到傳感器上進(jìn)行測力與稱重。
本發(fā)明是把一塊彈性材料機(jī)械加工成工字形結(jié)構(gòu)，工字上部的兩翼是兩個懸臂梁，它可以是剪切式也可以是雙聯(lián)孔式。支撐體將懸臂梁和底座連成一體，通過底座上的螺孔將傳感器固定到基礎(chǔ)上。兩懸臂梁的自由端各有一載荷承受點(diǎn)，外加被測載荷垂直地加于此承載點(diǎn)上，使梁產(chǎn)生彎曲變形和剪切變形。此變形由粘貼在梁中部經(jīng)過局部加工形成的測量區(qū)的電阻應(yīng)變片所檢測，并通過測量電橋?qū)⑵渥儞Q為對應(yīng)被測載荷的電信號輸出。由于剪切式或雙聯(lián)孔式測量方式對載荷作用點(diǎn)變化不敏感，同時(shí)一個載荷由兩個梁承擔(dān)并組成一個電橋，這就進(jìn)一步抑制了載荷作用點(diǎn)變化、載荷重心不對稱等因素的影響。
以下將結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1是本發(fā)明傳感器的基本結(jié)構(gòu)形式。立柱2在底座3的中央部位，底座兩端各有一組將底座固定于基礎(chǔ)上的孔或螺孔4、5。在立柱(支撐體)2的頂端支撐著與底座3平行的延伸至底座端部的剪切式或雙聯(lián)孔式懸臂梁1，1′(帶撇的為左側(cè))。被測載荷P被分成P1及P1′分別垂直地作用于梁1，1′自由端的加載點(diǎn)6，6′上。加載點(diǎn)是兩個帶有螺孔的凸臺。在每個梁的中部均有一檢測區(qū)7，7′。
圖2為圖1沿A－A向剖視圖，它是一種剪切式結(jié)構(gòu)形式，是在梁1，1′的兩個側(cè)面以與梁自然軸線N、A及載荷作用線相垂直的方向向梁的自然軸線方向相對地各打一盲孔8′、9′(8、9)，在梁上形成一局部工字形截面。電阻應(yīng)變片10、11(10′、11′)，12、13(12′、13′)兩兩相對地分別粘貼在工字腹板14′的側(cè)面。電阻應(yīng)變片是按與梁的自然軸線分別成45°及135°角對稱地分布于中性層兩側(cè)，以測量由被測載荷引起的剪切變形。各盲孔中粘貼兩片電阻應(yīng)變片，共粘貼八片。電阻應(yīng)變片的引線沿梁上的槽15及孔17、18引至梁的一端組成如圖4所示的測量電橋并引出傳感器外。盲孔、槽等在梁的兩側(cè)面用蓋板19密封。
圖3所示的是本發(fā)明的另一種雙聯(lián)孔式結(jié)構(gòu)檢測區(qū)的正視圖(圖中只畫了一個梁的情況)。它是在檢測區(qū)的一個側(cè)面打一組如圖所示的通至相對側(cè)面的弧形通孔，上、下兩通孔間相聯(lián)，左右之間有一剛性隔斷，上、下隔斷間有一縫隙將兩組通孔連通。加載時(shí)梁的上下面形成四個局部應(yīng)力集中區(qū)16a、16b、16c、16d(16a′、16b′、16c′、16d′)。電阻應(yīng)變片就粘貼在此應(yīng)力集中區(qū)的內(nèi)表面上，它是按與梁自然軸線平行、與載荷作用線垂直的方向粘貼。在圖中電阻應(yīng)變片10、11、12及13(10′、11′、12′及13′)組成如圖4所示的電橋，并通過孔17引至傳感器外。當(dāng)被測載荷作用于各加載點(diǎn)上時(shí)，各應(yīng)力集中區(qū)將產(chǎn)生彎曲變形。電阻應(yīng)變片10及13承受拉應(yīng)力，11及12承受壓應(yīng)力，在激勵電源E的激勵下，接在電橋另一對角線上的電表V將有對應(yīng)于被測載荷的電信號輸出。
圖5畫出了一種與外部設(shè)備組裝的示意圖。墊板20用螺釘固定到傳感器上，然后將外部設(shè)備固定到墊板上。GK85200909SQ85200909
公開日1986年2月5日 申請日期1985年4月26日
發(fā)明者王志正 申請人:北京鋼鐵學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan