專利名稱：具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器及其隔離測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測力稱重傳感器，尤其涉及了具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器及其隔離測量方法。
背景技術(shù)：
測力稱重傳感器廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、國防領(lǐng)域，主要用作各類電子衡器及生產(chǎn)過程控制設(shè)備的核心部件，其性能好壞直接影響到力值計(jì)量或控制的準(zhǔn)確性。偏載力干擾影響或力值測量的方位誤差是測力傳感器最重要的技術(shù)指標(biāo)，也是高精度測力傳感器必須具備的條件。高精度測力傳感器主要用于力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)檢定、高精度電子吊秤的核心部件及其它測量復(fù)現(xiàn)性要求較高場合。由于測力傳感器在使用的過程中，力作用點(diǎn)不可避免的會(huì)存在偏心影響，對(duì)于普通測力傳感器，當(dāng)作用力P偏離中心軸線時(shí)，由于存在等效彎矩的作用，傳感器貼片區(qū)的應(yīng)變必然發(fā)生變化，從而引起測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器及其隔離測
量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，包括彈性體和組成電橋的應(yīng)變片，所述的彈性體包括變形控制體和設(shè)置在變形控制體內(nèi)的變形測量區(qū)，變形測量區(qū)包括貼片區(qū)、分別設(shè)置在貼片區(qū)上下端的剛性過渡區(qū)和與剛性過渡區(qū)連接的柔性彎矩隔離區(qū)；柔性彎矩隔離區(qū)和貼片區(qū)為相互垂直的薄片。柔性彎矩隔離區(qū)和貼片區(qū)為薄片，具有相對(duì)較大的抗拉剛度和相對(duì)較小的抗彎曲剛度。作為優(yōu)選，彈性體還包括設(shè)置在變形控制體上端的上接頭和設(shè)置在變形控制體下端的下接頭。作為優(yōu)選，變形測量區(qū)上粘有四個(gè)應(yīng)變片，變形測量區(qū)的貼片區(qū)前表面粘帖有兩個(gè)應(yīng)變片，與貼片區(qū)前表面對(duì)應(yīng)位置的貼片區(qū)后表面粘帖有兩個(gè)應(yīng)變片。作為優(yōu)選，貼片區(qū)前表面的兩個(gè)應(yīng)變片分別為第一橫應(yīng)變片和第一豎應(yīng)變片，貼片區(qū)后表面的兩個(gè)應(yīng)變片分別為第二橫應(yīng)變片和第二豎應(yīng)變片，所述的第一橫應(yīng)變片和第二橫應(yīng)變片均為橫向粘帖，第一豎應(yīng)變片和第二豎應(yīng)變片均為豎向粘帖；所述的四個(gè)應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接成惠斯通電橋。作為優(yōu)選，變形控制體為長方體或圓柱體，所述的變形控制體上設(shè)有圓孔，圓孔與變形控制體形成一個(gè)環(huán)形體。作為優(yōu)選，上接頭和下接頭為圓柱體或帶螺紋的圓柱體。作為優(yōu)選，整個(gè)彈性體為一體式加工而成的合金鋼彈性體或合金鋁彈性體。一種偏載力隔離測量方法，需要測量的是作用到所述傳感器的作用力P，當(dāng)作用力P作用到上接頭和下接頭時(shí)，偏載引起等效干擾彎矩MX、My被相互正交的柔性彎矩隔離區(qū)和貼片區(qū)所形成的柔性鉸有效隔離，使得Mx、My不會(huì)影響到貼片區(qū)的測量；再利用惠斯通電橋進(jìn)行作用力P的測量；作用力P與惠斯通電橋的輸出信號(hào)S之間可利用公式S=CP計(jì)算，得出惠斯通電橋的輸出信號(hào)S與作用力P的大小成正比。作為優(yōu)選，所述傳感器的輸出信號(hào)S即惠斯通電橋的輸出信號(hào)S可表示成:
權(quán)利要求
1.具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，包括彈性體和組成電橋的應(yīng)變片，其特征在于，所述的彈性體包括變形控制體(I)和設(shè)置在變形控制體(I)內(nèi)的變形測量區(qū)，變形測量區(qū)包括貼片區(qū)(2)、分別設(shè)置在貼片區(qū)(2)上下端的剛性過渡區(qū)(3)和與剛性過渡區(qū)(3)連接的柔性彎矩隔離區(qū)(4);柔性彎矩隔離區(qū)(4)和貼片區(qū)(2)為相互垂直的薄片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，彈性體還包括設(shè)置在變形控制體(I)上端的上接頭(7)和設(shè)置在變形控制體(I)下端的下接頭(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，變形測量區(qū)上粘有四個(gè)應(yīng)變片，變形測量區(qū)的貼片區(qū)(2)前表面(5)粘帖有兩個(gè)應(yīng)變片，與貼片區(qū)(2 )前表面(5 )對(duì)應(yīng)位置的貼片區(qū)(2 )后表面(6 )粘帖有兩個(gè)應(yīng)變片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，貼片區(qū)(2)前表面(5)的兩個(gè)應(yīng)變片分 別為第一橫應(yīng)變片(21)和第一豎應(yīng)變片(22)，貼片區(qū)(2)后表面(6)的兩個(gè)應(yīng)變片分別為第二橫應(yīng)變片(23)和第二豎應(yīng)變片(24)，所述的第一橫應(yīng)變片(21)和第二橫應(yīng)變片(23)均為橫向粘帖，第一豎應(yīng)變片(22)和第二豎應(yīng)變片(24)均為豎向粘帖；所述的四個(gè)應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接成惠斯通電橋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，變形控制體(I)為長方體或圓柱體，所述的變形控制體(I)上設(shè)有圓孔(10)，圓孔(10)與變形控制體(I)形成一個(gè)環(huán)形體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，上接頭(7)和下接頭(8)為圓柱體或帶螺紋的圓柱體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器，其特征在于，整個(gè)彈性體為一體式加工而成的合金鋼彈性體或合金鋁彈性體。
8.一種偏載力隔離測量方法，其特征在于，包括權(quán)利要求4所述的具有偏載隔離功能的測力稱重稱重傳感器，需要測量的是作用到所述傳感器的作用力P，當(dāng)作用力P作用到上接頭(7)和下接頭(8)時(shí)，偏載引起等效干擾彎矩Mx、My被相互正交的柔性彎矩隔離區(qū)(4)和貼片區(qū)(2)所形成的柔性鉸有效隔離，使得Mx、My不會(huì)影響到貼片區(qū)(2)的測量；再利用惠斯通電橋進(jìn)行作用力P的測量；作用力P與惠斯通電橋的輸出信號(hào)S之間可利用公式S=CP計(jì)算，得出惠斯通電橋的輸出信號(hào)S與作用力P的大小成正比。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種偏載力隔離測量方法，其特征在于，所述傳感器的輸出信號(hào)S即惠斯通電橋的輸出信號(hào)S可表不成: I；Ra:i * H ~1l / i24 K..= ~Γ^ε — S2 +S3 4 根據(jù)彈性力學(xué)，ε2=-μ S1，令其中ε 1= ε 3，ε 2= ε 4 ； 惠斯通電橋的輸出信號(hào)S可表不成:S=K (1+μ ) ε j ； 式中Rp R2、R3和R4分別為第一橫應(yīng)變片(21)、第一豎應(yīng)變片(22)、第二橫應(yīng)變片(23)和第二豎應(yīng)變片(24)的電阻，Δ R1^A R2、A R3、A R4分別為各應(yīng)變片電阻值RpHR4受力后產(chǎn)生的電阻變化量；K為應(yīng)變片系數(shù)，μ為彈性體材料的泊松比，h、ε3為彈性體貼片區(qū)(2)的受力軸線方向的應(yīng)變，ε2、84為彈性體貼片區(qū)(2)與受力后泊松比引起的橫向壓縮應(yīng)變；Κ (l+μ )為常數(shù)，ε !由變形控制體的材料特性、尺寸及作用力P決定；對(duì)于特定的傳感器，材料特性及尺寸不變，于是所述傳感器輸出與作用力P之間的關(guān)系可表示成:S=CP ;對(duì)特定的傳 感器C為常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及測力稱重傳感器，公開了一種具有偏載隔離功能的測力稱重傳感器及其隔離測量方法，包括彈性體和組成電橋的應(yīng)變片，所述的彈性體包括變形控制體，變形測量區(qū)的貼片區(qū)上下端均設(shè)有柔性彎矩隔離區(qū)；柔性彎矩隔離區(qū)和貼片區(qū)為相互垂直的薄片；且當(dāng)作用力P作用到上接頭和下接頭時(shí)，偏載引起等效干擾彎矩Mx、My被相互正交的柔性彎矩隔離區(qū)和貼片區(qū)所形成的柔性鉸有效隔離，使得Mx、My不會(huì)影響到貼片區(qū)的測量。本發(fā)明根據(jù)應(yīng)變測量原理，采用彎矩隔離方法使偏載力引起的彎矩?zé)o法向測量區(qū)傳遞，可顯著提高傳感器的抗偏載能力，實(shí)現(xiàn)力值的精密測量，且結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。
文檔編號(hào)G01G3/14GK103196526SQ20131008074
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者費(fèi)利萍, 倪守忠 申請(qǐng)人:浙江省計(jì)量科學(xué)研究院