專利名稱：電阻應(yīng)變計(jì)及利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠測量外部施加的力和重量的力學(xué)量測量的一種改進(jìn) 型的應(yīng)變計(jì)及利用該應(yīng)變計(jì)組成的單剪切梁式和雙剪切梁式傳感器。
背景技術(shù)：
應(yīng)變式傳感器是基于測量物體受力變形所產(chǎn)生應(yīng)變的一種傳感器，主要用 于力、加速度、壓力、力矩等力學(xué)量的測量。應(yīng)變式傳感器將應(yīng)變計(jì)粘貼于彈 性體表面或者直接將應(yīng)變計(jì)粘貼于被測試件上，彈性體或試件的變形通過基底 和粘結(jié)劑傳遞給應(yīng)變計(jì)的敏感柵，其電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn) 換為電壓或電流的變化，即可測量應(yīng)變。若通過將測量得到的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成施加 在彈性體或試件上的位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量，則可測量上述 各量，制成各種應(yīng)變式傳感器。應(yīng)變式傳感器使用最廣泛的傳感元件為電阻應(yīng) 變計(jì)。
電阻應(yīng)變計(jì)，其測量應(yīng)變的原理，主要是借彈性體或試件的變形，引起粘 貼在彈性體或試件表面上的電阻應(yīng)變計(jì)電阻值的變化，電阻值的變化率c/i / i 與 應(yīng)變^//二者之間的關(guān)系W/i = Kn////，其中，《稱為電阻應(yīng)變計(jì)的靈敏系 數(shù)。箔式應(yīng)變計(jì)由于具有①金屬箔柵薄，應(yīng)變狀態(tài)與彈性體或試件的應(yīng)變狀 態(tài)接近，應(yīng)變效應(yīng)明顯，測量精度較高；②散熱條件好，允許電流大，靈敏度 高；③橫向效應(yīng)?。虎芸芍瞥啥喾N復(fù)雜形狀、尺寸準(zhǔn)確的敏感柵，以適應(yīng)不同 的測量要求；⑤蠕變和機(jī)械遲滯小，疲勞壽命長；⑥生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有典型的剪切方式受力的雙45度的二軸 應(yīng)變計(jì)如圖l所示，在載荷沿著梁的軸線方向有偏移時(shí)，以往使用的應(yīng)變計(jì)受 力不均時(shí)，特別是當(dāng)彈性體受到側(cè)向載荷的作用時(shí)，其上應(yīng)變計(jì)的敏感柵lla會(huì)扭曲變形產(chǎn)生附加輸出信號(hào)，造成測量誤差；它直接影響了剪切梁式傳感器 的非線性和遲滯性能指標(biāo)的提高。應(yīng)變計(jì)的敏感柵lla容易發(fā)生形變，影響傳 感器的性能，例如傳感器的非線性度、遲滯等。
現(xiàn)有技術(shù)中的剪切梁式傳感器使用的常規(guī)雙45度的二軸應(yīng)變計(jì)的第一個(gè) 問題涉及力學(xué)量測量過程中偏載引起受力不均，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)的敏感柵發(fā)生扭 曲變形，影響應(yīng)變計(jì)的測量精度。造成測試結(jié)果的離散性增大。
現(xiàn)有技術(shù)中的剪切梁式傳感器用的應(yīng)變計(jì)排列方式的第二個(gè)問題是涉及 傳感器用彈性體對(duì)材質(zhì)要求高，加工過程中廢品率高；
現(xiàn)有技術(shù)中的剪切梁式傳感器用的應(yīng)變計(jì)排列方式的第三個(gè)問題是涉及傳感 器性能。大部分采用普通剪切式應(yīng)變計(jì)制成的這種類型的測力和稱重傳感器的 非線性和遲滯指標(biāo)均難以達(dá)到0.03。/。FS以內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種應(yīng)變計(jì)及利用應(yīng)變計(jì) 改變應(yīng)力傳遞方式的測力和稱重傳感器。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明所涉及的一種電阻應(yīng)變計(jì)，包括
包括兩組敏感柵及四個(gè)焊盤，所述電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵上的四個(gè)焊盤設(shè)置在 敏感柵的一側(cè)，其兩組敏感柵和四個(gè)焊盤設(shè)置在所述應(yīng)變計(jì)的同一基底上。
所述兩個(gè)電阻敏感柵的軸向分別與橫軸方向成45度和135度，且兩個(gè)電阻
敏感柵的軸向相互垂直形成90度的二軸應(yīng)變計(jì)；所述兩個(gè)電阻敏感柵的中間軸 線左右對(duì)稱，并且每個(gè)電阻敏感柵通過自身軸向平行的對(duì)角線的中點(diǎn)中心對(duì) 稱。
所述應(yīng)變計(jì)適用于測量剪切應(yīng)力或用于單剪切梁式和雙剪切梁式傳感器上。
所述應(yīng)變計(jì)可為半橋式組合或全橋式組合。所述應(yīng)變計(jì)的單臂電阻在100-2000歐姆之間。
本發(fā)明所涉及的一種利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，包括 所述傳感器包括電阻應(yīng)變計(jì)、彈性體、上壓頭、鋼球及鋼球護(hù)套，所述
電阻應(yīng)變計(jì)設(shè)置在所述彈性體的前后左右對(duì)稱的兩側(cè)；所述彈性體坐落在一承 力底座上；所述上壓頭設(shè)置在鋼球的上方；所述鋼球坐落在一鋼球護(hù)套內(nèi)并設(shè) 置在彈性體的上方；所述彈性體上方的兩測還分別設(shè)置有緊固部件使彈性體與 承力底座固定為一體。
所述傳感器為單剪切梁式和雙剪切梁式測力和稱重傳感器，且每個(gè)測力和 稱重傳感器上至少設(shè)置有兩枚應(yīng)變計(jì)。
所述設(shè)置在測力和稱重傳感器上的應(yīng)變計(jì)排列方式為沿豎軸受力中心線 上左右對(duì)稱，沿橫軸中心線呈上下對(duì)稱，當(dāng)其設(shè)置在測力和稱重傳感器上的應(yīng) 變計(jì)數(shù)量大于兩個(gè)時(shí)，則至少包括有兩枚受拉力絲柵伸長的應(yīng)變計(jì)和兩枚受壓 力絲柵縮短的應(yīng)變計(jì)；所述受拉力絲柵伸長的應(yīng)變計(jì)和受壓力絲柵縮短的應(yīng)變 計(jì)構(gòu)成惠斯登電橋用于信號(hào)的性能檢測。 ，
所述傳感器能減少側(cè)向傾斜載荷對(duì)傳感器性能的影響。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
1. 降低了偏載受力情況下彈性體的扭曲不規(guī)則變形引起應(yīng)變計(jì)的敏感柵 的不規(guī)則變形，提高了傳感器的測量精度。
2. 該發(fā)明提出的應(yīng)變計(jì)受力方式，不僅使彈性體易于加工、降低加工中的 廢品率。而且大大降低了彈性體對(duì)材質(zhì)的要求。
上述有益效果，不僅降低了成本，而且提高了傳感器的性能，具有廣泛的 應(yīng)用前景。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)提供的應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明提供的應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)圖；圖3為測力和稱重傳感器主體結(jié)構(gòu)視圖4和4a為測力和稱重傳感器與該傳感器上應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖; 圖5和5a為測力和稱重傳感器與該傳感器上應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖; 圖6為具有應(yīng)變計(jì)的測力和稱重傳感器橫剖視圖； 圖7為具有應(yīng)變計(jì)的測力和稱重傳感器側(cè)視圖； 圖8為測力和稱重傳感器上的各應(yīng)變計(jì)受力方向粘貼示意圖； 圖9為測力和稱重傳感器的電橋電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述 實(shí)施例1
本實(shí)施例提供了一種應(yīng)變計(jì)，該應(yīng)變計(jì)為一種雙剪切式電阻應(yīng)變計(jì)。
參見圖2，所述應(yīng)變計(jì)包括基底la、兩組電阻敏感柵lla及電阻敏感柵的 引出線的四個(gè)焊盤12a。兩枚電阻敏感柵lla設(shè)置在應(yīng)變計(jì)的同一基底上，四個(gè) 焊盤12a設(shè)置在電阻敏感柵lla的一側(cè)。
兩個(gè)電阻敏感柵的軸向分別與橫軸方向成45度和135度，且兩軸向相互垂 直形成90度的二軸應(yīng)變計(jì)；兩個(gè)電阻敏感柵的中間軸線呈左右對(duì)稱狀，且每個(gè) 電阻敏感柵分別關(guān)于每個(gè)的軸向平行的對(duì)角線的中點(diǎn)中心對(duì)稱。所述應(yīng)變計(jì)的 每組敏感柵的電阻值約在100-2000歐姆之間；應(yīng)變計(jì)可以是半橋式組合或全橋 式組合，且可應(yīng)用于測量剪切應(yīng)力或用于單剪切梁式和雙剪切梁式測力和稱重 傳感器上。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供了一種改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，該傳感器是利用電阻應(yīng) 變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的測力和稱重傳感器。參見圖3，為測力和稱重傳感器主體結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)變計(jì)l、彈性體2、上壓 頭3、鋼球4及鋼球護(hù)套5，所述應(yīng)變計(jì)1設(shè)置在所述彈性體2內(nèi)，且該彈性體2坐 落在一彈性體底座7上，所述鋼球4設(shè)置在彈性體2的上方，并且該鋼球4坐落在 一鋼球護(hù)套5內(nèi)；所述鋼球4的上方還設(shè)置一上壓頭3;所述彈性體上方的兩側(cè) 還分別設(shè)置有緊固部件使彈性體2與底座7固定為一體。
一臺(tái)測力和稱重傳感器上可以包括四枚應(yīng)變計(jì)(參見圖3)也可以包括有 多枚應(yīng)變計(jì)，傳感器上應(yīng)變計(jì)的排列方式為豎軸受力中心線上左右對(duì)稱，橫軸 中心線上下對(duì)稱。如果一臺(tái)測力和稱重傳感器上包括四枚或多枚應(yīng)變計(jì)時(shí)，則 至少有兩枚受拉力絲柵伸長的應(yīng)變計(jì)和兩枚受壓力絲柵縮短的應(yīng)變計(jì)組成惠 斯登電橋用于測力和稱重傳感器測試信號(hào)輸出。測力和稱重傳感器上應(yīng)變計(jì)的 排列粘貼受力方式不僅適合于雙剪切梁式測力和稱重器，同時(shí)也適合于單剪梁 式測力和稱重傳感器。
參見圖4、圖4a及圖5和圖5a，為具有應(yīng)變計(jì)的測力和稱重傳感器結(jié)構(gòu)示意 圖及應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，剪切梁式測力和稱重傳感器采用4枚應(yīng)變計(jì)安裝于彈 性體兩側(cè)的盲孔間的腹板上，用于測量施加在上壓頭上的負(fù)載引起的應(yīng)變。傳 感器上的應(yīng)變計(jì)安裝于梁長度的中間截面上(截面E-E或截面F-F);同時(shí)使應(yīng) 變計(jì)的橫軸中心線在梁的中性層上(截面G-G)，其中，應(yīng)變計(jì)的絲柵與中心層 成45度，如果設(shè)置在腹板正面上的應(yīng)變計(jì)l的焊盤朝下，則腹板反面上應(yīng)變計(jì)l 的焊盤朝上(參見圖5與圖5a)。
參見圖6，為具有應(yīng)變計(jì)的測力和稱重傳感器的橫剖視結(jié)構(gòu)，應(yīng)變計(jì)l位于 彈性體2兩側(cè)的盲孔間的腹板上，如果位于腹板正面的應(yīng)變計(jì)1即圖6中上部的 應(yīng)變計(jì)l的焊盤朝下，則位于腹板反面的應(yīng)變計(jì)1即圖6下部應(yīng)變計(jì)1的焊盤朝 上。設(shè)置有應(yīng)變計(jì)1的彈性體2固定在彈性體底座7土。通過測力和傳感器的側(cè) 面可以同時(shí)看到位于腹板正面焊盤朝下的應(yīng)變計(jì)l和位于腹板反面焊盤朝上的 應(yīng)變計(jì)l (參見圖7)。參見圖8、圖9剪切梁式測力和稱重傳感器的電橋電路采用惠斯登電橋方
式，正面應(yīng)變計(jì)的敏感柵R5、 R6、 R7和R8，反面應(yīng)變計(jì)的敏感柵R1、 R2、 R3 和R4，其中，敏感柵R1、 R3、 R5和R7為拉伸應(yīng)變計(jì)，敏感柵R2、 R4、 R6和R 8為壓縮應(yīng)變計(jì)，其中，R1與R3串聯(lián)，R2與R6串聯(lián)，R4與R8串聯(lián)，R5與R7串
聯(lián)，四組串聯(lián)電路組成惠斯登電橋的4個(gè)橋臂。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、電阻應(yīng)變計(jì)，其特征在于，包括兩組敏感柵及四個(gè)焊盤，所述電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵上的四個(gè)焊盤設(shè)置在敏感柵的一側(cè)，其兩組敏感柵和四個(gè)焊盤設(shè)置在所述應(yīng)變計(jì)的同一基底上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻應(yīng)變計(jì)，其特征在于，所述兩個(gè)電阻敏感柵 的軸向分別與橫軸方向成45度和135度，且兩個(gè)電阻敏感柵的軸向相互垂直形 成90度的二軸應(yīng)變計(jì)；所述兩個(gè)電阻敏感柵的中間軸線左右對(duì)稱，并且每個(gè)電 阻敏感柵通過自身軸向平行的對(duì)角線的中點(diǎn)中心對(duì)稱。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻應(yīng)變計(jì)，其特征在于，所述應(yīng)變計(jì)適用于測 量剪切應(yīng)力或用于單剪切梁式和雙剪切梁式傳感器上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻應(yīng)變計(jì)，其特征在于，所述應(yīng)變計(jì)可為半橋 式組合或全橋式組合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電阻應(yīng)變計(jì)，其特征在于，所述應(yīng)變計(jì)的單臂電 阻在100-2000歐姆之間。
6、 利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，其特征在于，所述傳感 器包括電阻應(yīng)變計(jì)、彈性體、上壓頭、鋼球及鋼球護(hù)套，所述電阻應(yīng)變計(jì)設(shè) 置在所述彈性體的前后左右對(duì)稱的兩側(cè)；所述彈性體坐落在一承力底座上；所 述上壓頭設(shè)置在鋼球的上方；所述鋼球坐落在一鋼球護(hù)套內(nèi)并設(shè)置在彈性體的 上方；所述彈性體上方的兩測還分別設(shè)置有緊固部件使彈性體與承力底座固定 為一體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，其 特征在于，所述傳感器為單剪切梁式和雙剪切梁式測力和稱重傳感器，且每個(gè) 測力和稱重傳感器上至少設(shè)置有兩枚應(yīng)變計(jì)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，其 特征在于，所述設(shè)置在測力和稱重傳感器上的應(yīng)變計(jì)排列方式為沿豎軸受力中心線上左右對(duì)稱，沿橫軸中心線呈上下對(duì)稱，當(dāng)其設(shè)置在測力和稱重傳感器上 的應(yīng)變計(jì)數(shù)量大于兩個(gè)時(shí)，則至少包括有兩枚受拉力絲柵伸長的應(yīng)變計(jì)和兩枚受壓力絲柵縮短的應(yīng)變計(jì)；所述受拉力絲柵伸長的應(yīng)變計(jì)和受壓力絲柵縮短的應(yīng)變計(jì)構(gòu)成惠斯登電橋用于信號(hào)的性能檢測。
9、根據(jù)權(quán)利要求6、 7或8所述的利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感 器，其特征在于，所述傳感器能減少側(cè)向傾斜載荷對(duì)傳感器性能的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電阻應(yīng)變計(jì)及利用電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，包括電阻應(yīng)變計(jì)中敏感柵及焊盤的排列方式，它改變了橋式剪切梁形傳感器的應(yīng)力斜對(duì)稱傳遞方式，所述利用該電阻應(yīng)變計(jì)改變應(yīng)力傳遞方式的傳感器，包括電阻應(yīng)變計(jì)、它設(shè)置在彈性體前后左右對(duì)稱的兩側(cè)，所述彈性體坐落在一承力底座上，在彈性體的上方設(shè)置一鋼球，并且該鋼球坐落在一鋼球護(hù)套內(nèi)；所述鋼球的上方還設(shè)置一上壓頭；所述彈性體上方的兩側(cè)還分別設(shè)置有緊固部件使彈性體與底座固定為一體。不僅解決了以往懸臂剪切梁傳感器存在的測試精度不易控制和對(duì)加工裝配要求高等問題，而且本發(fā)明大大提高了此類剪切梁傳感器的測試精度，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G01G3/00GK101532817SQ200910080189
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者孫登林, 曾永碧 申請(qǐng)人:廣州電測儀器廠