一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)在本體上一體形成有羅伯威爾機構(gòu)、位移機構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)，所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架形成于本體的一側(cè)，其上方承重剛體為稱重支撐，沿所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架內(nèi)側(cè)面形成有所述位移機構(gòu)，該位移機構(gòu)的連接長桿在本體內(nèi)向所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架相對一側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)延伸。本發(fā)明的有益效果是該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)由柔性鉸鏈及剛體構(gòu)成，柔性鉸鏈微位移機構(gòu)，實現(xiàn)了質(zhì)量信號到位移量的高精度轉(zhuǎn)換，可提高儀器的測量分辨力；具有無摩擦，磨損及傳動間隙，無效行程小，且不需要潤滑，可存儲彈性能，自身具有回程反力，具有高精度、穩(wěn)定性和可靠性好等優(yōu)點。
【專利說明】一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，特別涉及一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的進步和制造工藝水平的提聞，各行業(yè)對聞精度稱量的要求不斷提聞，例如在生物醫(yī)學(xué)工程和生物制藥等領(lǐng)域，經(jīng)常會遇到微小質(zhì)量分析，在化學(xué)領(lǐng)域，經(jīng)常需要精確反應(yīng)物的質(zhì)量，在工業(yè)生產(chǎn)中，也常常需要精確材料的質(zhì)量。但是，目前市場上的價格較低的電子天平普遍具有稱量精度低、穩(wěn)定性和可靠性差等缺點，而高精度、穩(wěn)定性和可靠性好的天平卻往往價格昂貴。造成這一現(xiàn)象的原因主要是傳感器的制約，具有各種良好性能指標(biāo)的傳感器往往造價昂貴，而價格較低的傳感器往往精度低、穩(wěn)定性和可靠性差。對此， 申請人:對天平的傳感器結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計與研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種將物體質(zhì)量轉(zhuǎn)換成位移量用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)在本體上一體形成有羅伯威爾機構(gòu)、位移機構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)，所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架形成于本體的一側(cè)，其上方承重剛體為稱重支撐，沿所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架內(nèi)側(cè)面形成有所述位移機構(gòu)，該位移機構(gòu)的連接長桿在本體內(nèi)向所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架相對一側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)延伸。
[0005]所述羅伯威爾機構(gòu)包括:柔性鉸鏈，連接柔性鉸鏈的外側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈的內(nèi)側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈的外側(cè)剛體下梁、連接柔性鉸鏈的內(nèi)側(cè)剛體下梁，所述承重剛體四角分別連接各柔性鉸鏈，柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心線均處于水平面上，且相互平行；所述柔性鉸鏈的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的上凸臺連接，且在連接處分別水平連接有延長剛體，所述延長剛體的端部分別設(shè)有調(diào)節(jié)孔，對應(yīng)所述調(diào)節(jié)孔的支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁上分別對應(yīng)設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘孔；所述柔性鉸鏈的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的下凸臺連接；
[0006]所述位移機構(gòu)包括:柔性鉸鏈，連接柔性鉸鏈的第一剛體，連接柔性鉸鏈的第二剛體，連接柔性鉸鏈的第三剛體，剛體長桿，所述第一剛體與所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架內(nèi)側(cè)面連接，所述第三剛體的一端柔性鉸鏈連接所述剛體長桿；所述第一剛體與所述羅伯威爾機構(gòu)的剛體支架內(nèi)側(cè)面連接，所述第三剛體的一端柔性鉸鏈連接所述剛體長桿；所述柔性鉸鏈的另一端部剛體連接所述支撐結(jié)構(gòu)的底板，其柔性鉸鏈兩側(cè)剛體的上下表面所處平面與水平面呈45度方向設(shè)置，所述第一剛體上的柔性鉸鏈沿豎直方向設(shè)置，所述第三剛體上的柔性鉸鏈分別水平方向設(shè)置，所述第一剛體和第二剛體上的柔性鉸鏈的鉸鏈中心位于同一條水平直線上，所述第二剛體和第三剛體上的柔性鉸鏈的鉸鏈中心位于同一條豎直直線上，且第一剛體和第三剛體上的柔性鉸鏈的柔度與各自鉸鏈中心到第二剛體上的柔性鉸鏈的中心的距離成正比。
[0007]所述調(diào)節(jié)孔的位置位于柔性鉸鏈的對稱中心線上。
[0008]所述剛體是金屬合金材料制成。
[0009]所述金屬合金材料是鋁合金。
[0010]還包括防脫裝置，所述防脫裝置包括在所述剛體長桿端部設(shè)置的擋塊、擋柱和，在支撐結(jié)構(gòu)端部設(shè)置的擋槽，所述擋塊和剛體長桿為同一剛體結(jié)構(gòu)，所述擋柱分別位于所述右側(cè)檔槽、左側(cè)檔槽內(nèi)并通過螺紋結(jié)構(gòu)與擋塊連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)由柔性鉸鏈及剛體構(gòu)成，柔性鉸鏈微位移機構(gòu)，實現(xiàn)了質(zhì)量信號到位移量的高精度轉(zhuǎn)換，可提高儀器的測量分辨力；具有無摩擦，磨損及傳動間隙，無效行程小，且不需要潤滑，可存儲彈性能，自身具有回程反力，具有高精度、穩(wěn)定性和可靠性好等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是羅伯威爾機構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是位移機構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是位移機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明:
[0018]羅伯威爾機構(gòu)是一種正平行四邊形連桿機構(gòu)，它的主要作用是消除重物偏載時給稱量結(jié)果帶來的誤差。位移機構(gòu)是將垂直向下的力轉(zhuǎn)換成與該力相對應(yīng)的位移量。柔性鉸鏈?zhǔn)窃谝痪匦瘟⒎襟w相對的兩個面分別制有半徑為R的圓弧的凹槽，兩圓弧頂點間距為柔性鉸鏈厚度，兩圓弧圓心軸線方向與鉸鏈厚度方向垂直。柔性鉸鏈機構(gòu)利用了彈性材料微小變形及其自動回復(fù)的特性，消除了傳動過程中的空程和機械摩擦，能獲得超高的位移分辨率。
[0019]如圖1至圖5所示，一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)在本體上一體形成有羅伯威爾機構(gòu)100、位移機構(gòu)200、支撐結(jié)構(gòu)300，所述的羅伯威爾機構(gòu)100、位移機構(gòu)200和支撐結(jié)構(gòu)300是在一長方體合金金屬塊本體上通過剔除多余部分成型的，所述羅伯威爾機構(gòu)100的剛體支架形成于本體的一側(cè)，其上方承重剛體15為稱重支撐，沿所述羅伯威爾機構(gòu)100的剛體支架內(nèi)側(cè)面101形成有所述位移機構(gòu)200，該位移機構(gòu)200的連接長桿19在本體內(nèi)向所述羅伯威爾機構(gòu)100的剛體支架相對一側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)300延伸。支撐結(jié)構(gòu)300位于本體對應(yīng)羅伯威爾機構(gòu)100的另一側(cè)的兩個側(cè)面和底部位置，其兩個側(cè)面是一對應(yīng)的側(cè)壁，側(cè)壁的一端上、下分別設(shè)有凸臺用來連接柔性鉸鏈以及剛體變形的空間。
[0020]所述羅伯威爾機構(gòu)100包括:柔性鉸鏈3、4、5、6、7、8、9、10，連接柔性鉸鏈3，7的外側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈4，8的內(nèi)側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈5，9的外側(cè)剛體下梁、連接柔性鉸鏈6，10的內(nèi)側(cè)剛體下梁，所述承重剛體15四角分別連接各柔性鉸鏈7、8、9、10，柔性鉸鏈3、4、5、6、7、8、9、10的轉(zhuǎn)動中心線均處于水平面上,且相互平行；所述柔性鉸鏈3、4的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)300側(cè)壁上的上凸臺30、31連接，且在連接處分別水平連接有延長剛體20、21，所述延長剛體20、21的端部分別設(shè)有調(diào)節(jié)孔I和孔2，對應(yīng)所述調(diào)節(jié)孔I和孔2的支撐結(jié)構(gòu)300側(cè)壁上分別對應(yīng)設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘孔；所述柔性鉸鏈5、6的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)300側(cè)壁上的下凸臺(圖中未標(biāo)注)連接。
[0021]所述位移機構(gòu)200包括:柔性鉸鏈11、12、13、14，連接柔性鉸鏈11的第一剛體16，連接柔性鉸鏈11、12、14的第二剛體17，連接柔性鉸鏈12、13的第三剛體18，剛體長桿19，所述第一剛體16與所述羅伯威爾機構(gòu)100的剛體支架內(nèi)側(cè)面101連接，所述第三剛體18的一端柔性鉸鏈12連接所述剛體長桿19 ;所述第一剛體16與所述羅伯威爾機構(gòu)100的剛體支架內(nèi)側(cè)面101連接，所述第三剛體18的一端柔性鉸鏈12連接所述剛體長桿19 ;所述柔性鉸鏈14的另一端部剛體連接所述支撐結(jié)構(gòu)300的底板，其柔性鉸鏈14兩側(cè)剛體的上下表面所處平面與水平面呈45度方向設(shè)置，所述第一剛體16上的柔性鉸鏈11沿豎直方向設(shè)置所述第三剛體18上的柔性鉸鏈12、13分別水平方向設(shè)置，所述第一剛體16和第二剛體17上的柔性鉸鏈11、14的鉸鏈中心位于同一條水平直線上，所述第二剛體17和第三剛體18上的柔性鉸鏈12、13、14的鉸鏈中心位于同一條豎直直線上，且第一剛體16和第三剛體18上的柔性鉸鏈11、12、13的柔度與各自鉸鏈中心到第二剛體17上的柔性鉸鏈14的中心的距離成正比。
[0022]調(diào)節(jié)孔1、2的位置位于柔性鉸鏈3、4的對稱中心線上。調(diào)節(jié)孔1、2為通孔且孔下方的支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)有螺紋孔，可方便安裝調(diào)節(jié)螺釘，改變調(diào)節(jié)孔1、2的豎直方向的位置。通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘改變孔1、2所在的梁20、21與下面剛體結(jié)構(gòu)的距離，可實現(xiàn)羅伯威爾機構(gòu)的兩側(cè)的平衡性微調(diào)。
[0023]所述位移限位機構(gòu)500包括:在位移機構(gòu)的剛體長桿19的端部設(shè)置有擋塊501、擋柱504和505，在支撐結(jié)構(gòu)300的端部設(shè)置擋槽502和503，擋塊501和剛體長桿19為同一剛體結(jié)構(gòu)，擋柱504和505分別位于檔槽502和503內(nèi)并通過螺紋結(jié)構(gòu)與擋塊501連接，檔槽與檔柱之間的間隙作為預(yù)留位移限位長度。擋塊上設(shè)置安裝檔柱用螺紋孔，在支撐結(jié)構(gòu)的端部設(shè)置擋槽，檔柱位于擋槽內(nèi)，檔柱與檔槽之間的間隙為位移機構(gòu)的限位長度。
[0024]所述剛體采用金屬合金材料制成，所述金屬合金材料是鋁合金。
[0025]本發(fā)明的原理是:本發(fā)明由用于消除四角誤差的羅伯威爾機構(gòu)和將垂直向下的力轉(zhuǎn)換成與該力相對應(yīng)的位移量的位移機構(gòu)構(gòu)成。應(yīng)用該傳感器時，首先在羅伯威爾機構(gòu)的左端長方體承重剛體15的上水平面中心位置上通過螺紋機構(gòu)安裝固定托盤，如果沒有羅伯威爾機構(gòu)的下半部分，若重物沒有放置在托盤中心，便會產(chǎn)生圍繞托盤支點的旋轉(zhuǎn)力矩，產(chǎn)生造成測量誤差；羅伯威爾機構(gòu)的下半部分通過產(chǎn)生平衡力矩防止承重剛體15發(fā)生傾斜，使位移機構(gòu)避免因除重物垂直向下的力以外的力和力矩產(chǎn)生額外的位移，從而避免了該部分誤差。由于承受重物時，隨著承重剛體15的下移，鉸鏈14將產(chǎn)生變形，隨著鉸鏈14的變形，鉸鏈11，12，13也隨之產(chǎn)生變形，鉸鏈7、8、9、10也產(chǎn)生隨承重剛體15相同的下移量，由于鉸鏈3、4、5、6與鉸鏈7、8、9、10之間具有剛體梁，鉸鏈3、4、5、6、7、8、9、10的彎曲量遠小于鉸鏈11、12、13、14的彎曲。因此，位移機構(gòu)通過鉸鏈的旋轉(zhuǎn)平衡所測質(zhì)量，提高了測量精度。通過鉸鏈11、12、13、14的變形，便可使長桿19與水平面產(chǎn)生一個角度。由于長桿具有一定的長度，因此，在長桿的一端將產(chǎn)生一定量的位移，并且該位移與重物的質(zhì)量近似為線性相關(guān)，通過設(shè)置鉸鏈11、12、13、14的位置，可使鉸鏈11、12、13的旋轉(zhuǎn)角度相近，減小了由柔性鉸鏈產(chǎn)生的非線性，因此本傳感器可實現(xiàn)高精度的質(zhì)量測量。位移量由電磁力平衡機構(gòu)轉(zhuǎn)換為電信號，通過對電信號的處理和檢測，得到被稱物體的質(zhì)量。
[0026]調(diào)節(jié)螺釘可通過孔1、2與下方剛體上的螺紋孔實現(xiàn)螺紋機構(gòu)，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘使孔
1、2所在的梁20、21的位置產(chǎn)生豎直方向位移，該位移通過上凸臺30、31支點傳遞給羅伯威爾機構(gòu)，，使羅伯威爾機構(gòu)兩側(cè)在垂直方向上產(chǎn)生微小位移，可在本傳感器安裝時對于兩側(cè)處于非平衡狀態(tài)時的羅伯威爾機構(gòu)進行平衡調(diào)平。
[0027]在安裝傳感器時，先在稱重傳感器的底部支撐結(jié)構(gòu)剛體部分通過安裝孔將傳感器固定到天平基座上(示意圖中未畫出和標(biāo)注)，然后通過羅伯威爾機構(gòu)右端承重剛體15上水平面的螺紋孔安裝托盤固定結(jié)構(gòu)(示意圖中未畫出和標(biāo)注)，然后通過調(diào)節(jié)螺釘對天平的羅伯威爾機構(gòu)兩側(cè)的平衡狀態(tài)進行調(diào)節(jié)。
[0028]在位移機構(gòu)的剛體長桿19的端部位置設(shè)置位移限位機構(gòu)500且為剛體，由于柔性鉸鏈的最薄處很薄，因此過大的變形會使柔性鉸鏈的材料產(chǎn)生屈服應(yīng)力，因此常常需要控制位移機構(gòu)的最大位移，以防過載，因此，可通過控制位移限位機構(gòu)500對位移機構(gòu)的最大位移進行限位，本申請是在天平基座上給位移機構(gòu)19設(shè)置剛體限位機構(gòu)，當(dāng)其與位移限位機構(gòu)接觸時便停止繼續(xù)向上運動，防止過載。
【權(quán)利要求】
1.一種用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，其特征是:該單體傳感器機械結(jié)構(gòu)在本體上一體形成有羅伯威爾機構(gòu)(100)、位移機構(gòu)(200)、支撐結(jié)構(gòu)(300)，所述羅伯威爾機構(gòu)(100)的剛體支架形成于本體的一側(cè)，其上方承重剛體(15)為稱重支撐，沿所述羅伯威爾機構(gòu)(100)的剛體支架內(nèi)側(cè)面(101)形成有所述位移機構(gòu)(200)，該位移機構(gòu)(200)的連接長桿(19)在本體內(nèi)向所述羅伯威爾機構(gòu)(100)的剛體支架相對一側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)(300)延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，其特征是:所述羅伯威爾機構(gòu)(100)包括:柔性鉸鏈(3、4、5、6、7、8、9、10)，連接柔性鉸鏈(3，7)的外側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈(4，8)的內(nèi)側(cè)剛體上梁、連接柔性鉸鏈(5，9)的外側(cè)剛體下梁、連接柔性鉸鏈(6，10)的內(nèi)側(cè)剛體下梁，所述承重剛體(15)四角分別連接各柔性鉸鏈(7、8、9、10)，柔性鉸鏈(3、4、5、6、7、8、9、10)的轉(zhuǎn)動中心線均處于水平面上，且相互平行；所述柔性鉸鏈(3、4)的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)(300)側(cè)壁上的上凸臺(30、31)連接，且在連接處分別水平連接有延長剛體(20、21)，所述延長剛體(20、21)的端部分別設(shè)有調(diào)節(jié)孔(1、2)，對應(yīng)所述調(diào)節(jié)孔(1、2)的支撐結(jié)構(gòu)(300)側(cè)壁上分別對應(yīng)設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘孔；所述柔性鉸鏈(5、6)的端部分別與支撐結(jié)構(gòu)(300)側(cè)壁上的下凸臺連接； 所述位移機構(gòu)(200)包括:柔性鉸鏈(11、12、13、14)，連接柔性鉸鏈(11)的第一剛體(16)，連接柔性鉸鏈(11、12、14)的第二剛體(17)，連接柔性鉸鏈(12、13)的第三剛體(18)，剛體長桿(19);所述第一剛體(16)與所述羅伯威爾機構(gòu)(100)的剛體支架內(nèi)側(cè)面(101)連接，所述第三剛體(18)的一端柔性鉸鏈(12)連接所述剛體長桿(19);所述柔性鉸鏈(14)的另一端部剛體連接所述支撐結(jié)構(gòu)(300)的底板，其柔性鉸鏈(14)兩側(cè)剛體的上下表面所處平面與水平面呈45度方向設(shè)置，所述第一剛體(16)上的柔性鉸鏈(11)沿豎直方向設(shè)置，所述第三剛體(18)上的柔性鉸鏈(12、13)分別水平方向設(shè)置，所述第一剛體(16)和第二剛體(17)上的柔性鉸鏈(11、14)的鉸鏈中心位于同一條水平直線上，所述第二剛體(17)和第三剛體(18)上的柔性鉸鏈(12、13、14)的鉸鏈中心位于同一條豎直直線上，且第一剛體(16)和第三剛體(18)上的柔性鉸鏈(11、12、13)的柔度與各自鉸鏈中心到第二剛體(17)上的柔性鉸鏈(14)的中心的距離成正比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，其特征是:所述調(diào)節(jié)孔(1、2)的位置位于柔性鉸鏈(3、4)的對稱中心線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，其特征是:所述剛體是金屬合金材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)，其特征是:所述金屬合金材料是鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于稱量的單體傳感器機械結(jié)構(gòu)的位移限位機構(gòu)，其特征是:還包括防脫裝置(500)，所述防脫裝置(500)包括在所述剛體長桿(19)端部設(shè)置的擋塊(501)、擋柱(504)和(505)，在支撐結(jié)構(gòu)(300)端部設(shè)置的擋槽(502)和(503)，所述擋塊(501)和剛體長桿(19)為同一剛體結(jié)構(gòu)，所述擋柱(504)和(505)分別位于所述右側(cè)檔槽(502)和左側(cè)(503)內(nèi)并通過螺紋結(jié)構(gòu)與擋塊(501)連接。
【文檔編號】G01G3/12GK104374451SQ201410649095
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】劉慶綱, 馬文起, 馬廣慧, 孫庚 , 劉睿旭, 劉超, 劉美歐 申請人:天津大學(xué), 天津天馬衡基儀器有限公司