本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)測(cè)力傳感器，具體涉及一種懸臂梁稱重傳感器，尤其是涉及一種用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器及測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

水分是谷物質(zhì)量高低的重要指標(biāo)之一，目前谷物水分檢測(cè)儀被廣泛應(yīng)用于谷物儲(chǔ)運(yùn)、加工、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，測(cè)力水分傳感器較電阻或電容式傳感器的具有準(zhǔn)確性高及適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

專利號(hào)為CN 104142358 A的中國(guó)發(fā)明專利“測(cè)力式在線谷物水分傳感裝置”公布了一種谷物水分傳感裝置，包含一測(cè)力傳感器，上述測(cè)力傳感器沿其縱向一側(cè)端面通過(guò)螺釘固定在前殼體內(nèi)凸臺(tái)上，其余端面與前殼體內(nèi)壁之間留有一定間隙，以便于傳遞擠壓力，用于測(cè)量二個(gè)輥輪之間的谷粒所受的擠壓力并將采集到的擠壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，上述測(cè)力傳感器為電阻應(yīng)變片式測(cè)力傳感器，以便根據(jù)應(yīng)變片組粘貼方式的改變可以測(cè)量二個(gè)輥輪傳遞的谷粒變形的擠壓力和動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的扭力。但是上述發(fā)明存在以下問(wèn)題：1、為配合上述傳感器的結(jié)構(gòu)形式及工作方法，上述發(fā)明專利谷物水分傳感裝置的前殼體需設(shè)有凸臺(tái)，增加了制造難度與制造成本；2、傳感器輸出小、靈敏度低和剛度有限；3、使用普通的懸臂梁稱重傳感器會(huì)增加谷物水分傳感裝置的結(jié)構(gòu)尺寸，故不適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器，自由端和固定端之間安裝有對(duì)稱設(shè)置的V形應(yīng)變梁和倒V形應(yīng)變梁，應(yīng)變片粘貼在因變梁上，提高測(cè)量的靈敏度。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是一種用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器，自由端和固定端之間存在高度差，預(yù)留應(yīng)變梁及自由端形變空間，避免傳感器固定造成的誤差并減小傳感器安裝空間。

本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置，其內(nèi)測(cè)力傳感器采用對(duì)稱設(shè)置的V形應(yīng)變梁和倒V形應(yīng)變梁，提高響應(yīng)倍數(shù)和測(cè)量靈敏度。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器，固定端，其用于固定；

自由端，其與所述固定端平行并列設(shè)置；以及

第一V形應(yīng)變梁，其連接在所述固定端和自由端之間；

第二V形應(yīng)變梁，其連接在所述固定端和自由端之間，并且和所述第一V形應(yīng)變梁對(duì)稱布置；

應(yīng)變片，其粘貼于所述第一或第二V形應(yīng)變梁上。

優(yōu)選的是，所述自由端的高度小于固定端的高度，使固定端和自由端的上平面之間存在高度差，固定端和自由端的下平面之間存在高度差。

優(yōu)選的是，所述第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的各自?shī)A角α為30-60度。

優(yōu)選的是，所述測(cè)力傳感器通過(guò)放大電路輸出谷物對(duì)輥輪的一個(gè)水平壓力F：

其中，U_BD為電橋輸出；U_AC為電橋電壓；E是彈性模量；W是抗彎截面模量；κ為應(yīng)變片靈敏系數(shù)；a為彎矩力臂；α為應(yīng)變梁與水平面角度。

優(yōu)選的是，所述應(yīng)變片電連接放大電路。

優(yōu)選的是，還包括：輥輪軸安裝孔，其對(duì)稱布設(shè)在所述固定端和自由端上，并且位于所述第一和第二V形應(yīng)變梁的對(duì)稱軸線上，用于連接輥輪。

優(yōu)選的是，還包括：

電機(jī)軸安裝孔，其開設(shè)在所述固定端上相對(duì)于輥輪軸安裝孔的一側(cè)，用于支撐電機(jī)軸；

定位孔，其布設(shè)在所述電機(jī)軸安裝孔下端，用于固定測(cè)力傳感器固定。

本發(fā)明的目的還可通過(guò)一種測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其內(nèi)安裝測(cè)力傳感器，包括：

底座，其為水平面和豎直面組成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平面上開設(shè)與所述定位孔固定連接的凸臺(tái)，所述豎直面上開設(shè)電機(jī)軸裝配孔；

電機(jī)，其電機(jī)軸依次穿過(guò)電機(jī)軸裝配孔和電機(jī)軸安裝孔進(jìn)行固定，所述電機(jī)用于提供驅(qū)動(dòng)力；

第一輥輪和第二輥輪，兩個(gè)輥輪輪軸通過(guò)輥輪軸安裝孔并列設(shè)在測(cè)力傳感器的前面且在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下相向轉(zhuǎn)動(dòng)，用于將落入二個(gè)輥輪之間的谷粒擠壓變形并將擠壓力傳遞給測(cè)力傳感器。

優(yōu)選的是，所述第二輥輪外緣加工有溝槽，所述第一輥輪外緣加工有滾花紋，以提高二個(gè)輥輪的摩擦力。

優(yōu)選的是，所述二個(gè)輥輪外緣的間隙小于谷粒的最小直徑。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：1、本發(fā)明將彈性體采取V形懸臂梁結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的矩形截面梁結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵彈性元件，該結(jié)構(gòu)可以調(diào)整彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)較大的靈敏度提升幅度，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。2、本發(fā)明固定端與自由端存在高度差，從而使自由端懸空，為受力形變預(yù)留出空間，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡(jiǎn)單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。3、本發(fā)明彈性體留有多個(gè)安裝孔可與作為測(cè)力式谷物水分傳感裝置的傳感元件，精簡(jiǎn)水分儀結(jié)構(gòu)尺寸，節(jié)約加工成本。4、應(yīng)變測(cè)量方式由拉壓應(yīng)變梁測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)閺澙瓚?yīng)變梁測(cè)量，從材料力學(xué)分析應(yīng)變放大了8倍左右，從而靈敏度系數(shù)大幅度提高。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器的平面圖。

圖2是本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器的立體圖。

圖3是本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器的應(yīng)變梁的受力分析圖。

圖4是本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器的應(yīng)變片的位置結(jié)構(gòu)圖。

圖5是本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器的應(yīng)變片放大電路圖。

圖6是本發(fā)明的一種測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

圖1-2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于谷物水分檢測(cè)的測(cè)力傳感器100的一種實(shí)現(xiàn)形式，包括：固定端110、自由端120、應(yīng)變梁130、應(yīng)變片140。所述應(yīng)變片140粘貼于應(yīng)變梁130上，其根據(jù)應(yīng)變梁130的形變改變電阻值，通過(guò)與其連接的放大電路將電阻變化值放大從而將擠壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)電路的處理傳輸給顯示儀表或上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了糧食水分的在線測(cè)量；所述應(yīng)變梁130包括第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁，所述第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁沿第一水平軸C-C對(duì)稱設(shè)置，所述應(yīng)變梁130的一端連接固定端110、另一端連接自由端120，構(gòu)成一體式結(jié)構(gòu)；其中，所述固定端110和自由端120的水平對(duì)稱軸與所述第一水平軸重合。應(yīng)變梁130選取V形結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的直形，從而改變彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，使測(cè)力傳感器100的靈敏度較大幅度提升，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

在另一實(shí)施例中，如圖1所示，所述固定端110高度大于自由端120的高度，使固定端110和自由端120的上平面之間存在高度差，固定端110和自由端120的下平面之間存在高度差，所述高度差大于等于所述自由端120形變量，從而使自由端120懸空使其留有形變空間，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡(jiǎn)單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。

在另一實(shí)施例中，如圖4所示，所述應(yīng)變片140由四個(gè)相同的電阻式應(yīng)變片組成，分別為R1、R2、R3和R4，四個(gè)電阻式應(yīng)變片粘貼在所述應(yīng)變梁130上，可以安裝在第一V形應(yīng)變梁或第二V形應(yīng)變梁上；所述四個(gè)電阻式應(yīng)變片中心對(duì)稱安裝構(gòu)成十字行，此種布設(shè)可以測(cè)量二個(gè)輥輪傳遞的谷粒變形的擠壓力。

在另一實(shí)施例中，如圖5所示，應(yīng)變片140電連接放大電路，對(duì)電阻式應(yīng)變片的阻值變化進(jìn)行放大并傳輸給顯示儀表或上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了糧食水分的在線測(cè)量。

在另一實(shí)施例中，測(cè)力傳感器100還包括第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113，第一輥輪軸安裝孔113為布設(shè)在所述固定端110上的通孔結(jié)構(gòu)，其與布設(shè)在自由端120上的通孔結(jié)構(gòu)第二輥輪軸安裝孔121對(duì)稱布設(shè)，所述第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113用于連接輥輪，所述第二輥輪軸安裝孔121、第一輥輪軸安裝孔113之間的距離滿足：二個(gè)輥輪外緣的間隙小于谷粒的最小直徑，使從二個(gè)輥輪間通過(guò)的谷物受積壓變形，從而引起應(yīng)變梁130形變，進(jìn)一步使應(yīng)變片140阻值發(fā)生變化。

在另一實(shí)施例中，測(cè)力傳感器100還包括：電機(jī)軸安裝孔111，其開設(shè)在所述固定端110上相對(duì)于第一輥輪軸安裝孔113的一側(cè)，用于連接電機(jī)；定位孔112，其布設(shè)在所述電機(jī)軸安裝孔111下端，用于將測(cè)力傳感器固定在底座相應(yīng)位置上。通過(guò)電機(jī)軸安裝孔111和定位孔112便于將測(cè)力傳感器100安裝在測(cè)量裝置上，并保證測(cè)量的精度。

在另一實(shí)施例中，如圖3所示，所述應(yīng)變梁130材質(zhì)一般采用鋁合金，第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的夾角α為30-60度之間，夾角α使第一V形應(yīng)變梁和第二V形應(yīng)變梁的結(jié)構(gòu)易于變化，優(yōu)選的是，夾角α取45度左右的角度，從而改變彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，使測(cè)力傳感器100的靈敏度較大幅度提升，提高至4-8倍，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

在另一實(shí)施例中，如圖3所示，糧食籽粒經(jīng)過(guò)兩輥輪時(shí)對(duì)輥輪產(chǎn)生一個(gè)水平壓力F，通過(guò)軸承座作用在測(cè)力傳感器100上，則應(yīng)變梁130受到水平方向的力F₁為：

F₁＝F/2 (1)

則R1和R2處的彎矩M₁、M₂分別為：

M₁＝ε₁EW＝F₁sinα·d₁ (2)

M₂＝ε₂EW＝F₁sinα·d₂ (3)

設(shè)d₁和d₂為F₁作用點(diǎn)距離R1和R2的距離，由于F₁方向平行于A₁A₂，則R1，R2間的距離a為：

a＝d₁-d₂ (4)

所以：M₁-M₂＝F₁sinα·(d₁-d₂) (5)

其中，U_BD為電橋輸出，單位為V，一般取2-5V；U_AC為電橋電壓V，一般取2-5V；E是彈性模量，單位為pa；W是抗彎截面模量，單位為m³；κ為應(yīng)變片靈敏系數(shù)，金屬電阻絲取1.7-3.6；a為彎矩力臂，單位為N·m；α為應(yīng)變梁角度，一般取45度；ε₁、ε₂為應(yīng)變片黏貼處的彎矩應(yīng)變。

本發(fā)明還包括一種測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置，如圖6所示，其內(nèi)安裝如上所述的測(cè)力傳感器100，還包括底座200、電機(jī)300、輥輪400：

底座200為水平面和豎直面組成的L型結(jié)構(gòu)，所述水平面上開設(shè)與所述定位孔112固定連接的凸臺(tái)210，所述豎直面上開設(shè)電機(jī)軸裝配孔220，所述底座200將測(cè)力傳感器100精確定位在安裝位置，保證測(cè)量的精度。

電機(jī)300的電機(jī)軸310依次穿過(guò)電機(jī)軸裝配孔220、電機(jī)軸安裝孔111進(jìn)行固定，所述電機(jī)300用于驅(qū)動(dòng)輥輪400旋轉(zhuǎn)，為輥輪400的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

輥輪400，包括兩個(gè)輥輪，兩個(gè)輥輪輪軸通過(guò)輥輪軸安裝孔并列設(shè)在測(cè)力傳感器100的前面且相向轉(zhuǎn)動(dòng)，用于將落入二個(gè)輥輪之間的谷粒擠壓變形并將擠壓力傳遞給測(cè)力傳感器100；其中，所述測(cè)力傳感器100的自由端120下端與底座200之間存在間隙，所述間隙大于等于所述自由端120形變量，比傳統(tǒng)傳感器節(jié)約使用空間，安裝使用更加簡(jiǎn)單方便，可以避免由于傳感器固定造成的誤差。

在另一實(shí)施例中，如圖6所示，所述輥輪400分別為第一輥輪410和第二輥輪420，所述第一輥輪410外緣均布加工有滾花紋，所述第二輥輪420外緣加工有溝槽，以提高二個(gè)輥輪的摩擦力，對(duì)其間通過(guò)的谷物進(jìn)行充分?jǐn)D壓。

在另一實(shí)施例中，所述第一輥輪410和第二輥輪420外緣的間隙小于谷粒的最小直徑，其間通過(guò)的谷物進(jìn)行充分?jǐn)D壓，提高測(cè)量精度。

本發(fā)明的一種測(cè)力式谷物水分檢測(cè)裝置，其測(cè)力傳感器采取V形懸臂梁結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的矩形截面梁結(jié)構(gòu)作為關(guān)鍵彈性元件，該結(jié)構(gòu)可以調(diào)整彈性體的剛度和有效質(zhì)量分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)較大的靈敏度提升幅度，響應(yīng)更高放大倍數(shù)更大。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。