專利名稱：雙孔梁形石英諧振式力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石英諧振式力傳感器，尤其是一種將石英振子直接設(shè)置在雙孔梁結(jié)構(gòu)中的力傳感器。
目前商用電子秤多采用電阻應(yīng)變片式傳感器以達(dá)到較高的測量精度，如

圖1、2所示，揭示了電阻應(yīng)變片式傳感器雙孔梁彈性體(以下簡稱雙孔梁)受力應(yīng)變的原理。當(dāng)一端固定，另一端加作用力時，雙孔梁應(yīng)變區(qū)的T部位受力而被拉伸，而C部位被壓縮，其上應(yīng)變片式形變引起其電阻的變化，從餓電壓變化，得以測出壓力大小。但由于傳感器的輸出為模擬電壓，加上功耗大，為此電子秤需配置電源濾波器、交直流轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等電路，使產(chǎn)品成本高，攜帶不方便。石英諧振式稱重傳感器的出現(xiàn)，使得電子秤的電路大為簡化，低功耗的傳感器可以使用直流電池供電。但現(xiàn)有的石英諧振器型傳感器結(jié)構(gòu)件較多，用于電子計(jì)價秤時，都需附加加載機(jī)構(gòu)，這樣一方面增加了材料成本，另一方面引進(jìn)了機(jī)械的誤差，而且安裝使用也極不方便，使電子秤生產(chǎn)制造復(fù)雜。
本發(fā)明的目的在于提供一種雙孔梁形石英諧振式力傳感器，可將石英振子直接設(shè)置在測力的裝置上，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，具有溫度補(bǔ)償性能，精度較高，成本降低。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種雙孔梁形石英諧振式力傳感器，它包括一承受壓力的雙孔梁，在雙孔梁受力壓縮的部位上開設(shè)有由卡固槽、砧塊以及石英振子組成的石英諧振傳感裝置；其中卡固槽開設(shè)在雙孔梁受力壓縮的部位上，卡固槽上設(shè)有上蓋，卡固槽的內(nèi)壁分別設(shè)有砧塊、兩砧塊卡固石英振子，石英振子上引出兩電極。
所述的卡固槽水平方向截面為有一定斜度的梯形，豎直方向垂直，所配合的砧塊結(jié)合面與卡固槽斜度一致。
所述的砧塊卡固石英振子處為V型槽口。
所述的石英諧振傳感裝置可設(shè)在雙孔梁受壓壓縮的上下兩面部位。
所述的石英諧振傳感裝置可同時設(shè)在雙孔梁受壓壓縮和拉伸的部位。
所述的雙孔梁的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口。
所述的上蓋與雙孔梁之間填有密封膠。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、數(shù)字頻率式輸出，應(yīng)用電路簡單；2、雙諧振器差頻輸出，具有溫度系數(shù)自補(bǔ)償功能；3、滑動砧塊結(jié)構(gòu)使石英振子預(yù)應(yīng)力可調(diào)，提高了精度；4、用雙孔梁式彈性片，容易消除四角誤差，可直接用于現(xiàn)有的各種計(jì)價秤，結(jié)構(gòu)不變，轉(zhuǎn)型容易；5、直流供電，低功耗；6、結(jié)構(gòu)簡單，裝配容易，易于批量生產(chǎn)。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有的雙孔梁式彈性體結(jié)構(gòu)和受力應(yīng)變的示意圖；圖2為現(xiàn)有的半孔雙孔梁式彈性體結(jié)構(gòu)和受力應(yīng)變的示意圖；圖3為本發(fā)明石英振子部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明設(shè)置一個石英傳感器的實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的參比型實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明的差動型實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明參比型和差動型均有的實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的雙孔梁上拉伸部位開設(shè)與壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置相同槽口結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明半雙孔梁一種較佳實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明半雙孔梁另一種較佳實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖3，給出了本發(fā)明的石英諧振傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意。本發(fā)明的傳感器本體為一承受壓力的雙孔梁1，在雙孔梁1受力壓縮部位上設(shè)有由卡固槽3、砧塊4以及石英振子5組成的的諧振傳感裝置6；其中卡固槽3開設(shè)在雙孔梁1受力壓縮的部位，卡固槽3上設(shè)有上蓋2，卡固槽3的內(nèi)壁分別設(shè)有砧塊4、兩砧塊4卡固石英振子5，石英振子5上引出兩電極8、7。卡固槽3水平方向截面為有一定斜度的梯形，豎直方向垂直，所配合的砧塊4結(jié)合面與卡固槽3斜度一致。此斜度的目的在于；當(dāng)批量生產(chǎn)時，石英振子5或雙孔梁1的尺寸會有誤差，這樣通過微調(diào)砧塊4的位置則可對石英振子5施以期望的預(yù)緊力，以補(bǔ)償加工尺寸帶來的誤差。預(yù)緊力調(diào)好后，砧塊5可被膠粘在雙孔梁1的卡固槽3上不在移動。砧塊4卡固石英振子5處為V型槽口，便于固定石英振子5。
當(dāng)對雙孔梁1施力時，卡固槽3、砧塊4受力向內(nèi)位移，石英振子5受向內(nèi)的擠壓力而改變晶體諧振頻率，通過其上的電極與外部電路連接，而完成力傳感過程。圖4所示的本發(fā)明實(shí)施例為一設(shè)在雙孔梁1受壓壓縮部位的石英諧振傳感裝置6，其工作過程就如上述機(jī)理。
參見圖5，為本發(fā)明參比型傳感裝置實(shí)施例，為了減少石英本身的晶振調(diào)零誤差，在雙孔梁1上的受力壓縮和拉伸部位均設(shè)有一組石英諧振傳感裝置6。因?yàn)楫?dāng)雙孔梁1受力時，兩個石英諧振傳感裝置6的諧振頻率之差可反映力的大小。當(dāng)力F作用于雙孔梁時，石英振子5受壓力其頻率發(fā)生變化，而石英振子5′可調(diào)其預(yù)緊力為零；當(dāng)力F作用于雙孔梁時，5′的槽被拉伸，砧塊受向外的力，故石英振子5′不受力，因此其頻率不變。這樣檢測兩個振子的差頻即可反映出作用力F的大小。
如圖6所示，本發(fā)明為差動型傳感結(jié)構(gòu)。石英振子5和5′分別處于雙孔梁的兩側(cè)應(yīng)變區(qū)的壓縮部位，當(dāng)力F作用于雙孔梁的一端上面時，5和5′均受到砧塊傳來的壓力。對于AT切型的石英切片，在不同的方向施加壓力，諧振器具有不同的力靈敏系數(shù)。選擇合適的加力方向使5與5′的力靈敏系數(shù)符號相反。這樣5和5′在受力后頻率一個變大，一個變小，取其差頻即可反映傳感器受力的大小這種結(jié)構(gòu)的測量精度更高。
圖7給出了本發(fā)明參比型和差動型均有的實(shí)施例，其動作機(jī)理與上述參比型和差動型結(jié)構(gòu)兩實(shí)施例一致。該三個實(shí)施例使用兩組或四組相同切型的石英諧振器6可以達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，減少其他因素石英晶體的共同特性影響。另外，本發(fā)明還可直接方便地進(jìn)行四角誤差的修正。
如圖8所示，為保證本發(fā)明雙孔梁1受力形變均勻，在雙孔梁1的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置6開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口9。由于結(jié)構(gòu)對稱，雙孔梁1梁體形變一致，從而提高測量精確度。
石英諧振傳感裝置可同時設(shè)在雙孔梁應(yīng)變區(qū)的壓縮和拉伸的部位，通過參比和差動比較，可進(jìn)一步提高測量精度。
參見圖9、10，本發(fā)明的實(shí)施例為半雙孔梁1′結(jié)構(gòu)傳感器結(jié)構(gòu)，其石英諧振傳感裝置6的結(jié)構(gòu)、設(shè)置以及工作機(jī)理同完整的雙孔梁1的一致，因此不再贅述。
另外，參見圖4-10，本發(fā)明上石英諧振傳感裝置6的上蓋2與雙孔梁1梁體之間填有密封膠，將石英振子5密封起來，并且保證石英振子5懸空在卡固槽3腔體內(nèi)，準(zhǔn)確地將信號傳遞出來。
權(quán)利要求
1.一種雙孔梁形石英諧振式力傳感器，它包括一承受壓力的雙孔梁，其特征在于在雙孔梁受力壓縮的部位上開設(shè)有由卡固槽、砧塊以及石英振子組成的石英諧振傳感裝置；其中卡固槽開設(shè)在雙孔梁受力壓縮的部位上，卡固槽上設(shè)有上蓋，卡固槽的內(nèi)壁分別設(shè)有砧塊、兩砧塊卡固石英振子，石英振子上引出兩電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的卡固槽水平方向截面為有一定斜度的梯形，豎直方向垂直，所配合的砧塊結(jié)合面與卡固槽斜度一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的砧塊卡固石英振子處為V型槽口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的石英諧振傳感裝置可設(shè)在雙孔梁受壓壓縮的上下兩面部位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的石英諧振傳感裝置可同時設(shè)在雙孔梁受壓壓縮和拉伸的部位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的雙孔梁的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙孔梁形石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的上蓋與雙孔梁之間填有密封膠。
全文摘要
一種雙孔梁形石英諧振式力傳感器,它包括一承受壓力的雙孔梁,在雙孔梁受力壓縮的部位上開設(shè)有由卡固槽、砧塊以及石英振子組成的石英諧振傳感裝置;其中卡固槽開設(shè)在雙孔梁受力壓縮的部位上,卡固槽上設(shè)有上蓋,卡固槽的內(nèi)壁分別設(shè)有砧塊、兩砧塊卡固石英振子,石英振子上引出兩電極?？ü滩鬯椒较蚪孛鏋橛幸欢ㄐ倍鹊奶菪?豎直方向垂直,所配合的砧塊結(jié)合面與卡固槽斜度一致。本發(fā)明可將石英振子直接設(shè)置在測力的裝置上,具有溫度補(bǔ)償性能,結(jié)構(gòu)簡單,安裝方便,精度較高,成本降低。
文檔編號G01L1/10GK1277352SQ9910913
公開日2000年12月20日 申請日期1999年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月15日
發(fā)明者陳玉鵬 申請人:陳玉鵬