專利名稱：力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力傳感器和一種設(shè)有力傳感器的力測量裝置，該力測量裝置尤其用于固定的和運(yùn)輸?shù)妮嗇d荷。
用于測量點(diǎn)狀作用力或點(diǎn)力的力傳感器(也叫作力測量光電元件)有多種多樣不同的結(jié)構(gòu)。然而尤其適用于輪載荷的是不測量點(diǎn)狀作用力而是測量作用在一條直線或一面積上的力的積分的力傳感器。
由CH 667 329(Haenni & Cie公司)公開了一種具有用于測量直線作用的力的長形空心元件。通過平列設(shè)置若干這種力傳感器，按照CH667 329的秤可以測量作用在面積上力的面積積分。為了力的測量要測量通過作用在彈性空心元件上的力而從空心元件中擠出的液體的體積。按照CH667 329的秤雖然能很好用作輪載荷秤，但是這種秤的制作結(jié)構(gòu)復(fù)雜、相當(dāng)昂貴。
本發(fā)明的目的旨在提出一種尤其適用于行駛的汽車的輪載荷的力傳感器以及一種設(shè)有這種力傳感器的力測量裝置或秤；上述力傳感器對環(huán)境影響例如溫度變化、電磁干擾等不敏感，并且制作簡單。
上述目的的解決方案是獨(dú)立權(quán)利要求1、14和16的主題。
本發(fā)明的力傳感器具有一承受待測量的力的、可彈性應(yīng)變的載體，在該載體上這樣設(shè)置第一和第二應(yīng)變測量元件，即由力引起的載體彈性應(yīng)變在兩個(gè)應(yīng)變測量元件上引起不同的長度應(yīng)變。這種長度應(yīng)變的差別用作待測量的力的計(jì)量單位。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)，按相同方式影響兩個(gè)應(yīng)變測量元件的干擾的環(huán)境影響(例如溫度的變化)不明顯影響測量結(jié)果，因?yàn)橹徊捎脙蓚€(gè)應(yīng)變測量元件的測量值的差，而不是用其絕對值來測量力。
載體最好具有長形的形狀，其一側(cè)大體上這樣設(shè)置成緊貼在堅(jiān)硬的不可撓曲的基體的整個(gè)長度上，即待測的力大體上橫向于載體縱向而垂直于載體上的基體作用，因此，載體沿平行于力作用的方向壓縮，并沿垂直于力作用方向和垂直于載體縱向延伸。這兩個(gè)應(yīng)變測量元件可以這樣設(shè)置在載體上，即壓縮基本由第一應(yīng)變測量元件測量，拉伸基本由第二應(yīng)變測量元件測量。
載體具有橫截面大體為環(huán)形的管(測量管)，在其空腔中設(shè)置由固體材料制成的橫截面大體為圓形的棒形元件作為過載保護(hù)，其中，棒形元件的直徑做成如下尺寸，即在傳感器過載時(shí)測量管內(nèi)表面在達(dá)到彈性極限之前至少部分地碰到棒形元件的表面，從而阻止測量管的不可逆的塑性變形。
在本發(fā)明力傳感器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第一應(yīng)變測量元件以與測量管共軸的第一準(zhǔn)螺旋線的形式圍繞載體的軸線延伸設(shè)置，第二應(yīng)變測量元件以第二共軸的準(zhǔn)螺旋線形式圍繞載體的軸線延伸設(shè)置，其中，準(zhǔn)螺旋線在軸線的法線面上的投影形狀分別具有一長的直徑和一短的直徑，第一準(zhǔn)螺旋線的長、短直徑相對于第二準(zhǔn)螺旋線的長、短直徑傾斜成一角度。最好的布局是，第一準(zhǔn)螺旋線的長直徑和第二螺旋線的長直徑之間的傾角以及第一準(zhǔn)螺旋線的短直徑和第二準(zhǔn)螺旋線的短直徑之間的傾角分別大體為90°。這兩條準(zhǔn)螺旋線最好按雙頭螺紋的方式設(shè)置。
在本發(fā)明的力傳感器的另一實(shí)施例中，第一應(yīng)變測量元件設(shè)置在沿著測量管軸線的第一回形線上，其中，第一回形線大體上在圓柱形測量管四分之一圓弧段的周面上延伸。第二個(gè)應(yīng)變測量元件設(shè)置在沿著測量管軸線的第二回形線上，其中，第二回形線大體上在圓柱形測量管的與第一四分之一圓弧段相鄰的第二四分之一圓弧段的周面上延伸。因此，回形設(shè)置的應(yīng)變測量元件在沿著管軸線的面積上延伸，這兩個(gè)面積大體相互垂直?；匦尉€的走向可以是之字形、鋸齒形、正弦形、半圓形、矩形或任何其它的回形線形狀。此外，第三應(yīng)變測量元件可以以第三回形線大體設(shè)置在與第二個(gè)四分之一圓弧段相鄰的第三個(gè)四分之一圓弧段的周面上，第四個(gè)應(yīng)變測量元件可以按第四回形線大體設(shè)置在第一和第三個(gè)四分之一圓弧段之間的第四個(gè)四分之一圓弧段的周面上。在設(shè)置有四個(gè)應(yīng)變測量元件時(shí)，第一個(gè)可以與第三個(gè)串連設(shè)置，第二個(gè)可以與第四個(gè)串連設(shè)置。
在與載體的一側(cè)大體貼在堅(jiān)固的不撓曲的基體的整個(gè)長度上的實(shí)施例不同的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，載體具有一設(shè)有第一肋的上側(cè)、一與上側(cè)大體平行的設(shè)有第二肋的底側(cè)、一左側(cè)和一右側(cè)。第二肋大體與第一肋平行并與第一肋錯(cuò)開設(shè)置。第一應(yīng)變測量元件設(shè)置在載體的右側(cè)，并在上側(cè)和底側(cè)之間之字線延伸，該應(yīng)變測量元件總是從上側(cè)的第一肋延伸到下側(cè)的下一個(gè)肋、從這一下一個(gè)肋延伸到上側(cè)的下一個(gè)肋、再從這一肋延伸到下側(cè)上的下一個(gè)肋、等等。第二個(gè)應(yīng)變測量元件設(shè)置在載體的左側(cè)并在上側(cè)和底側(cè)之間之字形延伸，其中，該應(yīng)變測量元件總是從上側(cè)的兩個(gè)肋之間的第一中點(diǎn)延伸到下側(cè)的兩個(gè)肋之間的下一個(gè)中點(diǎn)，又從這一中點(diǎn)延伸到上側(cè)的兩個(gè)肋之間的下一個(gè)中點(diǎn)，等等。在力大體垂直于上側(cè)作用在第一肋上時(shí)，以第二肋貼在不撓曲的基體上的載體波形變形，其中，第一應(yīng)變測量元件壓縮，第二應(yīng)變測量元件拉伸。與載體的一側(cè)大體貼在基體的整個(gè)長度上的不同是，只有肋貼在基體上的載體不僅沿其橫向變形，而且沿其縱向變形。
在力傳感器的再一優(yōu)選實(shí)施例中，應(yīng)變測量元件設(shè)置在載體的表面構(gòu)成的槽中。該應(yīng)變測量元件可以與電絕緣材料一起澆注在槽中，當(dāng)應(yīng)變測量元件由普通的電阻絲組成時(shí)，則電阻絲澆注在槽中的優(yōu)點(diǎn)是，借助于電阻絲不僅能測量拉應(yīng)力，而且能測量壓應(yīng)力。澆注材料用于將壓力傳遞到電阻絲上。與此相反，借助于自由放置的電阻絲不能測量壓應(yīng)力，因?yàn)殡娮杞z使壓力偏移。盡管如此，當(dāng)用自由放置在槽中的電阻絲來測量應(yīng)變和槽的壓縮時(shí)，則電阻絲必須這樣預(yù)緊，即它在槽壓縮時(shí)始終能承受拉應(yīng)力。
應(yīng)變測量元件最好具有一其電阻與長度伸長有關(guān)的電導(dǎo)體。作為電導(dǎo)體例如可以采用普通的電阻絲，其中，作為電阻絲材料最好采用康銅。為了測量作為待測的力的大小的第一和第二電導(dǎo)體的電阻比例，本發(fā)明的力傳感器最好具有惠斯頓橋式電路。本發(fā)明的力傳感器的這一實(shí)施例具有極短的反應(yīng)時(shí)間，這尤其在測量行駛的汽車的輪載荷時(shí)被證明是有優(yōu)點(diǎn)的。
在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，載體和應(yīng)變測量元件設(shè)置在最好由導(dǎo)電材料制成的密閉的管中。按照本發(fā)明這一實(shí)施例的力傳感器尤其能防止外界的影響，例如溫度變化、振動(dòng)、電磁干擾、潮濕、污染等的影響。
本發(fā)明的力測量裝置具有一個(gè)或若干個(gè)本發(fā)明的力傳感器。本發(fā)明的力測量裝置最好至少具有兩個(gè)分別具有第一和第二應(yīng)變測量元件的力傳感器，應(yīng)變測量元件分別具有一電阻與其長度伸長有關(guān)的電導(dǎo)體，并具有一惠斯頓橋式電路。其中，為了借助于惠斯頓橋式電路確定作用在力傳感器上的合力，第一應(yīng)變測量元件的電導(dǎo)體設(shè)置在第一串聯(lián)電路中，第二應(yīng)變測量元件的電導(dǎo)體設(shè)置在第二串聯(lián)電路中。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，輪載荷秤具有一本發(fā)明的力測量裝置，其中，一個(gè)或幾個(gè)可彈性變形的載荷大體垂直于和順著待秤重的車輪的行駛方向設(shè)置。按照本發(fā)明實(shí)施例的輪載荷秤可以具有與其它的可偶聯(lián)的輪載荷秤偶聯(lián)的偶聯(lián)裝置，這樣，若干個(gè)這種輪載荷秤可以相互偶聯(lián)，例如以便覆蓋整個(gè)車道寬度，而在偶聯(lián)處不出現(xiàn)測量結(jié)果的誤差和/或死區(qū)。
結(jié)合附圖的對本發(fā)明的下述的詳細(xì)描述只作為更好地理解本發(fā)明的例子，而不應(yīng)理解為對權(quán)利要求書保護(hù)范圍的限制。對于專業(yè)人士而言，從結(jié)合附圖的下述說明和總的權(quán)利要求書中可以毫無困難地得出其它的有利實(shí)施例和特征的組合，然而這些始終落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
附圖表示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。其中

圖1按照本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的力傳感器的部分側(cè)視圖；圖2圖1中力傳感器的載體的橫截面；圖3通過部分圖1中的力傳感器的載體的縱剖面；圖4按照本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的力傳感器的透視圖。
原則上，各圖中相同的零件用相同的標(biāo)號表示。
圖1表示本發(fā)明力傳感器的第一優(yōu)選實(shí)施例的部分側(cè)視圖。力傳感器具有一受力的、可彈性變形的載體10，在該載體上設(shè)置第一和第二應(yīng)變測量元件21、31。載體10最好由金屬制成，然而原則上也可使用其它的彈性材料。應(yīng)變測量元件分別由一康銅制的電阻絲制成，該電阻絲最好設(shè)有電絕緣的外殼。然而也可使用由其它材料制的電阻絲或其它應(yīng)變測量元件，例如應(yīng)變測量條。圖2的橫截面及圖3的縱剖面為了清楚起見只表示了載體10，而沒有表示設(shè)置在其上的電阻絲21、31。
載體10大體具有縱長管子的形狀，下面稱為測量管，其具有環(huán)形的橫截面和內(nèi)徑d2及外徑d1。電阻絲21和31設(shè)置在管壁外側(cè)上形成的槽20或30中。槽20、30最好通過銑削管壁而構(gòu)成，并且是準(zhǔn)螺旋線形地按照螺旋線的雙頭螺紋設(shè)置，其中，槽20、30的基線，即槽最深部位的線在垂直于管軸線平面的橫截面投影中為準(zhǔn)矩形，這與橫截面為圓形的螺絲的普通螺紋相反。在圖1的側(cè)視圖中，槽20、30和電阻絲21、31在力傳感器的可見側(cè)用連續(xù)線表示，而在被擋住側(cè)則用虛線表示。電阻絲21、30大體放置在槽20、30的基線上。螺旋線形的槽的螺距最好選擇成，槽的兩個(gè)相鄰圈之間的管軸線方向上的間距大約等于測量管10的外徑d1。
在圖2中可見的槽20基線的橫截面投影由兩條直的豎線24和28以及兩條弧形的、大體水平的線22和26組成，它們設(shè)置成一準(zhǔn)矩形的形狀。準(zhǔn)矩形22、24、26、28的豎直拉伸明顯大于其水平拉伸，因?yàn)檫@兩條直的豎線24、28在豎直間距上延伸，該豎直間距大于兩條弧形線22、26延伸的水平間距。此外，弧形線22、26相對于準(zhǔn)矩形22、24、26、28向外拱起，因此，準(zhǔn)矩形沿著其豎直中心線的豎直拉伸要大于其角部。因此，槽20基線的橫截面投影總體具有豎立的準(zhǔn)矩形的形狀，其具有直的豎直的縱邊24、28和弧形的大體水平的窄邊22、26，該準(zhǔn)矩形放在其弧形的向外彎曲的窄邊上。
與此相反，同樣在圖2中可見的槽30基線的橫截面投影具有立在其長邊上的準(zhǔn)矩形的形狀，該準(zhǔn)矩形具有直的、水平的長邊和弧形的、大體豎直的窄邊34、38。準(zhǔn)矩形32、34、36、38的水平拉伸明顯大于其豎直拉伸，因?yàn)橐环矫孢@兩條直的水平線32、36在間距大于這兩條弧形線34、38延伸的豎直間距的水平間距上延伸。另一方面，弧形線34、38相對于準(zhǔn)矩形32、34、36、38向外拱起，因此，準(zhǔn)矩形沿著其水平的中心線的水平拉伸要大于其角部的。
力傳感器的測量管10位于堅(jiān)固的基體(未示出)上，該基體基本阻止因力的作用而使測量管10的任何彎曲?，F(xiàn)在，如果力大體豎直從上方垂直于管的縱軸線作用在力傳感器上，則管狀載體10沿豎直方向壓縮，沿橫向于管縱軸的水平方向拉伸。由此，在圍繞測量管10設(shè)置的具有高的橫截面的圖形狀的槽20中的電阻絲21總體被壓縮，因此，其長度減小；相反，在圍繞測量管10而設(shè)置的具有寬的橫截面的圈形狀的槽30中的電阻絲總體被拉伸，因此，其長度增大。這樣，兩個(gè)電阻絲21、31沿相反方向改變其電阻。在垂直于管的縱向的平面內(nèi)測量測量管10的壓縮和拉伸。其中，待測量的力沿著管長度作用在測量管上的部位不起作用。更確切地說，測量信號始終是待測量的外力在整個(gè)管長度上積分的豎直力分量的函數(shù)。
兩個(gè)電阻絲21、31的電阻比例借助于一個(gè)惠斯頓橋式電路測量，并作為大體豎直作用在力傳感器上的外力的總和的大小。按照本發(fā)明實(shí)施例的力傳感器的反應(yīng)時(shí)間足夠短，在輪載荷秤中使用這種力傳感器時(shí)能達(dá)到測量行駛著的汽車的輪載荷要求的時(shí)間，以便即使在行駛速度為33米/秒(120公里/小時(shí))時(shí)也保證輪載荷秤響應(yīng)速度的幾倍的可靠性。
電阻絲21、31不是松馳地放置在槽20、30中，而是電阻絲21、31和槽20、30的邊緣之間的空腔為了防止污染和/或電阻絲的移動(dòng)最好用一種電絕緣的填充材料澆注。作為澆注槽20、30中的電阻絲21、31的合適的填充材料，環(huán)氧樹脂被證明是有利的。
測量管10在其直徑d2的內(nèi)腔中具有由堅(jiān)固材料制的棒形元件(未示出)作為過載保護(hù)。棒形元件具有大體為圓形的橫截面，其直徑的大小為，在力傳感器過載時(shí)，測量管10的內(nèi)表面在達(dá)到彈性極限之前至少部分碰到棒形元件的表面。從而阻止測量管10的非彈性變形，這樣，在力的測量時(shí)，測量管10只在拉伸極限的線性范圍(胡克直線)內(nèi)變形。在制造力傳感器時(shí)，首先最好將棒形元件插入測量管10中，然后使力傳感器在其整個(gè)長度上承受大的過載，接著在卸載后進(jìn)行測量管的零點(diǎn)調(diào)整。在大的過載后，測量管10已經(jīng)具有一小的塑性變形，然而，在隨后的零點(diǎn)調(diào)整中已經(jīng)考慮了這一塑性變形。然后，在以后的不明顯超出第一次過載大小的過載時(shí)，不出現(xiàn)附加的塑性變形，從而也不再使力傳感器失調(diào)。
為了防止外界的干擾影響，測量管10連同電阻絲21、31放置在一密閉的管子中(未示出)。當(dāng)該保護(hù)管由導(dǎo)電材料例如金屬制成時(shí)，則它如同法拉第籠起作用。這樣，力傳感器一方面防止了電磁干擾形式的外界影響，另一方面(由于密閉的管子)而防止了潮濕、污染等。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述保護(hù)管由與測量管10相同的金屬材料制成，因此，該管盡可能不承受會(huì)引起力傳感器的力測量誤差的力，該管的管壁大約要比測量管10的管壁薄十倍。為此，該管子沒有圓形的而是有橢圓形的橫截面，其中，橢圓的短軸沿著待測量的力的方向設(shè)置。為了制作力傳感器，最好首先使具有圓形橫截面和大于測量管10的外徑d1的內(nèi)徑的管子在其整個(gè)長度上擠壓，使現(xiàn)在為橢圓形的管子橫截面的短軸小于測量管10的外徑d1。接著，將測量管10插入上述管子中，使短軸位于由力傳感器測量的力的方向上。在測量管插入時(shí)，上述管子被略微擴(kuò)徑，這樣保證了該管子與測量管之間的可靠和均勻的接觸。管壁厚度為十分之一和橢圓形橫截面的管子的剛度小于測量管剛度的1％，由此避免了由該管子引起的力的測量誤差。
按照圖1-3中所示實(shí)施例的本發(fā)明的力傳感器具有很大程度上不受干擾的環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)。溫度變化和其它的外界影響，例如拉力、壓力和/或沿管的縱向的剪切力、橫向于管的縱向的剪切力等按相同的方式影響著這兩個(gè)應(yīng)變測量元件，對測量結(jié)果沒有明顯的影響，因?yàn)橹徊捎脙蓚€(gè)應(yīng)變測量元件的測量值之間的差值而不是采用其絕對值來測量力。通過將測量管10連同電阻絲21、31放置在密閉的管子中，可以有效保護(hù)力傳感器免受污染、潮濕和其它環(huán)境影響的作用，從而達(dá)到力傳感器的良好的長期的工作狀態(tài)。
圖4以透視圖表示了本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的力傳感器。該力傳感器具有一受力的、可彈性變形的載體110，在該載體上設(shè)置第一應(yīng)變測量元件121和第二應(yīng)變測量元件131。載體10最好由金屬作成，然而原則上也可以采用其它彈性材料。應(yīng)變測量元件121、131分別由康銅制的電阻絲構(gòu)成，該電阻絲最好設(shè)有電絕緣外殼。但也可以采用由其它材料制成的電阻絲或其它應(yīng)變測量元件，例如應(yīng)變測量條。
載體110大體具有橫截面為矩形的長的長方六面體的形狀，具有上側(cè)112、底側(cè)116、右側(cè)114以及左側(cè)116。載體10的兩個(gè)端側(cè)在圖4的視圖中沒有表示。
載體110的上側(cè)112設(shè)有第一向上凸起的肋141、142，它們按規(guī)則的間距并相互平行地橫向于載體的縱向設(shè)置。載體110的底側(cè)116設(shè)有第二向下凸起的肋151、152，它們按規(guī)則的間距又橫向于載體的縱向并平行于第二肋設(shè)置。第二肋151、152相對于第一肋141、142錯(cuò)開設(shè)置，使得第二肋151始終位于兩個(gè)第一肋141、142的中間。
第一電阻絲12放置在載體110的右側(cè)中構(gòu)成的第一槽120中。第一槽120在上側(cè)112和底側(cè)116之間之字線延伸，其中，它總是從上側(cè)112的第一肋141延伸至底側(cè)116的下一個(gè)肋151，從該處延伸至上側(cè)112的下一個(gè)肋142，從該處延伸至底側(cè)116的下一個(gè)肋152，等等。
第二個(gè)電阻絲131放置在載體110的左側(cè)118上構(gòu)成的第二槽130中。第二槽130在上側(cè)112和底側(cè)116之間之字形延伸，其中，它始終從上側(cè)112的兩個(gè)肋141、142的中間延伸至底側(cè)116的兩個(gè)肋151、152之間的下一個(gè)中間，從該處延伸至上側(cè)112的中間肋的下一個(gè)中間。因此，在平行于肋的投影中，這兩個(gè)槽120、130形成兩條始終相交的之字線。
載體110用其第二肋151、152放置在堅(jiān)固的不可撓曲的基體(未示出)上。待測量的力大體豎直從上方(即垂直于載體110的上側(cè)112)作用在載體110上側(cè)112的第一肋141、142上，從而載體110這樣發(fā)生波形變形，即第一槽120(從而第一電阻絲)壓縮，而第二槽130(從而第二電阻絲131)拉伸。按圖1至3中所示的本發(fā)明實(shí)施例的類似的方式對兩個(gè)電阻絲121、131上量取的電阻信號進(jìn)行計(jì)算。
在本發(fā)明的與圖4中所示不同的另一實(shí)施例中，載體具有雙T形載體的形狀，其具有一上翼緣、一下翼緣和一連接上下翼緣的腹板。類似于圖4中所示的實(shí)施例，上翼緣和下翼緣設(shè)置有相互錯(cuò)開的橫肋。電阻絲懸臂式地沿之字曲線延伸在上翼緣和下翼緣之間。因此，電阻絲必須預(yù)張緊，以便在壓縮時(shí)始終能承受拉應(yīng)力。
本發(fā)明的力測量裝置或尤其用于測量行駛的或靜止的汽車的輪載荷的秤(未示出)具有若干個(gè)本發(fā)明的力傳感器。管狀的力傳感器相互平行地放置在形成力傳感器的基體的大體水平的底板和構(gòu)成測量面的、大體豎直的頂板之間，這樣用輪載荷秤測量所有垂直于測量面作用的力的總和。每個(gè)力傳感器中的高圈和寬圈的電阻絲按串聯(lián)的方式與其余力傳感器的相應(yīng)圈的電阻絲相連，這樣，用唯一的惠斯頓橋式電路就可測量所有垂直作用在測量面上的力。
在本發(fā)明的輪載荷秤的一個(gè)實(shí)施例中，力傳感器的所有測量管相互平行地沿著待秤量的輪子的行駛方向布置，為此，輪載荷秤設(shè)有偶聯(lián)裝置，用來橫向于行駛方向側(cè)向偶聯(lián)其它的可偶聯(lián)的輪載荷秤。這樣若干個(gè)這種輪載荷秤可以相互連接在一起，以便例如覆蓋整個(gè)車道寬度，而在連接處不會(huì)出現(xiàn)測量結(jié)果的誤差和/或死區(qū)。借助于在整個(gè)車道寬度上設(shè)置的一排這種輪載荷秤可以可靠地測量駛過的汽車的輪載荷，而與車道內(nèi)汽車駛過的地點(diǎn)無關(guān)。
總而言之，由本發(fā)明提出了一種尤其適用于測量行駛著的汽車的輪載荷的力傳感器以及一種設(shè)有這種力傳感器的力測量裝置，這種力傳感器對外界影響如溫度變化、振動(dòng)、電磁干擾和污染不敏感，實(shí)施測量只需短的測量時(shí)間。
權(quán)利要求
1.力傳感器，其特征為，在一承受待測力的可彈性變形的載體(10；110)上這樣設(shè)置一第一和一第二應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)，使由力引起的載體(10；110)的彈性變形導(dǎo)出用作力的大小的應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)之間的應(yīng)變差。
2.按照權(quán)利要求1的力傳感器，其特征為，載體(10)具有長形形狀，其一側(cè)大致整個(gè)長度地這樣平放設(shè)置在一堅(jiān)固的不可撓曲的基體上，即待測量的力大體橫向于載體縱向并垂直于基體作用在載體(10)上，從而載體(10)沿著平行于力作用的方向壓縮，沿著垂直于力作用和垂直于載體縱向的方向拉伸，其中，壓縮大體由第一應(yīng)變測量元件(21)測量，拉伸大體由第二應(yīng)變測量元件(31)測量。
3.按照權(quán)利要求2的力傳感器，其特征為，載體(10)具有一橫截面大體為環(huán)形的測量管(10)，其內(nèi)設(shè)置一由一種堅(jiān)固材料制成的橫截面大體為圓形的棒形元件作為過載保護(hù)；其中，棒形元件的直徑做成，在力傳感器過載時(shí)，測量管的內(nèi)表面在達(dá)到彈性極限之前至少部分碰到棒形元件的表面。
4.按照權(quán)利要求2或3的力傳感器，其特征為，第一應(yīng)變測量元件(21)按與載體(10)的縱軸線共軸的第一準(zhǔn)螺旋線(20)的形狀和第二應(yīng)變測量元件(31)按一共軸的第二準(zhǔn)螺旋線(30)的形狀圍繞著載體軸線延伸設(shè)置，其中，準(zhǔn)螺旋線(20，30)在軸線的法向面上的軸平行投影的形狀分別具有一長的直徑和一短的直徑，第一準(zhǔn)螺旋線(20)的長、短直徑相對于第二準(zhǔn)螺旋線(30)的長、短直徑傾斜成一角度。
5.按照權(quán)利要求4的力傳感器，其特征為，兩條準(zhǔn)螺旋線(20，30)按雙頭螺紋的方式設(shè)置。
6.按照權(quán)利要求2或3的力傳感器，其特征為，第一應(yīng)變測量元件設(shè)置在沿著載體軸線的第一回形線上，其中，第一回形線大體在載體的第一個(gè)四分之一圓弧的周面上延伸；第二應(yīng)變測量元件設(shè)置在沿著載體軸線的第二回形線上，其中，第二回形線大體在載體的與第一個(gè)四分之一圓弧相鄰的第二個(gè)四分之一圓弧的周面上延伸。
7.按照權(quán)利要求1的力傳感器，其特征為，載體(110)具有一設(shè)有第一肋(141，142)的上側(cè)(112)、一大體與上側(cè)(112)平行的設(shè)有第二肋(151、152)的底側(cè)(116)、一左側(cè)(118)和一右側(cè)(116)，其中，第二肋(151，152)大體平行于第一肋(141，142)并與其這樣錯(cuò)開設(shè)置，即用第二肋(151，152)貼放在不撓曲的基體上的載體(110)在大體垂直于上側(cè)(112)在第一肋(141、142)上作用有力時(shí)發(fā)生波形變形，其中，右側(cè)(114)中從第一肋(141、142)至第二肋(151、152)之字形延伸的第一應(yīng)變測量元件(121)被壓縮，而在左側(cè)(118)中從第一肋(141、142)的中間至第二肋(151，152)的中間之字形延伸的第二應(yīng)變測量元件(131)則被拉伸。
8.按照權(quán)利要求1-7中之一的力傳感器，其特征為，應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)設(shè)置在載體(10；110)表面上構(gòu)成的槽(20，30；120，130)中。
9.按照權(quán)利要求8的力傳感器，其特征為，應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)與一種電絕緣材料澆注在槽(20，30；120，130)中。
10.按照權(quán)利要求1-9中之一的力傳感器，其特征為，應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)具有一電阻與長度應(yīng)變有關(guān)的電導(dǎo)體(21，31；121，131)。
11.按照權(quán)利要求10的力傳感器，其特征為，該電導(dǎo)體(21，31；121，131)由大體由康銅制成的電阻絲構(gòu)成。
12.按照權(quán)利要求10或11的力傳感器，其特征為，用一個(gè)惠斯頓橋式電路來測量第一(21，121)與第二(31，131)電導(dǎo)體的電阻比例，作為力的大小。
13.按照權(quán)利要求1-12中之一的力傳感器，其特征為，載體(10；110)和應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)設(shè)置在一密封的管子中。
14.具有至少一個(gè)按照權(quán)利要求1-13中之一的力傳感器的力測量裝置，尤其秤，其特征為，力傳感器具有一受力的可彈性變形的載體(10；110)，在該載體上這樣設(shè)置第一(21；121)和第二(31；131)可縱向應(yīng)變的應(yīng)變測量元件，使得由力引起的載體(10；110)的彈性變形導(dǎo)出用作力大小的應(yīng)變測量元件(21，31；121，131)之間的長度應(yīng)變差。
15.按照權(quán)利要求14的力傳感器，其特征為，力測量裝置至少具有兩個(gè)各具有一第一(21；121)和第二(31；131)應(yīng)變測量元件的力傳感器和唯一的惠斯頓橋式電路；這些應(yīng)變測量元件分別具有一電阻與長度應(yīng)變有關(guān)的電導(dǎo)體(21，31；121，131)；其中，為了借助于惠橋斯頓橋式電路來確定作用在力傳感器上的合力，將第一應(yīng)變測量元件的電導(dǎo)體設(shè)置在第一串聯(lián)電路中，將第二應(yīng)變測量元件的電導(dǎo)體設(shè)置在第二串聯(lián)電路中。
16.具有如權(quán)利要求14或15的力測量裝置的輪載荷秤，其特征為，可彈性變形的載體(10；110)大體是直的并順著待秤重的輪的行駛方向設(shè)置。
17.按照權(quán)利要求16的輪載荷秤，其特征為，一偶聯(lián)裝置用于與其它可偶聯(lián)的輪載荷秤連接。
全文摘要
一種力傳感器具有一承受待測力的可彈性變形的載體(10;110),在該載體上這樣設(shè)置一第一和一第二應(yīng)變測量元件(21,31;121,131),使得由力引起的載體(10,110)的彈性變形導(dǎo)致兩個(gè)應(yīng)變測量元件(21,31;121,131)的不同的長度應(yīng)變。這一長度應(yīng)變差用作待測力的大小。本發(fā)明的力傳感器很大程度上不受環(huán)境影響的干擾,例如溫度變化、電磁干擾、拉力、壓力和/或沿管縱向的剪力、橫向于管縱向的剪力等等。具有若干個(gè)本發(fā)明力傳感器的輪載荷秤具有短的反應(yīng)時(shí)間,能夠測量行駛著的汽車的輪載荷。
文檔編號G08G1/02GK1274420SQ98809995
公開日2000年11月22日 申請日期1998年10月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月9日
發(fā)明者F·朔伊特爾, C·毛雷爾 申請人:黑尼儀器股份有限公司