彈性分流式石英諧振稱重傳感器的製作方法
2023-07-19 18:46:16 1
專利名稱：彈性分流式石英諧振稱重傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種稱重傳感器，尤其涉及一種彈性分流式石英諧振稱重傳感器，屬於傳感器技術領域。
現有技術中，石英諧振式力傳感器是基於石英諧振器的應變敏感效應。當諧振器晶片受力作用後，其固有頻率隨之改變。利用這一原理組成的測力傳感器，直接輸出頻率信號，無需模擬電路，便可直接輸入到計算機和單片機，極大地降低了電路成本和儀表的開發周期。由於諧振式力傳感器將石英材料作為敏感元件，所以具有很高穩定性，很好的線性，很小的滯後特性，是一種非常理想的測力敏感元件。在批量生產的條件下，傳感器的生產成本很低，遠低於目前的應變式傳感器，一致性很好。但是，這種傳感器只有在批量生產的條件下，才能顯示出它的優點，因此其規格不能很多，就目前國內的情況來看，只有滿量程為8Kg的一種規格，大於、小於這一量程的傳感器都沒有。即使在國外，其規格也只有幾種小量程的傳感器。
另外，這種傳感器是一種點接觸傳感器，而衡器中的稱重傳感器，往往需要大面積受力，如日常生活中的電子計價秤，其臺面300×400平方毫米，其重物放在臺面的任何位置，傳感器指示的力應不變，稱為四角效應。如不加改造，石英諧振式傳感器無法用作稱重傳感器。
本實用新型的目的在於提供一種新型結構的石英諧振稱重傳感器，使之能方便地改變量程並解決四角效應問題，擴大石英諧振式傳感器在測力、稱重、衡器領域的應用範圍。
為實現這樣的目的，本實用新型設計了彈性分流式結構的石英諧振稱重傳感器，傳感器上面是被測載荷直接作用的承載體，下面有一基礎彈性體，傳感器的內芯安裝在基礎彈性體上，內芯的另一端，通過鋼珠與調節螺釘與承載體相對固定。
當傳感器受到被測載荷作用後，承載體便向下產生位移X，傳感器內芯也向下位移X，由於傳感器內芯是石英材料，可以認為它是沒有變形的，因此必然使基礎彈性體產生同樣的位移X。實際上，基礎彈性體和承載體是兩個並聯的彈性體。
設承載體P的彈性係數為C1，而基礎彈性體的彈性係數為C4，則被測載荷P-N＝C1X其中，基礎彈性體的反作用力N，即傳感器內芯所受的力N＝C4X根據國內現有的石英諧振式傳感器的測力範圍，N＝8Kg，由於是兩個並聯彈性體，兩個公式中的位移X是相等的，所以P＝N+C1X＝(C1+C4)X＝8+C1X由此可知，只要改變承載體和基礎彈性體的剛度之比便可方便地改變被測載荷體的範圍。目前已能利用這一方法製造成幾十公斤到幾十噸的測力稱重傳感器。
只要把鋼珠安裝在承載體的物理旋轉中心處，則承載體在一定承載面的範圍內可以不產生四角誤差。
為更清楚地說明本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和實施例作進一步詳細描述。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖中，傳感器上面是被測載荷直接作用的承載體1，下面有一基礎彈性體4，傳感器的內芯5安裝在基礎彈性體4上，內芯5的另一端，通過鋼珠3與調節螺釘2與承載體1相對固定。
根據傳感器的使用要求和傳感器內芯5的具體尺寸，決定基礎彈性體4的結構尺寸，在結構尺寸已定的情況下，用改變基礎彈性體4的壁厚H4的方法，來改變彈性體4的剛度。壁厚H4越厚剛度越大，反之越小。對於彈性反力為8Kg，基礎彈性體4的位移取值在0.5mm＜δx＞0.2mm範圍內，這是因為如果彈性體4的位移太小，由於接觸變形產生的誤差，會嚴重影響測量精度，但若位移取得過大，彈性體4容易產生非線性。本實用新型的一個實施例中，位移δx取值為0.3mm，壁厚H4＝0.9mm，能很好地滿足上述要求。實際上對不同量程的傳感器，基礎彈性體的尺寸是相同的。
對不同量程的稱重傳感器，只要改變承載體1的剛度，即改變承載體1的壁厚H1，即可改變傳感器的量程。上例中，取H1＝1.25mm。二者結合，可使彈性分流式石英諧振稱重傳感器的量程為20公斤，且達到很高的精確度。若加大壁厚H1，其量程可在數百公斤範圍變化。對更大的量程則傳感器的結構需稍加改變。
本實用新型的新型結構使得石英諧振式測力傳感器可以應用于衡器行業大於8Kg的各種傳感器，如電子計價秤、人體秤、汽車衡吊秤、配料秤、料鬥秤的各種傳感器，擴大了應用範圍。
本實用新型基本保持石英諧振式傳感器的原有特性，有很好的線性與穩定性，很小的滯後特性與蠕變，具有很高的抗幹擾能力，而生產成本遠低於目前普遍採用的應變式傳感器。由於傳感器直接輸出數位訊號，無需模數轉換電路，後續電路的成本也將大大降低。採用本實用新型製成的電子計價秤，其總的生產成本在目前應變式電子計價秤成本的二分之一以內。
權利要求1.一種彈性分流式石英諧振稱重傳感器，其特徵在於傳感器的上面是被測載荷直接作用的承載體1，下面有一基礎彈性體4，傳感器的內芯5安裝在基礎彈性體4上，內芯5的另一端，通過鋼珠3與調節螺釘2與承載體1相對固定。
專利摘要一種彈性分流式石英諧振稱重傳感器,其上面是承載體,下面有基礎彈性體,傳感器的內芯安裝在基礎彈性體上,內芯的另一端,通過鋼珠與調節螺釘與承載體相對固定。本實用新型結構簡單,基本保持石英諧振式傳感器的原有特性,具有很高的抗幹擾能力,並可通過改變承載體的剛度來製造各種量程的傳感器,適用于衡器行業的各種傳感器,擴大了在測力、稱重、衡器領域的應用範圍。
文檔編號G01G3/00GK2394207SQ9924016
公開日2000年8月30日 申請日期1999年11月3日 優先權日1999年11月3日
發明者沈生培, 吳東鑫, 王來桂 申請人:上海交通大學