封閉式力矩不敏感測力計的製作方法

2023-05-03 13:16:21 4

專利名稱：封閉式力矩不敏感測力計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測力計，更準確地說是涉及一種利用可膨脹波形封閉裝置，例如波紋管進行封閉的或密封的力矩不敏感測力計。
一種單梁或多梁測力計可以補償由偏心施加載荷所產生的扭轉力的效應，這種偏心載苛可以例如由授予Neil C.Griffen並轉讓給本發明的受讓人的美國專利4，380，175號和4，453，609號中所教導的各種方法來施加。能補償偏心載荷效應的測力計稱為「力矩不敏感測力計」(以下簡稱MILC)。由Griffen所教導的補償方法是較理想的，即它能使由於偏心載荷所產生的誤差隨著載荷施加偏心點從測力計的一側向另一側進行橫向移動時呈線性變化。
近來，對於某些施加載荷條件，即在貼有應變電阻片或其它力傳感器的力矩不敏感測力計的中央部位進行密封的方法是較理想的。已經發現波紋管對於將測力計封閉起來從而使其波形圈環繞在測力計梁或多個梁的縱向軸線上是合適的。波紋管的每個端部的較細頸部焊接在測力計上。由于波形圈的原因，波紋管採用這樣的定向則在測力計的彎曲方向上受到減弱而且對測力計的輸出沒有顯著的影響。
但是，新近又發現這樣一種密封式測力計是很難對橫向偏心載荷進行補償的。
根據本發明，現已發現補償波紋管封閉式測力計方面的問題的根源在于波紋管在施加扭轉載荷的條件下是以彈性屈曲的形式發生變形。這種變形產生一個垂直於封閉裝置/測力計組件縱向軸線的力矢量。此力矢量傳遞到測力計上並被表現出來從而成為所測力的組成部分。現已找到一種解決辦法其中包括在扭轉載荷條件下增加波紋管對扭轉變形，例如屈曲的抵抗力，而同時保持其對純彎曲載荷的柔性。
體現本發明的測力計包括至少一個帶有中央縱向軸線的梁和裝在該梁上的若干力傳感器。設有封閉裝置以便環繞著貼有傳感器的梁的部分上。該封閉裝置具有以剛性地連接在梁上的第一端部和第二端部，並且對沿縱向軸線施加的載荷是柔性的，並對由縱向軸線的橫向施加的載荷所產生的扭轉變形具有較大的抗力。
根據本發明的一個實施例，該封閉裝置具有一個或多個波形圈，而在靠近波形圈的每個端部是由連續的非波形圈壁部分連接起來的。該非波形圈壁部分對扭轉變形是具有抗力的，而同時該端部波形圈對沿梁的縱向軸線所施加的力提供了柔性。
根據本發明另一實施例，該封閉裝置是一種在其整個長度上具有多個波形圈的普通波紋管。在封閉裝置的圓周邊上的一點或多個點上設有用於在多個相鄰波形圈的徑向端部剛性地連接在一起的裝置。該連接裝置可以採用將剛性較好的杆以釺焊的方式或其它合適的方式連接在各波形圈上。
附圖簡要說明

圖1是體現本發明的封閉式測力計的立面側視圖;
圖2是在圖1的箭頭2-2方向上觀察的測力計的端視圖;
圖3是圖1中的測力計封閉裝置內部的展開視圖;
圖4是體現本發明的封閉裝置的一個替換形式的立面側視圖;和圖5是該封閉裝置的另一替換形式的立面側視圖。
首先參看圖1至圖3，圖中示出一個雙梁測力計10，在其上，下梁表面上以已知的方法貼有應變電阻片12。測力計10具有一中央縱向軸線13。一個普通波紋管15形式的密封式封閉裝置環繞著測力計10上貼有應變電阻片12的部位。波紋管15在其各對應的端部具有焊接在測力計10的徑向凸緣19上的頸部17、18，波紋管15在其整個長度上設有多個波形圈。按照本發明，將加強杆23，24釺焊或以其它合適的方法固定在靠近各波形圈的個圈的徑向內圓周邊上，以增強波紋管15用以防止發生扭轉變形。
在使用中，將測力計10的一端剛性地固定起來，而在其另一端通過一個標度板或類似的裝置(未示出)施加待測定的載荷。所施加的載荷使測力計10以已知的方式發生彎曲，而且使應變電阻片12產生一個標誌所施加載荷的電信號。波紋管封閉裝置15的波形圈20能夠使波紋管在測力計彎曲的方向容易發生彎曲，而對測力計的彎曲不產生影響。
當同樣的重量施加在標度母板的不同位置上時，則所施加的不是垂直地通過中央軸線13、例如由圖2中箭頭所指示的載荷，就會產生一個力矩，該力矩會影響應變電阻片12的輸出從而導致應變儀產生不同讀數。測力計10可以藉助例如在前面所提到的在Griffen的美國專利4，380，175號中所介紹的方法進行補償來克服這樣的一種載荷位置誤差。
已經發現，象圖2中箭頭F所指示的那種偏心載荷，可以在波紋管封閉裝置15中產生彈性屈曲形式的應力和變形，這種應力和變形將在波紋管的端部產生一個力矢量。此力矢量的方向是與波紋管的縱向軸線相垂直的。此力是以非線性形式傳遞到測力計上並影響測力計的輸出，從而使線性載荷位置補償方法增加困難和/或降低其使用效果。所設置的加強杆23、24是通過將多個波形圈連接在一起以使波紋管15對彈性屈曲提供扭轉抗力。加強杆23、24能夠使波紋管在扭轉載荷條件下提供對彈性屈曲和其它扭轉變形的抗力，而且這些加強杆從而不阻止波紋管在垂直方向的彎曲。
首先在將波紋管的所有波形圈直線對正之後，將加強杆，24連接上去。在加強杆23、24釺焊上去之前，各波形圈的找正有助於促使各單個波紋管的工作均勻性和減少在某一給定方向發生屈曲的傾向。
儘管圖中所示為兩個加強杆，但採用一個或多於兩個杆都是可行的。加強杆也可以連接在各波形圈的外圓周邊上以代替連接在其內圈周邊上。此外，採用加強杆是較好的，但為了使波紋管對扭轉變形具有更大的抵抗力而在波紋管的一個或多個圓周部位上將多個波形圈連接在一起的任何方法都是可用的。
相鄰採用加強杆能使波紋管具有抵抗屈曲的能力有兩個原因。首先，由於在將加強杆連接上去之前，將波形圈都在垂直于波紋管的縱向軸線的方向上找正，這種找正得到保持。各波形圈的任何不對正可以使波形圈端面具有一會產生屈曲的預置方面，這樣的屈曲將比把各波形圈對正情況下更容易發生。第二個原因是，如果至少採用兩個加強杆，則每個波形圈端面的的自由間距就縮短了，因此它對屈曲的抗力就增加了。
圖4和圖5示出在封閉裝置的每個端部只設置一個或兩個波形圈的改進的封閉裝置。圖4所示封閉裝置40在其每個端部只具有一個波形圈42，該波形圈是由一個較直的非波形壁部分45分隔開的。在壁部分45中不帶波形圈部分使該封閉裝置在許多情況下具有足夠的扭轉剛性從而防止發生扭轉彈性變形，而同時波形圈42對封閉裝置在垂直彎曲方面提供足夠的柔性。此外，壁部分45可以根據需要做成比波形圈42的壁厚一些以使其對扭轉變形具有較大的抵抗力。另一替換型方案是將與加強杆23，24(圖1至圖3)相似的但其剛性更強的加強杆連接到壁45上的一個部位或在圓周上間隔開的多個部位上。
圖5所示的封閉裝置50與圖4所示封閉裝置40是相似的，但它在每個端部具有兩個波形圈52，而不是像圖4中那樣只有一個波形圖。增加的波形圈對該封閉裝置增加了垂直方向的柔性。和圖4所示的封閉裝置一樣，波形圈52是由較直的非波形壁部分55分隔開。顯然，增加的波形圈52可以根據需要設置，而且壁55的扭轉剛性可以根據要求通過均勻地增加其厚度或者通過連接加強杆或元件得到改進。
儘管上面對本發明已結合貼有應變電阻片的兩梁測力計進行了描述，但應當理解到，帶有一個或多個梁的並可以不是貼應變電阻片而是採用力傳感器的任何測力計都是可用的。
權利要求
1.一種測力計，它包括至少一個具有中央縱向軸線的梁，一個裝在該梁上的力傳感器，一個用以封閉著上述梁的裝有力傳感器的部位上的封閉裝置，該封閉裝置帶有以剛性連接在上述梁上的一個第一端部和一個第二端部，該封閉裝置對沿著上述縱向軸線施加的載荷是柔性的並在施加在垂直於上述縱向軸線的載荷下對扭轉變形具有較強的抗力。
2.如權利要求1所述的測力計，其特徵在於;其中所述封閉裝置包括至少一個靠近每一端部的波形圈和連接上述波形圈的具有較好剛性的裝置，從而使上述波形圈為上述封閉裝置對沿上述縱向軸線方向施加的載荷提供較好的柔性，而上述連接裝置為上述封閉裝置對在垂直於上述縱向軸線施加載荷所產生的扭轉變形提供較強的抗力。
3.如權利要求2所述的測力計，其特徵在於其中所述連接裝置包括一個較直的，非波形壁部分。
4.如權利要求3所述的測力計，其特徵在於所述壁部分的厚度是大於上述波形圈的壁厚的。
5.如權利要求2所述的測力計，其特徵在於其中所述連接裝置包括在上述封閉裝置的圓周邊上的一個或多個點上的加強杆。
6.如權利要求2所述的測力計，其特徵在於其中所述封閉裝置包括在其全長上的若干波形圈，而上述連接裝置包括在上述封閉裝置的圓周邊上的一點上將上述相鄰的波形圈剛性連接起來的裝置，從而使上述封閉裝置在垂直於上述縱向軸線施加的載荷下具有抗抵扭轉變形的抗力。
7.如權利要求6所述的測力計，其特徵在於其中所述剛性連接裝置是位於上述梁的彎曲平面內，從而使其對沿著梁的縱向軸線施加的載荷不會明顯地降低封閉裝置的柔性。
8.如權利要求6所述的測力計，其特徵在於它包括一個位於上述封閉裝置的圓周邊上在上述剛性連接裝置直徑上相對著間隔開的一個第二點上將上述波形圈連接在一起的第二剛性連接裝置。
9.如權利要求6所述的測力計，其特徵在於其中所述剛性連接裝置包括一個連接在上述波形圈的圓周邊上的加強杆。
10.一種測力計，它包括一個具有中央縱向軸線的梁，一個貼在梁上的力傳感器，一個封閉著上述梁上貼有力傳感器的部分的封閉裝置，上述封閉裝置在其每一端部具有至少一個波形圈，和一個用以連接該波形圈並增加該封閉裝置相對於上述波形圈的扭轉變形抗力的裝置。
11.一種用於將一至少具有一個在其上貼有力傳感器的梁的測力計進行密封的方法，它包括對在其每一端部具有至少一個波形管的封閉裝置進行設置的各個步驟。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於它包括在連接到測力計上之前對各波形圈找正的步驟。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於它包括將加強裝置連接到每個波形圈的圓周邊上按一定順序將它們連接在一起的步驟。
全文摘要
將一種雙梁式測力計密封在一波紋管封閉裝置中。該封閉裝置可以在其每一端或其整個長度上設有若干波形圈，這種波形圈可使其在測力計彎曲方向上彎曲變形。該封閉裝置是通過圍繞該封閉裝置圓周邊間隔開地設置一個或多個加強杆並在各波形圈找正之後與多個波形圈連接在一起來提高偏心載荷所產生的扭轉力作用下發生的彈性屈曲的抗力。另外，連接波形圈的非波形壁可以被增強以抵抗扭轉彈性屈曲。
文檔編號G01G3/14GK1049717SQ90106508
公開日1991年3月6日 申請日期1990年7月23日 優先權日1989年8月9日
發明者麥可·N·漢密爾頓, 埃德溫·J·斯託爾茲 申請人:託利多磅秤公司