懸柱式傳感器的製作方法
2023-05-24 02:52:31
專利名稱：懸柱式傳感器的製作方法
技術領域：
懸柱式傳感器屬於稱重傳感器的一種。
目前，稱重傳感器(電阻應變式)的結構種類很多，可按不同的方法分類，正應力型傳感器就是其中的一種。常見的正應力傳感器有單柱式、多柱式、筒式。這類傳感器的輸出一般在1.5mv/v以下，輸出低的原因是受彈性元件材料泊松比的影響。由於柱的截面積隨重力增加而增大，導致傳感器的輸出相對減小，使傳感器產生固有的非線性。為了解決柱式傳感器的非線性，通常採用拱橋端加入電阻來進行非線性補償。這就使傳感器的可靠性係數降低。
本實用新型的目的在於提供一種非線性自補償的懸柱式傳感器。
實現上述目的技術方案是懸柱式傳感器是由彈性元件、模片、外套三部分組成，構成彈性元件的承載架、支撐架、應變柱、連接盤為一整體，承載件的上部是圓柱形壓頭，承載架的下部是應變柱，應變柱中的壓應變柱與承載架為一體，拉應變柱與支撐架為一體，承載架與支撐架由通槽隔開，支撐架的外圓固定在外套上，膜片固定在支撐架的上端面上，並與承載架的圓柱形壓頭的壁面固定。
該傳感器中的應變柱可以採用變載面應變柱，或等載面變柱兩種，且柱壓反對稱。
該方案與現有技術比較，具有以下優點和效果(1)由於採用彈性元件中各部件整體結構，使其結構緊湊，傳感器體積減小。(2)改善了彈性元件的加工工藝性，使彈性元件加工簡單，特別是變載面應變柱避免了兩端應力集中問題。(3)由於應變柱採用柱壓反對稱的懸柱式結構，可實現傳感器的非線性自補償，不必採用拱橋端加入電陰進行非線性補償問題，不僅使傳感器的可靠性係數增加而且傳感器的輸出也增加。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體設計方案及實施例。
圖1是懸柱式傳感器的整體結構示意圖；圖2是圖1的A＝A剖視圖；圖3是彈性元件結構主視圖；圖4是圖3的仰視圖；圖5是圖3的俯視圖；圖6是圖3的側視圖；圖7是圖3的仰視立體圖(應變柱為變截面)；圖8是圖3的仰視立體圖(應變柱為等截面)；圖9是應變柱帖片面展開圖。
彈性元件是正應力傳感器的核心部件，本實用新型將構成彈性元件的承載架(4)、支撐架(5)、應變柱(6)、連接盤(7)做成一體，即使其成為整體結構。承載架的上部為圓柱型壓頭，承載架的下部與兩個壓應變柱為一體，兩個拉應變柱與其上的支撐架(5)由通槽隔開。支撐架(5)的外面固定在外套(3)上，當壓頭受力後，承載架下移，應變柱(6)中的兩個壓應變柱受壓，同時另兩個拉應變柱受拉。以實現非線性自補。應變柱(6)是彈性元件(2)中的核心部件。它是由四個截面為方形杆，分布在正方體的連接盤(7)的四角上，由於本實用新型的彈性元件為整體結構，四個應變柱分別與承載架和支撐架為一體，因此應變柱似吊掛在承載架和支撐架上，故稱其為懸柱式。
彈性元件(2)的加工採用整體坯料，上端加工出圓柱形壓頭，下端加工成方柱形，在方柱側面加工出通孔，兩通孔垂直交叉後便形成了應變柱。若通孔為圓孔，形成的是變截面應變柱，若通孔為方孔，形成的是等截面應變柱。然後加工通槽(可採用線切割加工)使承載架(4)與支撐架分離，嚴格地說，是通過通槽形成承載架和支撐架。通槽開至方柱的通孔處，將其上的應變柱分開其中兩個(對角)與承載架為一體，另兩個(對角)與支撐架為一體。也就是說，承載架和支撐架是通過連接盤(7)為一整體結構。實際上彈性元件中的各部件是通過上述加工而成的，是一個整體而不是裝配的。從而保證了整體結構的緊湊性和可靠性。
本實用新型的整體結構是將彈性元件(2)中的支撐架(5)的外圓固定在外套(3)上，膜片(1)扣裝在支撐架(5)的上端。膜片的作用主要是消除橫向力。該傳感器的結構特點是可以在彈性元件帖片之前先焊上膜片。這樣可在帖片工藝流程中消除膜片的焊接應力並可縮短了傳感器的生產周期。
該傳感器的輸出以圖9可見，四個應變柱的截面積相等，當柱I、III受壓時，柱II、IV受拉，組成全橋的輸出由計算公式可求得，可達2mv/v。其輸出不受彈性元件泊松比影響，並使其增大。
如果柱I、III所產生的非線性輸出為ΔS，那麼柱II、III的非線性輸出就為-ΔS。這樣在組橋後的非線性為零。
本實用新型是以拉壓反對稱結構為例描述技術方案的，當然可以設計成拉式或拉壓兩種方式。
權利要求1.懸柱式傳感器是由彈性元件、膜片、外套組成，其特徵在於構成彈性元件的承載架、支撐架，應變柱連接盤為一整體，承載架的上部是圓柱形壓頭，承載架的下部是應變柱，應變柱中的壓應變柱與承載架為一體，拉應變柱與支撐架為一體，承載架與支撐架由通槽隔開，支撐架的外圓固定在外套上，膜片固定在支撐架的上端面上，並與承載架的圓柱形壓頭的壁面固定。
2.根據權利要求1所述的懸柱式傳感器，其特徵在於應變柱採用四個變截面或等截面應變柱，拉壓反對稱。
專利摘要懸柱式傳感器屬於稱重傳感器的一種。它是由彈性元件、膜片、外套組成。彈性元件中的承載架、支撐架、應變柱、連接盤為一整體。應變柱採用拉壓反對稱結構,即其中二個應變柱受壓的同時,另外兩個應變柱受拉。該傳感器的特點是可實現非線性自補償,輸出增大結構緊湊可靠。
文檔編號G01L1/20GK2296002SQ9721373
公開日1998年10月28日 申請日期1997年4月4日 優先權日1997年4月4日
發明者吳家範, 付俊洲 申請人:吳家範