CN101532817B - 电阻应变计及利用电阻应变计改变应力传递方式的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电阻应变计及利用电阻应变计改变应力传递方式的传感器，包括电阻应变计中敏感栅及焊盘的排列方式，它改变了桥式剪切梁形传感器的应力斜对称传递方式，所述利用该电阻应变计改变应力传递方式的传感器，包括电阻应变计、它设置在弹性体前后左右对称的两侧，所述弹性体坐落在一承力底座上，在弹性体的上方设置一钢球，并且该钢球坐落在一钢球护套内；所述钢球的上方还设置一上压头；所述弹性体上方的两侧还分别设置有紧固部件使弹性体与底座固定为一体。不仅解决了以往悬臂剪切梁传感器存在的测试精度不易控制和对加工装配要求高等问题，而且本发明大大提高了此类剪切梁传感器的测试精度，降低了生产成本。

Description

电阻应变计及利用电阻应变计改变应力传递方式的传感器

技术领域

本发明涉及一种能够测量外部施加的力和重量的力学量测量的一种改进型的应变计及利用该应变计组成的单剪切梁式和双剪切梁式传感器。

背景技术

应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，主要用于力、加速度、压力、力矩等力学量的测量。应变式传感器将应变计粘贴于弹性体表面或者直接将应变计粘贴于被测试件上，弹性体或试件的变形通过基底和粘结剂传递给应变计的敏感栅，其电阻值发生相应的变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化，即可测量应变。若通过将测量得到的应变转换成施加在弹性体或试件上的位移、力、力矩、加速度、压力等物理量，则可测量上述各量，制成各种应变式传感器。应变式传感器使用最广泛的传感元件为电阻应变计。

电阻应变计，其测量应变的原理，主要是借弹性体或试件的变形，引起粘贴在弹性体或试件表面上的电阻应变计电阻值的变化，电阻值的变化率dR/R与应变dl/l二者之间的关系：dR/R＝K·dl/l，其中，K称为电阻应变计的灵敏系数。箔式应变计由于具有：①金属箔栅薄，应变状态与弹性体或试件的应变状态接近，应变效应明显，测量精度较高；②散热条件好，允许电流大，灵敏度高；③横向效应小；④可制成多种复杂形状、尺寸准确的敏感栅，以适应不同的测量要求；⑤蠕变和机械迟滞小，疲劳寿命长；⑥生产效率高，便于实现自动化生产等优点得到广泛的应用。现有典型的剪切方式受力的双45度的二轴应变计如图1所示，在载荷沿着梁的轴线方向有偏移时，以往使用的应变计受力不均时，特别是当弹性体受到侧向载荷的作用时，其上应变计的敏感栅11a会扭曲变形产生附加输出信号，造成测量误差；它直接影响了剪切梁式传感器的非线性和迟滞性能指标的提高。应变计的敏感栅11a容易发生形变，影响传感器的性能，例如传感器的非线性度、迟滞等。

现有技术中的剪切梁式传感器使用的常规双45度的二轴应变计的第一个问题涉及力学量测量过程中偏载引起受力不均，导致应变计的敏感栅发生扭曲变形，影响应变计的测量精度。造成测试结果的离散性增大。

现有技术中的剪切梁式传感器用的应变计排列方式的第二个问题是涉及传感器用弹性体对材质要求高，加工过程中废品率高；

现有技术中的剪切梁式传感器用的应变计排列方式的第三个问题是涉及传感器性能。大部分采用普通剪切式应变计制成的这种类型的测力和称重传感器的非线性和迟滞指标均难以达到0.03％FS以内。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种应变计及利用应变计改变应力传递方式的测力和称重传感器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的一种电阻应变计，包括：

包括两组敏感栅及四个焊盘，所述电阻应变计敏感栅上的四个焊盘设置在敏感栅的一侧，其两组敏感栅和四个焊盘设置在所述应变计的同一基底上。

所述两个电阻敏感栅的轴向分别与横轴方向成45度和135度，且两个电阻敏感栅的轴向相互垂直形成90度的二轴应变计；所述两个电阻敏感栅的中间轴线左右对称，并且每个电阻敏感栅通过自身轴向平行的对角线的中点中心对称。

所述应变计适用于测量剪切应力或用于单剪切梁式和双剪切梁式传感器上。

所述应变计可为半桥式组合或全桥式组合。

所述应变计的单臂电阻在100-2000欧姆之间。

本发明所涉及的一种利用电阻应变计改变应力传递方式的传感器，包括：

所述传感器包括：电阻应变计、弹性体、上压头、钢球及钢球护套，所述电阻应变计设置在所述弹性体的前后左右对称的两侧；所述弹性体坐落在一承力底座上；所述上压头设置在钢球的上方；所述钢球坐落在一钢球护套内并设置在弹性体的上方；所述弹性体上方的两测还分别设置有紧固部件使弹性体与承力底座固定为一体。

所述传感器为单剪切梁式和双剪切梁式测力和称重传感器，且每个测力和称重传感器上至少设置有两枚应变计。

所述设置在测力和称重传感器上的应变计排列方式为沿竖轴受力中心线上左右对称，沿横轴中心线呈上下对称，当其设置在测力和称重传感器上的应变计数量大于两个时，则至少包括有两枚受拉力丝栅伸长的应变计和两枚受压力丝栅缩短的应变计；所述受拉力丝栅伸长的应变计和受压力丝栅缩短的应变计构成惠斯登电桥用于信号的性能检测。

所述传感器能减少侧向倾斜载荷对传感器性能的影响。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1.降低了偏载受力情况下弹性体的扭曲不规则变形引起应变计的敏感栅的不规则变形，提高了传感器的测量精度。

2.该发明提出的应变计受力方式，不仅使弹性体易于加工、降低加工中的废品率。而且大大降低了弹性体对材质的要求。

上述有益效果，不仅降低了成本，而且提高了传感器的性能，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是现有技术提供的应变计结构图；

图2是本发明提供的应变计结构图；

图3为测力和称重传感器主体结构视图；

图4和4a为测力和称重传感器与该传感器上应变计结构状态图；

图5和5a为测力和称重传感器与该传感器上应变计结构状态图；

图6为具有应变计的测力和称重传感器横剖视图；

图7为具有应变计的测力和称重传感器侧视图；

图8为测力和称重传感器上的各应变计受力方向粘贴示意图；

图9为测力和称重传感器的电桥电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

实施例1

本实施例提供了一种应变计，该应变计为一种双剪切式电阻应变计。

参见图2，所述应变计包括：基底1a、两组电阻敏感栅11a及电阻敏感栅的引出线的四个焊盘12a。两枚电阻敏感栅11a设置在应变计的同一基底上，四个焊盘12a设置在电阻敏感栅11a的一侧。

两个电阻敏感栅的轴向分别与横轴方向成45度和135度，且两轴向相互垂直形成90度的二轴应变计；两个电阻敏感栅的中间轴线呈左右对称状，且每个电阻敏感栅分别关于每个的轴向平行的对角线的中点中心对称。所述应变计的每组敏感栅的电阻值约在100-2000欧姆之间；应变计可以是半桥式组合或全桥式组合，且可应用于测量剪切应力或用于单剪切梁式和双剪切梁式测力和称重传感器上。

实施例2

本实施例提供了一种改变应力传递方式的传感器，该传感器是利用电阻应变计改变应力传递方式的测力和称重传感器。

参见图3，为测力和称重传感器主体结构，包括应变计1、弹性体2、上压头3、钢球4及钢球护套5，所述应变计1设置在所述弹性体2内，且该弹性体2坐落在一弹性体底座7上，所述钢球4设置在弹性体2的上方，并且该钢球4坐落在一钢球护套5内；所述钢球4的上方还设置一上压头3；所述弹性体上方的两侧还分别设置有紧固部件使弹性体2与底座7固定为一体。

一台测力和称重传感器上可以包括四枚应变计(参见图3)也可以包括有多枚应变计，传感器上应变计的排列方式为竖轴受力中心线上左右对称，横轴中心线上下对称。如果一台测力和称重传感器上包括四枚或多枚应变计时，则至少有两枚受拉力丝栅伸长的应变计和两枚受压力丝栅缩短的应变计组成惠斯登电桥用于测力和称重传感器测试信号输出。测力和称重传感器上应变计的排列粘贴受力方式不仅适合于双剪切梁式测力和称重器，同时也适合于单剪梁式测力和称重传感器。

参见图4、图4a及图5和图5a，为具有应变计的测力和称重传感器结构示意图及应变计的结构状态，剪切梁式测力和称重传感器采用4枚应变计安装于弹性体两侧的盲孔间的腹板上，用于测量施加在上压头上的负载引起的应变。传感器上的应变计安装于梁长度的中间截面上(截面E-E或截面F-F)；同时使应变计的横轴中心线在梁的中性层上(截面G-G)，其中，应变计的丝栅与中心层成45度，如果设置在腹板正面上的应变计1的焊盘朝下，则腹板反面上应变计1的焊盘朝上(参见图5与图5a)。

参见图6，为具有应变计的测力和称重传感器的横剖视结构，应变计1位于弹性体2两侧的盲孔间的腹板上，如果位于腹板正面的应变计1即图6中上部的应变计1的焊盘朝下，则位于腹板反面的应变计1即图6下部应变计1的焊盘朝上。设置有应变计1的弹性体2固定在弹性体底座7上。通过测力和传感器的侧面可以同时看到位于腹板正面焊盘朝下的应变计1和位于腹板反面焊盘朝上的应变计1(参见图7)。

参见图8、图9剪切梁式测力和称重传感器的电桥电路采用惠斯登电桥方式，正面应变计的敏感栅R5、R6、R7和R8，反面应变计的敏感栅R1、R2、R3和R4，其中，敏感栅R1、R3、R5和R7为拉伸应变计，敏感栅R2、R4、R6和R8为压缩应变计，其中，R1与R3串联，R2与R6串联，R4与R8串联，R5与R7串联，四组串联电路组成惠斯登电桥的4个桥臂。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.电阻应变计，包括两组敏感栅及四个焊盘，所述电阻应变计敏感栅上的四个焊盘设置在敏感栅的一侧，其两组敏感栅和四个焊盘设置在所述应变计的同一基底上；所述两组电阻敏感栅的轴向分别与横轴方向成45度和135度，且两组电阻敏感栅的轴向相互垂直形成90度的二轴应变计；所述两组电阻敏感栅的中间轴线左右对称，并且每组电阻敏感栅通过自身轴向平行的对角线的中点中心对称；所述应变计可为半桥式组合或全桥式组合；其特征在于，

所述应变计适用于测量剪切应力或用于单剪切梁式和双剪切梁式传感器上；

所述应变计的单臂电阻在100-2000欧姆之间；

所述传感器包括：电阻应变计、弹性体、上压头、钢球及钢球护套，所述电阻应变计设置在所述弹性体的前后左右对称的两侧；所述弹性体坐落在一承力底座上；所述上压头设置在钢球的上方；所述钢球坐落在一钢球护套内并设置在弹性体的上方；所述弹性体上方的两测还分别设置有紧固部件使弹性体与承力底座固定为一体，所述传感器为单剪切梁式和双剪切梁式测力和称重传感器，且每个测力和称重传感器上至少设置有两枚应变计；

剪切梁式测力和称重传感器采用4枚应变计安装于弹性体两侧的盲孔间的腹板上，用于测量施加在上压头上的负载引起的应变，传感器上的应变计安装于梁长度的中间截面上，同时使应变计的横轴中心线在梁的中性层上，应变计的丝栅与中心层成45度，如果设置在腹板正面上的应变计的焊盘朝下，则腹板反面上应变计的焊盘朝上；

所述设置在测力和称重传感器上的应变计排列方式为沿竖轴受力中心线上左右对称，沿横轴中心线呈上下对称，当其设置在测力和称重传感器上的应变计数量大于两个时，则至少包括有两枚受拉力丝栅伸长的应变计和两枚受压 力丝栅缩短的应变计；所述受拉力丝栅伸长的应变计和受压力丝栅缩短的应变计构成惠斯登电桥用于信号的性能检测。 

Images