CN109374162B - 一种用于力传感器的应变敏感芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于力传感器的应变敏感芯。所述应变敏感芯用于制作力传感器，所述应变敏感芯包括：腹板和与所述腹板一体加工成型的翼缘；所述腹板和所述翼缘为板状结构；所述翼缘位于所述腹板顶部；所述腹板和所述翼缘垂直，所述应变敏感芯的横截面呈T型；所述腹板底部具有开口孔。所述翼缘和所述腹板构成T型结构，并且在所述腹板底部设置开口孔，将沿被测外力方向的轴向压应变转换成了弯曲应变，使得测量应变值比弹性体内的原有应变大得多，提高了应力测量的灵敏度。并且本发明提供的应变敏感芯结构简单、紧凑，采用所述应变敏感芯制备的力传感器具有体积小、重量轻的特点。

Description

一种用于力传感器的应变敏感芯

技术领域

本发明涉及力学测量技术领域，特别是涉及一种用于力传感器的应变敏感芯。

背景技术

一般的力传感器尤其是测量拉力或压力(不是压强)的传感器为了保证测量精度，所测量的外力要作用在传感器相对小的区域上。如果允许所测量的外力作用在相对大的面积上，就要附加一定的结构，将有效的弹性体远离作用面，这样才能保证弹性体的应力尽量不受所测外力作用点变化的影响；或者将传感器沿着力的方向的尺寸做的比较长，否则难以保证测量精度。这样做的结果是令传感器的体积变大，以至于不能满足实际需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于力传感器的应变敏感芯，以减小力传感器的体积并提高测量精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种用于力传感器的应变敏感芯，所述应变敏感芯用于制作力传感器，所述应变敏感芯包括：腹板和与所述腹板一体加工成型的翼缘；所述腹板和所述翼缘为板状结构；所述翼缘位于所述腹板顶部；所述腹板和所述翼缘垂直，所述应变敏感芯的横截面呈T型；所述腹板底部具有开口孔。

可选的，所述应变敏感芯为金属弹性体。

可选的，所述开口孔为长圆形或圆角矩形。

可选的，所述开口孔为半圆形或椭圆形。

可选的，所述翼缘的边缘具有坡口。

可选的，所述应变敏感芯长10～80mm，高5～15mm。

可选的，所述开口孔内粘贴有电阻应变片。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种用于力传感器的应变敏感芯，所述应变敏感芯用于制作力传感器，所述应变敏感芯包括：腹板和与所述腹板一体加工成型的翼缘；所述腹板和所述翼缘为板状结构；所述翼缘位于所述腹板顶部；所述腹板和所述翼缘垂直，所述应变敏感芯的横截面呈T型；所述腹板底部具有开口孔。所述翼缘和所述腹板构成T型结构，并且在所述腹板底部设置开口孔，将沿被测外力方向的轴向压应变转换成了弯曲应变，使得测量应变值比弹性体内的原有应变大得多，提高了应力测量的灵敏度。并且本发明提供的应变敏感芯结构简单、紧凑，采用所述应变敏感芯制备的力传感器具有体积小、重量轻的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据本发明提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的应变敏感芯实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的应变敏感芯实施例二的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于力传感器的应变敏感芯，利用若干个本发明提供的所述应变敏感芯可以制作大接触面积的压载荷(是压力不是压强)传感器，传感器安装于大型设备上，检测作用于特殊部位的有限面积上所受的压力，能够减小力传感器的体积并提高压力测量精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的应变敏感芯实施例一的结构示意图。图2为本发明提供的应变敏感芯实施例二的结构示意图。参见图1和图2，本发明的目的是提供一种应变敏感芯，这种敏感芯本身并不单独作为力传感器使用，而是与特定形状的外部弹性体(槽体)配合使用，将应变敏感芯镶嵌在外部弹性体中，通过焊接，与外部弹性体结成一体。当外部弹性体变形时，应变敏感芯同时变形，通过贴在敏感芯和外部弹性体上的电阻应变片测量出应变，此应变反映了弹性体表面所受外力的大小，所测量的外力F的方向如图1箭头所示。图1中外力F仅是一种示意，实际上外力作用于应变敏感芯的整个上表面上。

本发明提供的所述应变敏感芯用于制作力传感器，所述应变敏感芯的基本结构如图1或图2所示，由互相垂直的两部分板状结构翼缘1和腹板2构成，这两部分板状结构是一整体，在同一金属弹性体上加工制成。所述金属弹性体常用的材料有铬镍钼合金，铬锰硅合金或合金铝，但并不限于这几种合金，只要采用弹性好、强度高的材料即可。所述弹性体的作用是感受被测外力在自身内产生的应变，是力传感器的关键部件。

所述腹板2是所述应变敏感芯的本体，所述翼缘1的作用是与外部的弹性体固接。所述腹板2上加工有长圆形(如图1所示)或圆角矩形(如图2所示)的开口孔，但所述开口孔并不局限于这两种形状，也可以是半圆形、椭圆形等各种类型的孔。所述开口孔的作用是，当敏感芯受到外力作用时，尤其是受到垂直于翼缘1的外力作用时，孔的某些局部的应力远大于未开孔时的应力，在这些部位粘贴电阻应变片，可使敏感芯的应变灵敏度大大提高。开多种形式的孔的目的是为了适用于不同的弹性体和受力状态。

所述腹板2上部的翼缘1起到封盖本体的作用，所述翼缘1的边缘有坡口，用于和外部弹性体焊接。焊接时必须采用氩弧焊，使高温局限于焊口附近，不会使敏感芯本体上的电阻应变片因高温而破坏。

所述应变敏感芯的尺寸依应用条件而定。一般优选为长在10～80mm，高5～15mm左右，当然并不限于这个范围。

在实际应用中，所述开口孔内粘贴有电阻应变片。如图1和图2所示，所述开口孔边缘贴有电阻应变片R1、R2、R3、R4。电阻应变片R2、R4粘贴的部位受与R1、R3粘贴部位相反的应力，这样便于组成电桥。

作为一种优选的实施方式，本发明提供的所述应变敏感芯用于制作一种测量作用在相对大的面积上的力传感器。比如，全断面硬岩掘进机(TBM)通过滚刀破岩，滚刀通过C形块和楔块固定于刀盘上，楔块的平面压在刀轴侧平面上使之固定，两平面间传递的力最大可达30吨，面积相对较大。如要测量这一受力，就需要应用采用本发明提供的应变敏感芯制备的力传感器。

在采用本发明提供的应变敏感芯制备一种矩形弹性体的大作用面积的力传感器时，选择图1或图2所示的应变敏感芯的上表面为所测力的作用面。在所述应变敏感芯上粘贴四片电阻应变片，如图R1、R2、R3、R4所示。将这四片电阻应变片与粘贴在外部弹性体上的应变片一起，共同组成全桥电路，然后将腹板2***外部弹性体制成的槽体中，应用氩弧焊技术将翼缘1的表面与外部弹性体焊接，制成所述力传感器。其中所述外部弹性体的槽深大于应变敏感芯腹板2的高度。所述力传感器的引线可从外部弹性体与腹板2底部的缝中引出。

采用本发明提供的应变敏感芯制备的力传感器，可以实时测量挖掘滚刀的受力状态，有效减小或避免因刀具事故停机所造成的巨大经济损失和人身伤亡等危险事故的发生。由于可以及时掌握施工中刀盘、刀具的运行情况，可有效保障保证掘进的可靠性。同时也延长了盾构机的安使用寿命。

本发明提供的一种可以镶嵌在外部弹性体内部的应变敏感芯，可以测量弹性体内部的应变，对应变的敏感度远大于弹性体自身。所述应变敏感芯的本体结构是加工有长圆形孔或圆角矩形孔的腹板，能够将沿被测外力方向的轴向压应变转换成弯曲应变，使得测量应变值比弹性体内的原有应变大得多，提高了灵敏度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种用于力传感器的应变敏感芯，其特征在于，所述应变敏感芯用于制作力传感器，所述应变敏感芯包括：腹板和与所述腹板一体加工成型的翼缘；所述腹板和所述翼缘为板状结构；所述翼缘位于所述腹板顶部；所述腹板和所述翼缘垂直，所述应变敏感芯的横截面呈T型；所述腹板底部具有开口孔；

所述翼缘的边缘具有坡口；所述开口孔内粘贴有电阻应变片；所述应变敏感芯本身并不单独作为力传感器使用，而是与特定形状的外部弹性体配合使用，将应变敏感芯镶嵌在外部弹性体中，通过焊接，与外部弹性体结成一体；当外部弹性体变形时，应变敏感芯同时变形，通过贴在敏感芯和外部弹性体上的电阻应变片测量出应变，此应变反映了弹性体表面所受外力的大小；利用若干个所述应变敏感芯制作大接触面积的压载荷传感器，传感器安装于大型设备上，检测作用于特殊部位的有限面积上所受的压力。

2.根据权利要求1所述的应变敏感芯，其特征在于，所述应变敏感芯为金属弹性体。

3.根据权利要求1所述的应变敏感芯，其特征在于，所述开口孔为长圆形或圆角矩形。

4.根据权利要求1所述的应变敏感芯，其特征在于，所述开口孔为半圆形或椭圆形。

5.根据权利要求1所述的应变敏感芯，其特征在于，所述应变敏感芯长10～80mm，高5～15mm。