CN109696262A - 一种超薄型应变式力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种传感器，更具体的说是一种超薄型应变式力传感器,包括弹性体、凸台Ⅰ、凸台Ⅱ和应变片，所述弹性体上侧的中端固定连接有凸台Ⅰ，弹性体下侧的两端均固定连接有凸台Ⅰ，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片和凸台Ⅰ位于同一侧，可以通过弹性体上粘贴的四个应变片组成的惠斯通全桥来测量弹性体弯曲形变时所受到的力，本装置应变式力传感器的厚度仅为10mm左右，可以测量50kN以内的力值，力值测量准确度由于0.1%FS，不受安装位置影响并可以安装在较小的空间内；通过多个测力单元相互组合使用可用于极薄位置空间的力值测量，通过多个测力单元相互组合使用同时也可以应用于各类轴承的轴向力测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器，更具体的说是一种超薄型应变式力传感器。
背景技术
例如公开号CN102539031A一种应变式力传感器的内锥形弹性体，包括圆柱形基体，基体上部设置有锥形凹部，锥形凹部的底部设置有中心孔；锥形凹部的锥面上设置有应变片。该弹性体的优化方法为：先估计出一个初始尺寸；再采用有限元方法，计算弹性体在螺栓轴向力作用下的应力；然后调整模型的锥角直至内锥面上的应力分布均匀；在不改变锥角的条件下，调整基体的厚度，使锥面上的应力水平达到要求；最后将有限元计算获得的模型尺寸圆整，作为弹性体最终尺寸；该发明的缺点是当安装空间的厚度有限时，应变式力传感器无法进行安装使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种超薄型应变式力传感器，可以用于极薄位置空间的力值测量，同时也可以应用于各类轴承的轴向力测试等。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种超薄型应变式力传感器，包括弹性体、凸台Ⅰ、凸台Ⅱ和应变片，所述弹性体上侧的中端固定连接有凸台Ⅰ，弹性体下侧的两端均固定连接有凸台Ⅰ，弹性体上粘贴有四个应变片，四个应变片和凸台Ⅰ位于同一侧，弹性体、凸台Ⅰ、两个凸台Ⅱ和四个应变片构成一个测力单元。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种超薄型应变式力传感器，所述凸台Ⅰ和凸台Ⅱ均为刚性。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种超薄型应变式力传感器，所述弹性体在凸台Ⅰ的压力和两个凸台Ⅱ的支撑下弹性体的中端弯曲形变。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种超薄型应变式力传感器，所述测力单元设置有多个，多个测力单元之间相互组合使用。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种超薄型应变式力传感器，所述测力单元设置有八个。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种超薄型应变式力传感器，所述四个应变片组成惠斯通全桥。
本发明一种超薄型应变式力传感器的有益效果为：
本发明一种超薄型应变式力传感器，可以通过弹性体上粘贴的四个应变片组成的惠斯通全桥来测量弹性体弯曲形变时所受到的力，本装置应变式力传感器的厚度仅为10mm左右，可以测量50kN以内的力值，力值测量准确度由于0.1%FS，不受安装位置影响并可以安装在较小的空间内；通过多个测力单元相互组合使用可用于极薄位置空间的力值测量，通过多个测力单元相互组合使用同时也可以应用于各类轴承的轴向力测试。
附图说明
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的超薄型应变式力传感器整体正视图结构示意图；
图2是本发明的超薄型应变式力传感器整体俯视图结构示意图；
图3是本发明的超薄型应变式力传感器组合结构示意图一；
图4是本发明的超薄型应变式力传感器组合结构示意图二；
图5是本发明的超薄型应变式力传感器组合结构示意图三；
图6是本发明的弹性体贴片局部放大示意图结构示意图。
图中：弹性体1；凸台Ⅰ2；凸台Ⅱ3；应变片4。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式一：
下面结合图1-6说明本实施方式，一种超薄型应变式力传感器，包括弹性体1、凸台Ⅰ2、凸台Ⅱ3和应变片4，所述弹性体1上侧的中端固定连接有凸台Ⅰ2，弹性体1下侧的两端均固定连接有凸台Ⅰ2，弹性体1上粘贴有四个应变片4，四个应变片4和凸台Ⅰ2位于同一侧，弹性体1、凸台Ⅰ2、两个凸台Ⅱ3和四个应变片4构成一个测力单元；可以通过弹性体1上粘贴的四个应变片4组成的惠斯通全桥来测量弹性体1弯曲形变时所受到的力，本装置应变式力传感器的厚度仅为10mm左右，可以测量50kN以内的力值，力值测量准确度由于0.1%FS，不受安装位置影响并可以安装在较小的空间内；如图3所示通过多个测力单元相互组合使用可用于极薄位置空间的力值测量，如图2所示通过多个测力单元相互组合使用同时也可以应用于各类轴承的轴向力测试。
具体实施方式二：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述凸台Ⅰ2和凸台Ⅱ3均为刚性。
具体实施方式三：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述弹性体1在凸台Ⅰ2的压力和两个凸台Ⅱ3的支撑下弹性体1的中端弯曲形变；凸台Ⅰ2和凸台Ⅱ3之间的距离，可以根据力值大小及弹性体1结构尺寸进行调整，凸台Ⅰ2和凸台Ⅱ3台高为1.4 mm或更小，中间弹性体1的厚度为5.9 mm或更小，安装时将受力部件与弹性体1上的凸台Ⅰ2接触，外环所施加的力会作用于凸台Ⅰ2上，使弹性体1发生弹性形变，从而进行轴向力测量；这样的结构特点决定了弹性体1的变形规律可简化成两端刚性固支，作用力施加于在弹性体1中点的单跨梁进行计算；而且它们能够测量的最大轴向力只是使弹性体1产生最大变形的力值，当超过此力值后，凸台Ⅱ3的支撑下再增加力也不会使弹性体1再产生形变，这样可保证测量的安全和防止传感器发生过载。
具体实施方式四：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述测力单元设置有多个，多个测力单元之间相互组合使用；多个测力单元可以根据使用需求决定测力单元的使用数量。
具体实施方式五：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述测力单元设置有八个；八个测力单元之间可以相互组合使用，组成如图2和图3所示的形状，当装置组合成如图2所示的形状时，用于测量轴上的轴向力，即在整个环状结构内构造成八个独立的测力单元，八个测力单元的合力即为受力部件所承受的轴向力；如图4所示，在凸台Ⅰ2两侧的应变片A和应变片B将承受压应力，远离凸台Ⅰ2的应变片C和应变片D将承受拉应力，构成惠斯通全桥后可以测量该圆弧段所受到的轴向力分量，大约是整个轴向力量值的1/8。
具体实施方式六：
下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述四个应变片4组成惠斯通全桥；非平衡电桥一般用于测量电阻值的微小变化，当弹性体1发生形变时，应变片4也随之发生形变，应变片4的电阻由电桥平衡时的Rx变为Rx+△R，这时检流计通过的电流Ig也将变化，再根据Ig与△R的关系就可测出△R，然后由△R与固体形变之间的关系计算出弹性体1的形变量，用这种方法可测量应变、拉力、扭矩、振动频率等。
本发明的一种超薄型应变式力传感器，其工作原理为：
使用时可以将测力单元单独使用或者组合使用，在极小的空间内测量受到的压力，当装置组合成如图2所示的形状时，用于测量轴上的轴向力，即在整个环状结构内构造成八个独立的测力单元，八个测力单元的合力即为受力部件所承受的轴向力；如图4所示，在凸台Ⅰ2两侧的应变片A和应变片B将承受压应力，远离凸台Ⅰ2的应变片C和应变片D将承受拉应力，构成惠斯通全桥后可以测量该圆弧段所受到的轴向力分量，大约是整个轴向力量值的1/8；弹性体1在凸台Ⅰ2的压力和两个凸台Ⅱ3的支撑下弹性体1的中端弯曲形变；凸台Ⅰ2和凸台Ⅱ3之间的距离，可以根据力值大小及弹性体1结构尺寸进行调整，凸台Ⅰ2和凸台Ⅱ3台高为1.4 mm或更小，中间弹性体1的厚度为5.9 mm或更小，安装时将受力部件与弹性体1上的凸台Ⅰ2接触，外环所施加的力会作用于凸台Ⅰ2上，使弹性体1发生弹性形变，从而进行轴向力测量；这样的结构特点决定了弹性体1的变形规律可简化成两端刚性固支，作用力施加于在弹性体1中点的单跨梁进行计算；而且它们能够测量的最大轴向力只是使弹性体1产生最大变形的力值，当超过此力值后，凸台Ⅱ3的支撑下再增加力也不会使弹性体1再产生形变，这样可保证测量的安全和防止传感器发生过载。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超薄型应变式力传感器，包括弹性体（1）、凸台Ⅰ（2）、凸台Ⅱ（3）和应变片（4），其特征在于：所述弹性体（1）上侧的中端固定连接有凸台Ⅰ（2），弹性体（1）下侧的两端均固定连接有凸台Ⅰ（2），弹性体（1）上粘贴有四个应变片（4），四个应变片（4）和凸台Ⅰ（2）位于同一侧，弹性体（1）、凸台Ⅰ（2）、两个凸台Ⅱ（3）和四个应变片（4）构成一个测力单元。
2.根据权利要求1所述的一种超薄型应变式力传感器，其特征在于：所述凸台Ⅰ（2）和凸台Ⅱ（3）均为刚性。
3.根据权利要求2所述的一种超薄型应变式力传感器，其特征在于：所述弹性体（1）在凸台Ⅰ（2）的压力和两个凸台Ⅱ（3）的支撑下弹性体（1）的中端弯曲形变。
4.根据权利要求3所述的一种超薄型应变式力传感器，其特征在于：所述测力单元设置有多个，多个测力单元之间相互组合使用。
5.根据权利要求4所述的一种超薄型应变式力传感器，其特征在于：所述测力单元设置有八个。
6.根据权利要求5所述的一种超薄型应变式力传感器，其特征在于：所述四个应变片（4）组成惠斯通全桥。
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