[其他]多量程测力传感器

说明书

一种电阻应变式多量程测力传感器，它可 以用于静态力或动态力的测量；用于测量制动 转矩、拖曳转矩、拉力、压缩力、推力等等。

目前，国内外有把两个不同量程的单量程 测力传感器串接起来实现双量程测量的方法 (JP-A-57147025)，见图1。也有把单 个测力弹性体组合起来装配成多量程测力传感 器实现多量程测量(JP-A-5991327、 US-A-4282762、SU-A-732704)，见 图2、3、4。它们和单量程测力传感器相比， 可以实现多量程力值的测量，并在一定程度上 提高了测力传感器低量程区段的测量精度。但 由于这些应变式测力传感器都是采用了分离体 结构的测力弹性体，采用组合的办法。因此， 无论从加工工艺、装配调整工艺的保证，以及 传感器精度的提高，应用范围的扩大等方面都 受到一定的限制。特别是要想增加多量程的量 程数目时，也就是在全量程范围内想再增加分 区段的数目时，在结构上将更加复杂，实现起 来就非常困难。在一个弹性体上制成不同弹性 应变区的技术，仅发现披露在日本专利申请 JP-A-5912326，见图5。

本发明的目的之一是提供一种结构简单、 工艺性能好、体积小、重量较轻、刚性好、精 度高、应用范围广的用于测量制动转矩、拖曳 转矩、拉力、压缩力、推力的多量程应变式测 力传感器。本发明的另一个目的是在满足上述 条件下提供一个可以在垂直方向到水平方向的 90度范围内任意位置安装使用而不需其他辅助 构件的多量程测力传感器。本发明的再一个目 的是提供一种每一个量程都是从零开始，并在 全量程范围内分区段地连续进行不失测量精度 的多量程测力传感器。

本发明是这样实现的：测力传感器除了具 有一个承力压头和底盘外，还有一个轮辐式工 字形一体结构的复合弹性体，它由上下两个不 同几何尺寸的轮辐形状体，中间用柱体(实心 或空心的)沿三者的轴线连成一体的复合弹性 体构成。也可以由上面是一个轮辐形状体和下 面两个在同一个平面上、同轴心的轮辐形状体， 在上下轮辐形状体之间用柱体沿它们的轴线相 连成一体的复合弹性体构成。这两种结构形式 的复合弹性体上分别有三个或四个刚性不同、 固有频率不同的应变区，因此，可以有三个或 四个量程的输出。显然，只要经过工艺上的局 部放宽和结构上的舍取，则可以作为双量程测 力传感器使用。

本发明中与复合弹性体相联接的承力压头 和底盘是辅助复合弹性体承受作用力的零件， 同时用它与复合弹性体形成多量程间的转换间 隙(同时也是过载保护间隙)。这些间隙的大 小是依据复合弹性体受作用力后产生的变形精 确计算而得到的，因而可以使得两个或三个较 低量程的应变部位在承受预定载荷后立即得到 准确的量程转换和可靠的过载保护。

复合弹性体依靠轮毂把本身各受力作用部 位刚性的连结成一体，同时由于轮毂的中间部 位也是传感器测量高量程力值的应变区，所以 它无论设计成柱状实体还是空心柱体都有很高 的强度和刚度，足以保持复合弹性体上各应变 区在工作过程中的可靠性和稳定性。

本传感器可根据设计需要：在复合弹性体 的各个应变区相应的部位粘贴电阻应变片，并 组成测量电桥组，以构成受弯曲应力、剪应力、 压(或拉)应力等多量程的应变式测力传感器。

本发明在结构形式上采用了轮辐式工字形 一体结构的复合弹性体，通过使这种弹性体本 身结构的伸长、缩短，以及轮辐的增减和延伸 可获得多个应变区，从而根据需要很方便的设 计成三量程或四量程的测力传感器，而避免了 分离体结沟弹性体在增加量程数时随之带来的 辅助零件随单个弹性体数目成3-4倍增多。

第二，从性能上看，由于本发明的弹性体 是轮辐式工字形的一体结构形式，可以保持轮 辐应变梁和柱式应变区(轮毂)在工作过程中 的可靠性和稳定性，使它具有较强的抗偏载和 抗侧向力的特点。它和分离体结构的复合弹性 体相比，无须增加任何滑动-滚动摩擦的运动 导轨副或辅助支持构件和联接件，以及任何不 合理的，可能给传感器的非线性度、滞后、不 重复度等主要技术指标带来不利影响的支撑、 联接、接触平面、接触点等，使得传感器产生 误差的因素大大减少。也就是说，可以提高多 量程测力传感器的精度。

第三，由于上述二个因素，使得本发明的多 量程测力传感器可以在垂直方向到水平方向90 度范围内任意安装使用，从而扩大了应用范围。