负荷单元制造技术

本发明专利技术题为“负荷单元”。本发明专利技术提供了一种用于测量推动和拉动两者中的力的负荷单元，负荷单元包括主体组件，主体组件具有主体元件，主体元件限定具有闭合端和相对开放端的测量室、位于测量室内并从闭合端朝开放端延伸的突起构件。负荷单元还包括：基部组件，基部组件固定在主体元件的开放端处，包括基部元件；以及感测管芯，感测管芯附接到基部元件并与突起构件对准，其中感测管芯的顶表面支撑惠斯通电桥电路，惠斯通电桥电路被配置为基于由突起构件施加在感测管芯上的力来生成信号。主体元件、突起构件和基部元件由共同材料一体地形成，共同材料的CTE接近感测管芯的CTE。同材料的CTE接近感测管芯的CTE。同材料的CTE接近感测管芯的CTE。

【技术实现步骤摘要】
负荷单元
[0001]本申请是申请日为2020年04月09日、申请号为202010277633.2、专利技术名称为“负荷单元”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开整体涉及力传感器，并且更具体地讲，涉及多范围力传感器计量装置。

技术介绍

[0003]在许多工业领域中，必须准确测量力的量值。负荷单元中的力传感器可以用于测量力或压力。可以使用各种负荷单元设计，并且这些负荷单元设计可以依赖于部件的位移或施加到负荷单元中的应力敏感元件或部件的应力场来测量施加到传感器的力的存在和/或量值。
[0004]由于必须实现的大范围的压力，因此测量宽范围的压力或力尤其具有挑战性。具体是在高压加载场景中，力传感器（诸如负荷单元）可能被超过力传感器的预期操作范围的力（例如，过力情况）损坏。负荷单元是用于计量力或压力的关键装置。例如在美国专利公布号2015/0068315、美国专利公布号2018/0180494A1和欧洲专利号EP2199770中描述的常规压力传感器的特征在于压力测量能力的极其受限的范围，并且由于其技术设计而通常无法操作来测量推力和拉力两者。此外，合并到负荷单元中的梁挠曲型力传感器已成为标准负荷单元配置以适应宽测量范围。较新的硅管芯应力传感器在力范围方面具有限制并且通常无法测量拉力。
[0005]基于前述内容，需要负荷单元装置中的改善的多范围压力传感器，其能够有效且准确地检测宽范围的推力和拉力。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种用于测量推动应用和拉动应用两者中的力的负荷单元。负荷单元包括主体组件，该主体组件具有主体元件，该主体元件限定具有闭合端和相对开放端的测量室、位于测量室内并从闭合端朝开放端延伸的突起构件。负荷单元还包括基部组件，该基部组件固定在主体元件的开放端处，其中基部组件包括：基部元件；以及感测管芯，该感测管芯附接到基部元件并与突起构件对准，其中感测管芯的顶表面支撑惠斯通电桥电路，该惠斯通电桥电路被配置为至少部分地基于由突起构件施加在感测管芯上的力来生成信号。
[0007]根据实施方案，一种测量负荷单元中的力的方法包括：提供主体元件，该主体元件限定具有闭合端和相对开放端的测量室，其中主体元件包括位于测量室内并从闭合端朝开放端延伸的突起构件；以及基部组件，该基部组件固定在主体元件的开放端处，其中基部组件包括：基部元件；以及感测管芯，该感测管芯附接到基部元件并与突起构件对准，其中感测管芯的顶表面支撑惠斯通电桥电路，该惠斯通电桥电路被配置为至少部分地基于由突起构件施加在感测管芯上的力来生成信号；监测由突起构件施加在感测管芯上的力引起的感
测管芯的表面应力；以及将表面应力和/或挠曲与相对于基部组件施加到主体元件的推力或拉力相关联。
[0008]优选地，测量室、主体元件、突起构件和基部元件由共同材料制成，并且这种材料的CTE接近感测管芯的CTE以最小化由于热失配而引起的补偿量。甚至更优选地，普通材料相对于感测管芯的CTE具有负CTE以最小化和/或消除由于热失配而需要的补偿。
附图说明
[0009]附图还示出了本实施方案，并且与具体实施方式一起用于解释所公开的实施方案，其中类似的附图标号在整个单独的视图中是指相同的或功能上类似的元件，并且并入说明书中并形成说明书的一部分。
[0010]图1是根据某些实施方案的包封力传感器的负荷单元的透视图；图2是图1所示的具有力传感器的负荷单元的截面图；并且图3是图1的包括力传感器的基部组件的示意性顶视图。
具体实施方式
[0011]首先应当理解，尽管以下示出了一个或多个实施方案的示例性实施方式，但是可以使用任何数量的技术（无论是当前己知的还是尚不存在的技术）来实现所公开的系统和方法。本公开决不应当限于下文所示的示例性实施方式、附图和技术，而是可以在所附权利要求书的范围以及其等同物的全部范围内进行修改。以下简短术语定义应适用于整个申请文件：术语“包括”意指包括但不限于，并且应以在专利上下文中通常使用的方式加以解释。短语“在一个实施方案中”、“根据一个实施方案”等一般意指跟在该短语后的特定特征、结构或特性可包括在本专利技术的至少一个实施方案中，并且可包括在本专利技术的不止一个实施方案中（重要的是，此类短语不一定是指相同实施方案）。如果说明书将某物描述为“示例性的”或“示例”，则应当理解为是指非排他性的示例；术语“约”或“大约”等在与数字一起使用时，可意指具体数字，或另选地，如本领域技术人员所理解的接近该具体数字的范围。
[0012]如果说明书陈述了部件或特征“可以”、“能够”、“能”、“应当”、“将”、“优选地”、“有可能地”、“通常”、“任选地”、“例如”、“经常”或“可能”（或其他此类词语）被包括或具有特性，则特定部件或特征不是必须被包括或具有该特性。此类部件或特征可任选地包括在一些实施方案中，或可排除在外。
[0013]根据本文讨论的实施方案提供的负荷单元可以被具体地配置用于推力（例如，压力）测量和/或拉力（例如，拉伸）测量。包含如本文所讨论的与主体部分一起设置的硅感测管芯的配置可以被构建到负荷单元设计中，以便为具有各种力测量范围的负荷单元提供标准平台。本文讨论的实施方案允许使用可以被调整以适应各种力测量范围的单个感测管芯感测元件结构。
[0014]某些实施方案经由感测管芯的特定实现方式合并硅表面应力感测概念，以使得能够经由单个设备进行推力和拉力两者的测量并且还改善传感器的感测力范围。为了提供此类益处，本文讨论的负荷单元包括主体组件和基部组件。主体组件可以包括：附接元件，该附接元件被配置为相对于外部测量夹具紧固主体组件；主体元件，该主体元件限定容纳硅
感测管芯的测量室（以及用于力测量的相关联惠斯通电桥）。如本文所讨论的，附接元件可以被固定到主体元件的外表面以及远离该外表面延伸。主体组件可以另外包括突起构件，该突起构件定位在测量室内并从测量室的闭合端的内表面朝向开放端延伸以便接触感测管芯（并向硅管芯的表面施加应力）。突起构件可以被限定为从主体元件的闭合端的内表面处的第一端延伸到相对远端的至少基本上线性的（例如，圆柱形的）突起部。远端可以具有光滑、圆形的尖端，该尖端邻近基部组件的感测管芯（本文讨论）定位，使得使圆形尖端向感测管芯的表面施加应力。
[0015]感测管芯本身可以附接到基部元件，该基部元件本身固定到主体元件的开放端上和/或部分地固定在该开放端内，使得突起构件的远端将应力施加到感测管芯的表面上。基部元件可以是基部组件的一部分，该基部组件本身可以固定（例如，粘附）到外部测量夹具。惠斯通电桥可以被配置为将感测管芯的表面的应力水平与由负荷单元测量的力相关联。如果感测管芯被预加载，使得即使没有将力施加到负荷单元，突起部也会向感测管芯施加应力，则使得拉力将会根据由突起构件施加到感测管芯的力导致感测管芯的应力的可测量减少，并且推力将会导致由突起构件施加到感测管芯的应力的可测量增加。为了清楚起见，力（拉力和/或推力）的量可以由惠斯通电桥作为代理通过测量感测管芯表面的应力的量来进行测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负荷单元，包括：主体组件，所述主体组件包括：主体元件，所述主体元件限定具有闭合端和相对开放端的测量室，其中所述主体元件包括位于所述测量室内并从所述闭合端朝所述开放端延伸的突起构件；和基部组件，所述基部组件固定在所述主体元件的所述开放端处，其中所述基部组件包括：基部元件；和感测管芯，所述感测管芯附接到所述基部元件并与所述突起构件对准，其中所述感测管芯的顶表面支撑惠斯通电桥电路，所述惠斯通电桥电路被配置为至少部分地基于由所述突起构件施加在所述感测管芯上的力来生成信号，其中所述突起构件在所述感测管芯中引起应力，其中在所述感测管芯中的所述应力与从所述突出构件施加的推力和拉力相关联，且其中所述负荷单元（2000）在零力状况下通过所述突起构件（2300）在所述感测管芯（2500）上施加力而被预加应力，并且其中所述负荷单元（2000）被电子校准以将所述感测管芯（2500）内的应力的减少与施加在所述负荷单元（2000）上的拉力相关联，并且将所述感测管芯（2500）内的应力的增加与施加在所述负荷单元（2000）上的推力相关联。2.根据权利要求1所述的负荷单元（2000），其中所述主体组件（2000a）还包括附接元件（2200），且其中所述附接元件（2200）、所述主体元件（2100）和所述突起构件（2300）由共同材料一体地形成。3.根据权利要求1所述的负荷单元（2000），其中所述突起构件（2300）限定固定在所述主体元件（2100）的所述闭合端处的第一端以及邻近所述感测管芯（2500）定位的相对远端，并且其中所述远端具有圆形且光滑的尖端。4.根据权利要求2所述的负荷单元（2000），其中所述附接元件（2200）限定螺纹部分以接合外部测量夹具。5.根据权利要求2所述的负荷单元（2000），其中所述共同材料的特征在于具有至少大致匹配所述感测管芯（2500）的热膨胀系数（CTE）的热膨胀系数。6.根据权利要求1所述的负荷单元（2000），其中所述感测管芯（2500）应力被记录在所述惠斯通电桥电路中，其中所述惠斯通电桥电路包括四个压阻式传感器（2531，2532，2533，和2534），其中所述惠斯通电桥电路的输出被校...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德韦德，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：