一种小量程力传感器及其十字梁弹性体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于小量程力传感器及其十字梁弹性体，该十字梁弹性体包括应变梁和辅助梁，应变梁与辅助梁垂直相交形成十字梁。在应变梁沿其长度方向设置有多个应力集中结构，且应变梁的宽度大于辅助梁的宽度，应变梁的厚度大辅助梁的厚度。该十字梁弹性体具有稳定性好和抗振能力强的优点，解决了平行梁弹性体稳定性差、S形梁抗振能力弱的问题。S形梁抗振能力弱的问题。S形梁抗振能力弱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种小量程力传感器及其十字梁弹性体


[0001]本技术涉及自动化
，具体涉及一种小量程力传感器及其十字梁弹性体。

技术介绍

[0002]在各种工业自控领域，测量较小压力时应变式传感器被广泛使用，其主要组成包括弹性体和粘接在弹性体上的应变片。弹性体也称为弹性元件，是应变式传感器的核心部分。工作时，弹性体受到被测力的作用而发生弹性变形，粘贴在弹性体上敏感区的应变片也随之变形，进而应变片的电阻值将会变化。将弹性体上的应变片组成一个惠斯通电桥，电桥产生的输出电压将会正比于弹性体所受到的力，这样就获得了应力输入信号与传感器输出信号的数量对应关系，可得到被测力的大小。可以看出，弹性体的结构形状与相关尺寸对传感器的性能影响极大，可以说，传感器的性能主要取决于弹性体的形状及相关尺寸。如果传感器的弹性体设计不合理，则无论弹性体的加工精度多高、粘贴的应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。
[0003]目前，在满量程不大于5N的小量程力测量领域，力传感器弹性体现有的结构形式多为S型结构和平行梁结构，但这两种结构形式均存在严重缺陷：S型结构的基频低，抗振动能力差；平行梁结构稳定差，外部载荷极易引起传感器自身输出发生变化。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术提供了一种小量程力传感器及其十字梁弹性体，该弹性体具有稳定性好、基频高、抗振动能力强的特点，从而能够提高了小量程力传感器的稳定性与抗振动能力，使小量程力传感器测量结果更加稳定与精确。
[0005]为实现上述目的，本技术采用的技术方案如下:
[0006]本技术提供了一种用于小量程力传感器的十字梁弹性体，该十字梁弹性体包括应变梁和辅助梁；
[0007]所述应变梁与所述辅助梁垂直相交形成十字梁；
[0008]所述应变梁沿其长度方向设置有多个应力集中结构；
[0009]所述应变梁的宽度大于所述辅助梁的宽度；
[0010]所述应变梁的厚度大于所述辅助梁的厚度。
[0011]进一步地，所述应变梁的宽度为所述辅助梁的宽度的5～8倍。
[0012]进一步地，所述应变梁的厚度为所述辅助梁的厚度的1.5～2倍。
[0013]进一步地，所述应力集中结构对称设置于所述应变梁的两侧。
[0014]进一步地，所述应力集中结构为半圆形凹槽。
[0015]进一步地，所述应变梁与所述辅助梁均采用钛合金、铝合金或合金钢制成。
[0016]进一步地，所述应变梁与所述辅助梁为整体结构。
[0017]另外，本技术还提供了一种小量程力传感器，该小量程力传感器包括壳体、应
变片以及上述技术方案提供的任意一种弹性体；
[0018]所述弹性体位于所述壳体内，所述弹性体的应变梁和辅助梁的端部均与所述壳体固定连接；
[0019]所述应变片粘贴于所述应变梁。
[0020]进一步地，所述应变片粘贴于所述应变梁的顶面并位于所述应变梁的应力集中结构的顶部；
[0021]进一步地，所述应变梁的端部与所述壳体的固定方式为焊接或螺钉连接；
[0022]所述辅助梁的端部与所述壳体的固定方式为焊接或螺钉连接。
[0023]进一步地，所述壳体为环形壳体。
[0024]有益效果：
[0025]一方面，本技术提供的十字梁弹性体中的辅助梁与应变梁垂直交叉，辅助梁使应变梁更加稳固，相比平行梁式的弹性体，十字梁弹性体具有更好的稳定性。而且，该十字梁弹性体中的应变梁比辅助梁更宽且更厚的设计，相比S型结构的弹性体，十字梁弹性体基频更高，抗振动能力更强；
[0026]另一方面，由于十字梁弹性体稳定性好、抗振能力强，因此使用十字梁弹性体的传感器的抗干扰以及抗振动能力增强。而且，较宽的应变梁设计，方便组装力传感器时应变片的粘贴以及导线的焊接。较窄的辅助梁设计，减小了弹性体整体的刚度，弹性体在力的作用下变形更加明显，提高了传感器的灵敏度。同时，较薄的辅助梁减少了对较厚的应变梁的影响，提高了力传感器的稳定性。
附图说明
[0027]图1为本技术的小量程力传感器的正视图；
[0028]图2为图1中小量程力传感器的俯视图。
[0029]其中，1
‑
辅助梁，2
‑
半圆形凹槽，3
‑
壳体，4
‑
应变梁，5
‑
应变片。
具体实施方式
[0030]下面结合附图并举实施例，对本技术进行详细描述。
[0031]图1示意了小量程力传感器的正视图，图2示意了小量程力传感器的俯视图。
[0032]实施例一
[0033]如图2结构所示，本实施例提供了一种用于小量程力传感器的十字梁弹性体，该十字梁弹性体包括应变梁4和辅助梁1，应变梁4与辅助梁1垂直相交形成一体结构，即为十字梁弹性体，这种弹性体可整体加工，能减少重复性误差，且结构简单，易于加工，提高了小量程力传感器的测量精度。
[0034]为了提高十字梁弹性体的测力灵敏度与测力精度，在材料的选择方面，选择能够精确传递受力信息并具有保持在相同受力时的形变一致性和完全复位性特点的材料，应变梁4与辅助梁1均可采用钛合金、铝合金或合金钢材料制备。在结构设计方面，应用“应力集中”设计原则，在该十字梁弹性体的应变梁4的两侧对称设置有4个半圆形凹槽2，4个半圆形凹槽2可以沿应变梁4的长度方向均匀分布，通过设置的半圆形凹槽2局部降低了应变梁4的宽度，使应变梁4在测力时有应力集中现象，提高十字梁弹性体的测力灵敏度与测力精度。
[0035]为了提高该十字梁弹性体的稳定性，将应变梁的厚度设计为辅助梁的厚度的1.5～2倍，如1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2倍，应变梁4的厚度大于辅助梁1的厚度能够提高十字梁弹性体的稳定性，同时，辅助梁1的厚度小于应变梁4的厚度，减小了辅助梁1对应变梁4的影响，进而也提高了十字梁弹性体的灵敏度。
[0036]为了提高弹性体的基频，以提升小量程力传感器的抗振动性能，将应变梁4的宽度设计为辅助梁1宽度的5～8倍，如：5倍、6倍、7倍、8倍，另外，这种设计不仅使十字梁弹性体的基频提高，从而增强十字梁弹性体的抗振性能，而且应变梁4的宽度大于辅助梁1的宽度方便了在应变梁4上粘贴应变片5以及焊接导线，辅助梁1的宽度小于应变梁4的宽度减小了十字梁弹性体的整体刚度，提高了十字梁弹性体测力的灵敏度。
[0037]实施例二
[0038]如图1和图2所示，本实施例提供了一种小量程力传感器，该小量程力传感器包括壳体3、应变片5以及上述实施例一中提供的任意一种十字梁弹性体；
[0039]十字梁弹性体位于壳体3内，壳体3根据接口情况可以为环形壳体、方形壳体等，十字梁弹性体中的应变梁4的端部和辅助梁1的端部均与壳体3焊接或螺钉连接。在对称设置的两个应力集中结构之间的应变梁4的顶面粘贴应变皮5，在粘贴应变片5之前，需要将已加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于小量程力传感器的十字梁弹性体，其特征在于，包括应变梁和辅助梁；所述应变梁与所述辅助梁垂直相交形成十字梁；所述应变梁沿其长度方向设置有多个应力集中结构；所述应变梁的宽度大于所述辅助梁的宽度；所述应变梁的厚度大于所述辅助梁的厚度。2.根据权利要求1所述的弹性体，其特征在于，所述应变梁的宽度为所述辅助梁的宽度的5～8倍。3.根据权利要求1所述的弹性体，其特征在于，所述应变梁的厚度为所述辅助梁的厚度的1.5～2倍。4.根据权利要求1所述的弹性体，其特征在于，所述应力集中结构对称设置于所述应变梁的两侧。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的弹性体，其特征在于，所述应力集中结构为半圆形凹槽。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的弹性体，其特征在于，所述应变梁与...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈文轩，王毅，万凯旋，张卫涛，张少冲，周源，
申请(专利权)人：陕西电器研究所，
类型：新型
国别省市：