应变敏感元件嵌入式测力装置

摘要

一种受力测量技术领域的应变敏感元件嵌入式测力装置，包括顶板、立柱、底板、外丝固定体、受力变形体、应变敏感元件，四个立柱的顶部分别与顶板的四个边角连接在一起，四个立柱的底部分别与底板的四个边角连接在一起，两个布线槽分别布置在立柱的顶部顶板上，螺纹孔阵列式布置在布线槽的两端，敏感元件安装孔布置在立柱的顶部，外丝固定体、受力变形体、应变传感器一起组成核心测量部件并安装在传感器安装孔内。在本发明中，当顶板受力时，立柱、受力变形体、应变敏感元件可以同步受力发生变形，敏感元件感受形变量，把其变形量对应的电量传输给控制单元，从而计算出顶板的受力大小；这个过程需要预先通过标定得到。

权利要求

1.一种应变敏感元件嵌入式测力装置，包括顶板(1)、布线槽(2)、螺纹孔(3)，被测量部件放置在顶板(1)上，其特征在于，还包括立柱(4)、底板(5)、敏感元件安装孔(6)、外丝固定体(7)、受力变形体(8)、应变敏感元件(9)、线束(10)，四个立柱(4)的顶部分别与顶板(1)的四个边角连接在一起，四个立柱(4)的底部分别与底板(5)的四个边角连接在一起，两个布线槽(2)分别布置在立柱(4)的顶部顶板(1)上，两个布线槽(2)对称布置，螺纹孔(3)阵列式布置在布线槽(2)的两端，敏感元件安装孔(6)布置在立柱(4)的顶部，敏感元件安装孔(6)的上部为布线槽(2)，外丝固定体(7)、受力变形体(8)、应变敏感元件(9)一起组成核心测量部件并安装在敏感元件安装孔(6)内，外丝固定体(7)、受力变形体(8)连接在一起，受力变形体(8)位于外丝固定体(7)的下部，应变敏感元件(9)布置在受力变形体(8)的内部，外丝固定体(7)的外壁面带有外丝，敏感元件安装孔(6)的内壁面带有内丝，外丝固定体(7)的外丝与敏感元件安装孔(6)的内丝相匹配，应变敏感元件(9)通过线束(10)与测量控制单元相连接；应变敏感元件(9)为石英，顶板(1)、底板(5)的横截面均为长方形，立柱(4)、敏感元件安装孔(6)的横截面为圆形，布线槽(2)的两端和中间部位均为圆柱孔，受力变形体(8)的下部带有空心圆槽；通过拧紧外丝固定体(7)使受力变形体(8)的底部和敏感元件安装孔(6)的底部紧密结合。

说明书

应变敏感元件嵌入式测力装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测力装置，特征是一种采用同步变形测量的应变敏感元件嵌入式测力装置。

背景技术

[0002] 在人类的各种生产活动中，对于力的测量与控制应用已十分普遍。用于力测量的装置种类很多，按其转换原理市场上应用最多的有以下2种：应变传感器，它是在受到外力作用后，粘贴在弹性体的应变片随之产生形变引起电阻变化，电阻变化使组成的惠斯登电桥失去平衡输出一个与外力成线性正比变化的电量电信号；这类测力传感器的优点静态特性好，线性、灵敏度和迟滞都较好，分辨率随量程变化而变化，量程越大，分辨率越低；缺点是动态特性的响应频率相对较低，量程不能调节，导致大量程的绝对精度较低，一个传感器的测量范围较窄。压电传感器：静态特性相对较差，同样量程的线性和迟滞对比应边传感器要差，优点是：高刚度，高动态特性和固有频率，体积小，同时做到大量程传感器通过后端电荷放大器的调节测量小力，而保持精度不减，力的使用量程范围大大拓宽，缺点是：由于结构相对小，不能受过大的弯扭力矩和剪切力；成本通常高昂。

发明内容

[0003] 本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种应变敏感元件嵌入式测力装置，可以利用应变原理特性，容易且灵活改变敏感元件安装体4立柱；达到不同测量不同大小的力；由于石英元件非常敏感，可以感受非常微小的应变，这样就能保持石英传感器的所有特点，如300吨的测力装置可以测量3吨的力还能保持一样的精度和线性(通过后端的电荷放大器调节)，装置的板型结构，可以解决压电传感器通常弯矩和剪切受力较低的缺陷，同时还可以保持更加方便的测量重大(体积大，量程范围宽)部件的受力；更大的优点是：在量程用途同等条件下造价更低廉。

[0004] 本发明是通过以下技术来实现的，本发明包括顶板、布线槽、螺纹孔、立柱、底板、敏感元件安装孔、外丝固定体、受力变形体、应变敏感元件、线束，测量部件放置在顶板上，四个立柱的顶部分别与顶板的四个边角连接在一起，四个立柱的底部分别与底板的四个边角连接在一起，两个布线槽分别布置在立柱的顶部顶板上，两个布线槽对称布置，螺纹孔阵列式布置在布线槽的两端，敏感元件安装孔布置在立柱的顶部，敏感元件安装孔的上部为布线槽，外丝固定体、受力变形体、应变传感器一起组成核心测量部件并安装在敏感元件安装孔内，外丝固定体、受力变形体连接在一起，受力变形体位于外丝固定体的下部，应变敏感元件布置在受力变形体的内部，外丝固定体的外壁面带有外丝，敏感元件安装孔的内壁面带有内丝，外丝固定体的外丝与敏感元件安装孔的内丝相匹配，应变敏感元件通过线束与测量控制单元相连接。

[0005] 进一步地，在本发明中，应变敏感元件为石英，顶板、底板的横截面均为长方形，立柱、敏感元件安装孔的横截面为圆形，布线槽的两端和中间部位均为圆柱孔，受力变形体的下部带有空心圆槽。

[0006] 本发明的有益效果是：本发明设计合理，结构简单；测量精度高，反应灵敏；拆装方便，可大可小；密封性较好，不易受到其他信号和外来物品干扰。

附图说明

[0007] 图1为本发明实的立体结构示意图；

[0008] 图2为本发明的俯视图；

[0009] 图3为图2中A-A剖面的结构示意图；

[0010] 图4为本发明中核心测量部件的结构示意图；

[0011] 附图中的标号分别为：1、顶板，2、布线槽，3、螺纹孔，4、立柱，5、底板，6、敏感元件安装孔，7、外丝固定体，8、受力变形体，9、应变敏感元件，10、线束。

具体实施方式

[0012] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0013] 实施例

[0014] 本发明的实施例如图1至图4所示，本发明包括顶板1、布线槽2、螺纹孔3、立柱4、底板5、敏感元件安装孔6、外丝固定体7、受力变形体8、应变敏感元件9、线束10，测量部件放置在顶板1上，四个立柱4的顶部分别与顶板1的四个边角连接在一起，四个立柱4的底部分别与底板5的四个边角连接在一起，两个布线槽2分别布置在立柱4的顶部顶板1上，两个布线槽2对称布置，螺纹孔3阵列式布置在布线槽2的两端，敏感元件安装孔6布置在立柱4的顶部，敏感元件安装孔6的上部为布线槽2，外丝固定体7、受力变形体8、应变传感器9一起组成核心测量部件并安装在敏感元件安装孔6内，外丝固定体7、受力变形体8连接在一起，受力变形体8位于外丝固定体7的下部，应变敏感元件9布置在受力变形体8的内部，外丝固定体7的外壁面带有外丝，敏感元件安装孔6的内壁面带有内丝，外丝固定体7的外丝与敏感元件安装孔6的内丝相匹配，应变敏感元件9通过线束10与测量控制单元相连接；应变敏感元件9为石英，顶板1、底板5的横截面均为长方形，立柱4、敏感元件安装孔6的横截面为圆形，布线槽2的两端和中间部位均为圆柱孔，受力变形体8的下部带有空心圆槽。

[0015] 在本发明的实施过程中，首先对应变敏感元件9进行标定，其线性进行分析，把其变形大小与受力大小的对应关系存储在测量控制单元中。而后把外丝固定体7、受力变形体8、应变敏感元件9组成核心测量部件布置在敏感元件安装孔6，并通过拧紧外丝固定体7使受力变形体8的底部和敏感元件安装孔6的底部紧密结合。当有力(或重物)压在顶板1的顶部时，立柱4、受力变形体8、应变敏感元件9会同步发生变形，此时通过已有标定数据就可以计算出顶板1的受力大小。