[其他]提高電阻應變式測力傳感器靈敏度的設計方法

在審

• 申請號: 101986000003169
• 申請日: 1986-05-02
• 公開（公告）號: CN1005650B
• 公開（公告）日: 1989-11-01
• 發明（設計）人: 金向林;趙耀軍;何寧;陳鼎昌;張幼楨
• 申請（專利權）人: 南京航空學院
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種新的提高電阻應變式測力傳感器靈敏度的設計方法。在結構上采用了附加彈性元件，電阻應變片貼于附加彈性元件上，而附加彈性元件以機械或物理方法與本體彈性元件相聯接，在不降低傳感器結構剛度的情況下，通過改變附加彈性元件到本體彈性元件變形中心的距離有效地提高傳感器的靈敏度。應用在切削測力儀上效果尤其明顯。如用在八角環式磨削測力儀上，在不改變原測力儀結構的條件上，測力儀的靈敏度可提高２０多倍。

本發明屬于電阻應變式測力傳感器。

通常的電阻應變式測力傳感器的核心部分是貼有電阻應變片的彈性元件。現在廣泛采用的彈性元件有柱（桿、板筒）式、環式、梁式、剪幅式等幾何形式。采用這些結構彈性元件的測力傳感器一般只有固定的靈敏度，且因彈性元件的幾何尺寸受到貼片要求、綜合性能要求（如剛度等）及加工條件的限制，靈敏度很難大幅度提高。如：對于柱式彈性元件的測力傳感器，其彈性元件的應變值∑與彈性元件的截面積A成反比，減小截面積A可以提高傳感器的靈敏度，但因彈性元件的剛度與其截面積A成正比，隨著截面積A的減小剛度又要下降，形成矛盾;對于梁式彈性元件的測力傳感器，其彈性元件的應變值∑與彈性梁的長度L成正比，增加梁長L可以提高傳感器的靈敏度，但同時彈性梁的剛度又與梁長L的三次方成反比，隨著梁長L的增加剛度急劇下降，亦形成矛盾;對于其它形式彈性元件的分析也可看到類似的情況，即在提高傳感器靈敏度與保證其剛度之間存在矛盾是通常的電阻應變式測力傳感器的一個特點。

在專利號為CN-85201086的專利文件中，提出了一種拉（壓）剪組合式負荷傳感器。它是由彈性體本體和剪切削兩部分所組成，可以進行靈敏度的調整。但是這種傳感器通過改變彈性體本體上變形區筒形截面積來實現靈敏度調整的，要提高靈敏度就會引起彈性體本體剛度下降，仍然沒有解決靈敏度與剛度之間的矛盾。

本發明的目的就是在不降低傳感器結構剛度的情況下提高傳感器的靈敏度。

本發明采用了一個或一組附加彈性元件，先將應變片貼于該附加彈性元件上，再將附加彈性元件以機械或物理方法與本體彈性元件相聯接。當外力作用時，本體彈性元件產生的變形就傳遞給附加彈性元件使其獲得相應的變形。

下面結合附圖及實施例對本發明作詳細描述。

附圖1.柱式測扭傳感器原理圖。（a）為主視圖，（b）為

A-A剖面圖。

附圖2.梁式測力傳感器原理圖。（a）為主視圖，（b）為A向視圖

從附圖中可以看出，本體彈性元件（2）和附加彈性元件（3）之間通過各自的剛性聯接件（5）、（6）以機械或物理聯接物（1）相聯接（如螺紋聯接、膠接、焊接等），應變片（4）貼于附加彈性元件（3）上，感受從本體彈性元件（2）傳遞到附加彈性元件（3）的應變。

在附圖1情況下，應變片（4）所感受的應變值正比于比值RL/1（其中R是附加彈性元件（3）到本體彈性元件（2）變形中心的距離，L是本體彈性元件（2）的長度，1是附加彈性元件（3）的長度）。由于R是由剛性聯接體（5）、（6）的幾何尺寸所決定，改變R與傳感器結構剛度無關，且當R＞r時（其中r是本體彈性元件（2）的半徑），可以在附加彈性元件（3）上獲得較本體彈性元件（2）上更大的應變值，因此，通過增加R可以在不降低傳感器結構剛度的情況下提高傳感器靈敏度。

在附圖2情況下，應變片（4）所感受的應變值正比于比值HL²/1（其中H是附加彈性元件（3）到本體彈性元件（2）變形中心的距離，L，1同前）。由于H是由剛性聯接體（5）、（6）的幾何尺寸所決定，改變H與傳感器結構剛度無關，因此，通過增加H可以在不降低傳感器結構剛度的情況下提高傳感器靈敏度。

為得到良好的效果，在設計中一般要使本體彈性元件（2）的剛度大于附加彈性元件（3）的剛度，且附加彈性元件（3）與本體彈性元件（2）之間的聯接剛度遠大于附加彈性元件（3）本身的剛度，這樣有利于充分利用本體彈性元件（2）上所產生的變形。

根據本發明設計的傳感器在鉆削、磨削等切削測力儀的應用中效果明顯。比如，用于八角環式磨削測力儀上，在不改變原測力儀結構的條件下，測力儀的靈敏度提高20多倍，其它性能指標不變。