[發明專利]一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器

有效

• 申請號: 201410023052.0
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN104792443B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 徐興才;徐雷
• 申請（專利權）人: 無錫盛賽傳感科技有限公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 劉洪京

技術領域

本發明涉及一種微張力傳感器，具體是指一種微量程（≤0.5CN）陶瓷張力傳感器，應用于工業自動化控制系統。

背景技術

工業自動化控制隨著卷取機械的高速化和智能化，如紡織工業化纖、絲綢、毛棉等卷筒系統隨著設備盤卷過程中直徑變化，卷材的張力也產生變化，如果不對高速運轉的卷盤張力即動態張力進行有效控制，表面就會出現皺折、厚薄不均現象；如用于紙張、薄膜、橡膠、光纖等材料解卷或上卷，如果不對盤卷動態張力進行控制，同樣會出現彎曲、厚度變化乃至斷裂。

張力控制器的核心控制部件是張力傳感器。它是直接將盤卷高速運轉的動態張力信號線性轉換成電信號，再由MCU或PLC控制盤卷電機轉速和張力，從而實現動態張力進行控制。

目前，國內外張力傳感器分接觸式和非接觸式二種。接觸式張力傳感器是指傳感器的測力桿直接檢測盤卷載體張力，因而檢測精度高反應靈敏度高，目前它是國內外盤卷系統主流動態張力傳感器。此類傳感器有應變片式和壓電陶瓷式兩種；非接觸式張力傳感器有霍爾傳感器，實際上它是檢測盤卷載體線速度再轉換成張力信號，控制精度低和抗干攏能力低是它的致命缺點。然而接觸式張力傳感器目前國外僅有少數廠家有生產，由于國外這種接觸式張力傳感器本身都不帶溫度補償，存在工作溫度適應性差缺點。且高昂的價格使國內工業自動化卷取機械只有采用非接觸式霍爾傳感器替代。

接觸式張力傳感器雖然在信號采樣方式上有優勢，但還存在著很大缺陷。如應變片式張力傳感器它必須將應變片用有機粘結劑粘到不銹鋼或聚酯膜片上，此類傳感器遲滯性差，且由于只能用單片應變片粘結，輸出靈敏度低且應變片的溫飄大，不能用于高精度高可靠卷取機械；而壓電陶瓷式張力傳感器由于是非線性電壓輸出，因而目前國內外尚未有實際應用。

近年來國內有多家大專院校和科研院所如西北工業大學、江南大學、中國電子科技集團以及中恒集團對我國張力傳感器的發展與我們多次進行了探討，一致認為必須發展新型的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，以改變目前卷取機械自動化被動局面勢在必行。

本發明是在分析比較接觸式張力傳感器和專利ZL201120553280.0〞高性能陶瓷張力傳感器〝和發明專利ZL201010208526.0〞壓力傳感器的陶瓷復合彈性體的制備方法及原料混合裝置〝基礎上研發的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器。本發明采用了國際領先的三級溫補技術和高精度Hybrid工藝技術，在性能指標上大大領先國外張力傳感器，能實現規模化生產，成本較國外有強大優勢，是國內外微張力傳感器的更新換代產品。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器。

本發明為實現上述目的，采用如下技術方案：一種微張力壓阻式陶瓷張力傳感器，包括傳感器支架、條狀彈性體和測力桿；所述條狀彈性體的一端粘接在所述傳感器支架的一端凸起結構上，其另一端粘接在所述傳感器支架的另一端限偏墻上，以使該條狀彈性體兩端形成力矩；所述測力桿設置在所述限偏墻上端的條狀彈性體上；其中，所述條狀彈性體的長度為20-35mm，寬度為4-6mm。

進一步的，所述傳感器支架與條狀彈性體之間形成有上下位移空間，所述上下位移空間內設置有防止條狀彈性體過度位移而斷裂的保護塊。

進一步的，所述測力桿的左右兩側設置有導絲器。

進一步的，所述條狀彈性體為復合陶瓷彈性體。

進一步的，所述復合陶瓷彈性體由微米級的二氧化鋯和微米級的三氧化二鋁組成；其中，所述二氧化鋯和三氧化二鋁的質量比為1:0.25～7.5。

進一步的，所述條狀彈性體的正反兩面各設置兩個橋路電阻，由四個通孔將橋路電阻互聯形成一個惠斯頓電橋，并在條狀彈性體的正面設置兩個與反面的橋路電阻相對應的橋路平衡電阻，并通過激光修調系統將惠斯頓電橋調至零位。

進一步的，所述條狀彈性體上還設置有用來克服溫度飄移的PTC正溫度補償電阻和NTC負溫度補償電阻。

本發明的有益效果：

1.本發明采用上述尺寸結構的微張力壓阻式陶瓷張力傳感器具有優異的線性精度，尤其遲滯性和重復性遠低于線性精度，反映微張力傳感器的線性精度實測數據就能評價傳感器的綜合精度。

2.在確保傳感器優異的線性精度前提下，本發明采用的橋路輸出形式具有高輸出靈敏度（2.2-3.3mV/V）這是其他形式張力傳感器如應變片式張力傳感器所不能比擬的。

3.由于采用復合陶瓷彈性體，提高了彈性體應變模量，不但提高輸出靈敏度，而且提高了動態張力響應速度并提高了可靠性。