[發明專利]一種多級測力測位移傳感器

有效

• 申請號: 201910277419.4
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110082011B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 張祺;張晨;梁釗濱;王杰;李慧文;郭強;張志俊
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22;G01B5/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明公開了一種多級測力測位移傳感器，采用多級彈性體來感應，通過將力分散在各個彈性體來擴大量程；并且選擇結構簡單，加工方便，靈敏度較高的懸臂梁來提高靈敏度，可通過改變懸臂梁的幾何形狀和材料來適應各種精度的測量，相比與一般測力傳感器受于比例極限的限制，通過使用特殊材料來提高精度，本多級測力測位移傳感器通過改變結構來提高精度會更加簡便。通過本發明，能夠從結構的改變上做到擴大量程、提高精度、減小誤差，還能夠在大量程測量的情況下同時保證精度，不僅結構簡單，操作方便并且對材料的要求也不高。

技術領域

本發明涉及力學傳感器領域，特別是涉及一種多級測力測位移傳感器。

背景技術

測力傳感器是由在受力后產生形變的彈性體，和能感應這個形變量的電阻應變片組成的電橋電路(如惠斯登電橋)，以及能把電阻應變片固定粘貼在彈性體上并能傳導應變量的粘合劑和保護電子電路的密封膠等三大部分組成的。

目前最常用的測力傳感器是壓阻式壓力傳感器，電阻應變片是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一，金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。此外，無論是陶瓷壓力傳感器，擴散硅壓力傳感器還是擴散硅壓力傳感器等常用測力傳感器也都是基于電阻應變效應制造的。

測力傳感器的綜合精度受到偏移量誤差，靈敏度誤差，線性誤差和滯后誤差四個因素的影響。偏移量誤差是由于壓力傳感器在整個壓力范圍內垂直偏移造成的，常用的傳感器在測力時不能保證力垂直作用在其的中心，從而導致偏移量誤差。高精度傳感器為了減小靈敏度誤差和線性誤差，常采用特殊的導體敏感原件或基底，不僅對材料要求較高且價格昂貴，對傳感器整體的加工精度要求也很高。此外，現有的測力傳感器大多不能進行大量程測量，即使能夠也不能在保證大量程的情況下有很高的精度。

發明內容

本發明的目的是為解決上述現有技術的不足之處而提供一種多級測力測位移傳感器。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種多級測力測位移傳感器，包括：多多級懸臂梁，平行等間距對稱設置，每兩個懸臂梁設置于同一水平面上，設定為同一級懸臂梁；每一級兩個懸臂梁的第一端為固定于框型機架內側壁的固定端，懸臂梁靠近第一端的位置分別設置一應變片，第二端為自由端，立柱設置于框型機架中心位置，且與每一級的兩個懸臂梁的自由端接觸；立柱與每一級懸臂梁兩個自由端接觸的位置分別設置一傳力螺母，以保持立柱與每一級懸臂梁的相對位置固定；框型機架底部中心設置一應變底柱，應變底柱側壁設置兩組垂直對稱分布的應變片；所述應變底柱頂部與立柱一端相對設置，立柱另一端固定設置一施加力的傳力平臺，通過對傳力平臺施加力，帶動立柱移動，使每一級懸臂梁產生形變，并使立柱與應變底柱接觸，通過懸臂梁及應變底柱上設置的應變片產生的數據，進行壓力測量；

其中，壓力測量的步驟包括：

懸臂梁的數量設定為3個，則設置于懸臂梁上的應變片為6個，分別編號為1-6；應變底柱上設置的應變片數量為2個，編號為7和8；通過讀取每一應變片的應變讀數，分別表示為ε₁-ε₈，懸臂梁上的每一應變片的應變值與載荷存在的關系如公式(1)所示：

其中，ε_d為通過設置電阻應變儀讀取的應變示數,ε_m為應變片的應變值，b為懸臂梁截面的寬度，h為懸臂梁截面的高度，F為載荷，a為梁懸臂梁末端到應變片的距離，E為懸臂梁所用材料的彈性模量；

應變底柱上的應變片的應變值與載荷存在關系如公式(2)所示：

其中，A為應變底柱的橫截面積，d為應變底柱橫截面積的直徑；

則在三級懸臂梁中，每一級懸臂梁上的壓力分別為：