[其他]采用附加彈性元件的電阻應變式測力傳感器及設計方法

無效

• 申請號: 86103169
• 申請日: 1986-05-02
• 公開（公告）號: CN86103169A
• 公開（公告）日: 1987-11-11
• 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
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16;G01L1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一類電阻應變式測力傳感器及其設計方法。

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，現在廣泛使用的彈性元件有柱（桿、板筒）式、環式、梁式、剪幅式等幾種幾何形式，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，另一方面，因彈性元件的幾何尺寸受到貼片要求、綜合性能（如剛度等）要求及加工條件的限制，靈敏度很難大幅度提高，尤其在測微小作用力時，靈敏度的提高的問題顯得更為突出。比如對拉（壓）力傳感器采用柱形彈性元件時，常用下式估算應變值：

應變值ε＝ (拉（壓）力P)/(彈性元件截面積A×彈性元件材料彈性模量E)

在P、E一定時，由于彈性元件截面A受到多種限制無法很小，因此ε值不可能很大。

對測剪切力、扭轉力所用的傳感器的柱式等彈性元件的分析可得出類似結論。而對梁式彈性元件的傳感器進行分析則可以看到另一種情況，彈性元件的應變輸出與梁長成正比，增加梁長可以提高靈敏度，但同時彈性梁的剛度與梁長的三次方成反比，隨著梁長增加剛度急劇下降，因此不能單純依靠增加梁長來提高靈敏度。

本發明的目的在于采用新的彈性元件結構設計方法，從而在同樣測量條性下提高傳感器靈敏度，同時還可以按測量需要方便地改變傳感器靈敏度，另一方面也可以提高測量微小作用力的水平。

本發明的要點在于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傳感器原彈性元件本體（結構改變或不改變）聯結構成本發明所述傳感器。

當外力作用時，彈性元件本體產生的變形傳遞給附加彈性元件使其獲得一定應變，在附加彈性元件材料的物性參數和幾何參數滿足下列條件時即可完成本發明。

1.附加彈性元件與彈性元件本體的聯結剛度要遠大于附加彈性元件的剛度，這有利于彈性元件本體上產生的變形能充分利用，同時可保證傳感器良好的線性度，此外，彈性元件本體剛度一般要大于附加彈性元件剛度。

2.彈性元件與附加彈性元件的幾何尺寸決定了傳感器靈敏度，這可以結合附圖進一步描述：

圖1為柱式彈性元件及附加彈性元件受壓力情況。

圖2是柱式彈性元件及附加彈性元件受剪切力情況。

圖3是柱式彈性元件及附加彈性元件受扭矩作用情況。

圖4是梁式彈性元件及附加彈性元件受彎曲應力情況。

在諸圖中，彈性元件本體（2）的變形通過機械或物理連接（1）傳遞給附加彈性元件（3），應變片（4）感受所傳遞的應變。

在圖1、圖2兩種情況下，應變片感受的應變值正比于比值L/l，因此，設計不同的L、l相對大小可以改變傳感器靈敏度，取較大的L/l值可以大幅度提高靈敏度。

在圖3所示的情況下，應變片（4）感受的應變值正比于RL/l，由于R與結構剛度無關，因此在不降低剛度的情況下，取R＞r可以獲得更大的應變值，另一方面提高L/l，同樣可以提高靈敏度。

在圖4情況下，應變片感受到的應變正比于HL²/l，由于H與結構的剛度無關，因此在不降低剛度的情況下，取更大的H值，可以獲得更大的應變值。

采用機械或物理方法聯接（比如螺栓聯接或膠接）彈性元件本體與附加彈性元件，可以方便地裝拆附加彈性元件，而更換不同的附加彈性元件可以實現靈敏度的調節。

本發明在鉆削，磨削力的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性下，測力儀的靈敏度提高20多倍，其他性能指標不變。