專利名稱:采用附加彈性元件的電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器及設(shè)計(jì)方法
本發(fā)明涉及一類電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器及其設(shè)計(jì)方法。
通常的電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器的核心部分是貼有電阻應(yīng)變片的彈性元件，現(xiàn)在廣泛使用的彈性元件有柱(桿、板筒)式、環(huán)式、梁式、剪幅式等幾種幾何形式，采用這些結(jié)構(gòu)彈性元件的測(cè)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(cè)微小作用力時(shí)，靈敏度的提高的問(wèn)題顯得更為突出。比如對(duì)拉(壓)力傳感器采用柱形彈性元件時(shí)，常用下式估算應(yīng)變值應(yīng)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(shí)，由于彈性元件截面A受到多種限制無(wú)法很小，因此ε值不可能很大。
對(duì)測(cè)剪切力、扭轉(zhuǎn)力所用的傳感器的柱式等彈性元件的分析可得出類似結(jié)論。而對(duì)梁式彈性元件的傳感器進(jìn)行分析則可以看到另一種情況，彈性元件的應(yīng)變輸出與梁長(zhǎng)成正比，增加梁長(zhǎng)可以提高靈敏度，但同時(shí)彈性梁的剛度與梁長(zhǎng)的三次方成反比，隨著梁長(zhǎng)增加剛度急劇下降，因此不能單純依靠增加梁長(zhǎng)來(lái)提高靈敏度。
本發(fā)明的目的在于采用新的彈性元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，從而在同樣測(cè)量條性下提高傳感器靈敏度，同時(shí)還可以按測(cè)量需要方便地改變傳感器靈敏度，另一方面也可以提高測(cè)量微小作用力的水平。
本發(fā)明的要點(diǎn)在于采用了一個(gè)或一組附加彈性元件，先將應(yīng)變片貼于該附加彈性元件上，再將附加彈性元件以機(jī)械或物理方法與傳感器原彈性元件本體(結(jié)構(gòu)改變或不改變)聯(lián)結(jié)構(gòu)成本發(fā)明所述傳感器。
當(dāng)外力作用時(shí)，彈性元件本體產(chǎn)生的變形傳遞給附加彈性元件使其獲得一定應(yīng)變，在附加彈性元件材料的物性參數(shù)和幾何參數(shù)滿足下列條件時(shí)即可完成本發(fā)明。
1.附加彈性元件與彈性元件本體的聯(lián)結(jié)剛度要遠(yuǎn)大于附加彈性元件的剛度，這有利于彈性元件本體上產(chǎn)生的變形能充分利用，同時(shí)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(jié)合附圖進(jìn)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(yīng)力情況。
在諸圖中，彈性元件本體(2)的變形通過(guò)機(jī)械或物理連接(1)傳遞給附加彈性元件(3)，應(yīng)變片(4)感受所傳遞的應(yīng)變。
在圖1、圖2兩種情況下，應(yīng)變片感受的應(yīng)變值正比于比值L/l，因此，設(shè)計(jì)不同的L、l相對(duì)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(yīng)變片(4)感受的應(yīng)變值正比于RL/l，由于R與結(jié)構(gòu)剛度無(wú)關(guān)，因此在不降低剛度的情況下，取R＞r可以獲得更大的應(yīng)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(yīng)變片感受到的應(yīng)變正比于HL2/l，由于H與結(jié)構(gòu)的剛度無(wú)關(guān)，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(yīng)變值。
采用機(jī)械或物理方法聯(lián)接(比如螺栓聯(lián)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(shí)現(xiàn)靈敏度的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明在鉆削，磨削力的測(cè)力儀的應(yīng)用中效果明顯，比如，用于八角環(huán)式磨削測(cè)力儀上，在不改變?cè)瓬y(cè)力儀結(jié)構(gòu)的條性下，測(cè)力儀的靈敏度提高20多倍，其他性能指標(biāo)不變。
權(quán)利要求
1.一種電阻應(yīng)片式測(cè)力傳感器其特征在于采用了附加彈性元件。
2.一種按權(quán)力要求1所述測(cè)力傳感器的設(shè)計(jì)方法其特征在于可以通過(guò)附加彈能元件與彈性元件本體幾何尺寸的相對(duì)改變來(lái)改變傳感器靈敏度。
3.一種按權(quán)力要求1、2所述的傳感器其特征在于附加彈性元件與彈性元件本體以機(jī)械或物理方法聯(lián)接。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種新的電阻應(yīng)變式傳感器及其設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)在于采用了附加彈性元件。電阻應(yīng)變片貼于附加彈性元件上，而附加彈性元件通過(guò)機(jī)械或物理方法與傳感器彈性元件本體相聯(lián)結(jié)。附加彈性元件與彈性本體的相應(yīng)幾何尺寸的改變可以有效改變或提高傳感器的靈敏度。
文檔編號(hào)G01L1/22GK86103169SQ86103169
公開(kāi)日1987年11月11日 申請(qǐng)日期1986年5月2日
發(fā)明者金向林, 趙耀軍, 何寧, 陳鼎昌, 張幼楨 申請(qǐng)人:南京航空學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan