專利名稱：石英諧振式力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石英諧振式力傳感器，尤其是一種將石英振子直接設(shè)置在雙孔梁形力傳感器結(jié)構(gòu)。
目前商用電子秤多采用電阻應(yīng)變片式傳感器以達(dá)到較高的測量精度，如

圖1、2所示，揭示了電阻應(yīng)變片式雙孔梁1受力應(yīng)變的原理。當(dāng)一端固定，另一端加作用力時(shí)，傳感器應(yīng)變區(qū)受力分布的T部位受力而被拉伸，而C部位被壓縮，應(yīng)變片式形變必然引起其上的電阻導(dǎo)電材質(zhì)的電壓變化，得以測出壓力大小。但由于傳感器的輸出為模擬電壓，加上功耗大，為此電子秤需配置電源濾波器、交直流轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等電路，使產(chǎn)品成本高，攜帶不方便。石英諧振式稱重傳感器的出現(xiàn)，使得電子秤的電路大為簡化，低功耗的傳感器可以使用直流電池供電。但現(xiàn)有的石英諧振器型傳感器結(jié)構(gòu)件較多，用于電子計(jì)價(jià)秤時(shí)，都需附加加載機(jī)構(gòu)，這樣一方面增加了材料成本，另一方面引進(jìn)了機(jī)械的誤差，而且安裝使用也極不方便，生產(chǎn)制造復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種石英諧振式力傳感器，可將石英振子直接設(shè)置在雙孔梁上組成力傳感裝置，它不僅具有溫度補(bǔ)償性能，精度較高，而且結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)加工方便，安裝操作簡化，成本降低。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種石英諧振式力傳感器，它包括一承受壓力的雙孔梁，在雙孔梁受力應(yīng)變部位的上蓋下開設(shè)有由卡固槽、石英振子以及固定支架組成的諧振傳感裝置；其中卡固槽開設(shè)在受力應(yīng)變部位的上蓋下，石英振子卡固在卡固槽內(nèi)，其下方設(shè)固定支架，固定支架固接在卡固槽底部，石英振子上引出兩電極。
所述的卡固槽的邊沿水平方向截面的開口一端大，一端小，豎直方向垂直。
所述的卡固槽沿水平方向有一定斜度的梯形邊可一邊或兩邊。
所述的卡固槽的邊從上到下沿豎直方向截面為向內(nèi)有一定斜度的梯形，水平方向垂直，在卡固槽內(nèi)的石英振子的上部設(shè)有振子向上位移的阻擋塊。
所述的卡固槽沿豎直方向截面為向內(nèi)有一定斜度的梯形邊可一邊或兩邊。
所述的諧振傳感裝置可設(shè)在雙孔梁受壓壓縮的上下兩面部位。
所述的諧振傳感裝置可同時(shí)設(shè)在雙孔梁受壓壓縮和拉伸的部位。
所述的雙孔梁的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的諧振傳感裝置開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口。
所述的石英振子電極引線接支架的基座從底部引出，引出點(diǎn)與雙孔梁彈性體絕緣。
根據(jù)上述技術(shù)方案分析可知，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、雙諧振器差頻輸出，具有溫度系數(shù)自補(bǔ)償功能，消除了一些固有因素的影響，提高了傳感精度；2、卡固槽梯形邊的結(jié)構(gòu)使石英振子不僅預(yù)應(yīng)力可調(diào)，而且加工制造方便，安裝簡單，大大較低了產(chǎn)品的生產(chǎn)加工成本；3、可直接用于現(xiàn)有的各種計(jì)價(jià)秤，結(jié)構(gòu)不變，轉(zhuǎn)型容易；
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
圖1為現(xiàn)有的雙孔梁電阻應(yīng)變片式傳感器結(jié)構(gòu)和受力應(yīng)變的示意圖；圖2為現(xiàn)有的半孔雙孔梁電阻應(yīng)變片式傳感器結(jié)構(gòu)和受力應(yīng)變的示意圖；圖3為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置剖視結(jié)構(gòu)示意圖4為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置一種較佳實(shí)施例俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置另一種較佳實(shí)施例俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置還一種較佳實(shí)施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置再一種較佳實(shí)施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用新型的諧振傳感裝置又一種較佳實(shí)施例剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實(shí)用新型的參比型諧振傳感裝置實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實(shí)用新型的差動(dòng)型諧振傳感裝置實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為本實(shí)用新型參比型和差動(dòng)型諧振傳感裝置均有的實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為本實(shí)用新型的雙孔梁上拉伸部位開設(shè)與壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置相同槽口結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本實(shí)用新型半孔雙孔梁一種較佳實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為本實(shí)用新型半孔雙孔梁另一種較佳實(shí)施例側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖3、4、5，給出了本實(shí)用新型的一種諧振傳感裝置結(jié)構(gòu)以及石英諧振式力傳感器示意圖。本實(shí)用新型的傳感器本體為一承受壓力的雙孔梁1，在雙孔梁受力應(yīng)變部位的上蓋2下開設(shè)有由卡固槽3、石英振子5以及固定支架4組成的諧振傳感裝置；其中卡固槽3開設(shè)在受力壓縮部位的上蓋2下，石英振子5卡固在卡固槽3內(nèi)其下方設(shè)固定支架4，固定支架4固接在卡固槽3底部，石英振子5上引出兩電極。石英電極引線可與支架4的基座41、42連接，引出點(diǎn)與雙孔梁彈性體絕緣。由于當(dāng)批量生產(chǎn)時(shí)，石英振子5或雙孔梁1的開模尺寸會有誤差，為補(bǔ)償加工尺寸帶來的誤差，對石英振子5實(shí)施預(yù)緊力，將卡固槽3的一邊沿水平方向截面的開口為一端31開口大，一端32開口小，豎直方向垂直。這樣將石英振子5放在支架4上，通過從卡固槽3大開口的一端31向里推入放入卡固槽3中，當(dāng)石英振子5被卡固后，可對石英振子5施以期望的預(yù)緊力。將支架4粘在卡固槽3的底部，而與石英振子5有一較小的間隙，保證產(chǎn)生振蕩。
參見圖6，本實(shí)用新型另一種較佳實(shí)施例俯視結(jié)構(gòu)示意圖。其卡固槽3結(jié)構(gòu)是兩邊均沿水平方向截面的開口為一端31開口大，一端32開口小，豎直方向垂直。其其他結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理與上述相同。
如圖7所示，為本實(shí)用新型另一種諧振傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中為補(bǔ)償加工尺寸帶來的誤差，對石英振子實(shí)施預(yù)緊力，同時(shí)也為了加工方便，降低生產(chǎn)成本，將卡固槽3的一邊從上到下沿豎直方向截面為向內(nèi)有一定斜度的梯形33，另一邊34垂直，卡固槽3開口的水平方向垂直，在卡固槽3內(nèi)的石英振子5的上部設(shè)有防止振子5向上位移的阻擋塊7。將石英振子5放在支架4上。從上向下放入卡固槽3內(nèi)，當(dāng)石英振子5被卡固后，并且可對石英振子5施以期望的預(yù)緊力。將支架4粘在卡固槽5的底部，而與石英振子5有一較小的間隙，保證產(chǎn)生振蕩。同時(shí)為防止石英振子5受到擠壓而向上位移，在石英振子定位后，在卡固槽3內(nèi)的石英振子5的上部粘設(shè)有防止振子5向上位移的阻擋塊7、8。本實(shí)施例為一設(shè)在雙孔梁1受壓壓縮部位的石英諧振傳感裝置6，其工作機(jī)理是當(dāng)對雙孔梁1施力時(shí)，卡固槽3受力向內(nèi)位移，石英振子5受向內(nèi)的擠壓力而改變晶體振蕩頻率，通過其上的電極發(fā)出電信號至接收電路和重量顯示，而完成力傳感過程。
參見圖8，為本實(shí)用新型又一種諧振傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中卡固槽的兩邊3 3、34均為梯形邊，可進(jìn)一步提高安裝效率和測量精度。
參見圖9，為本實(shí)用新型參比型傳感裝置實(shí)施例，為了減少石英本身的晶振調(diào)零誤差，在雙孔梁1上的受力壓縮和拉伸部位均設(shè)有一組石英諧振傳感裝置6。因?yàn)楫?dāng)雙孔梁1受力時(shí)，兩個(gè)石英諧振傳感裝置6的諧振頻率之差可反映力的大小。當(dāng)力F作用于雙孔梁時(shí)，石英振子5受壓力其頻率發(fā)生變化，而石英振子5′可調(diào)其預(yù)緊力為零；當(dāng)力F作用于雙孔梁時(shí)，石英振子5′所在的槽被拉伸，故石英振子5′不受力，因此其頻率不變。這樣檢測兩個(gè)振子的差頻即可反映出作用力F的大小。
如圖10所示，本實(shí)用新型為差動(dòng)型傳感結(jié)構(gòu)。石英振子5和5′分別處于雙孔梁的兩側(cè)應(yīng)變區(qū)的壓縮部位，當(dāng)力F作用于雙孔梁的一端上面時(shí)，石英振子5和5′均受到壓力。對于AT切型的石英切片，在不同的方向施加壓力，諧振器具有不同的力頻系數(shù)。選擇合適的加力方向使石英振子5與5′的力頻數(shù)量的系數(shù)符號相反。這樣石英振子5和5′在受力后頻率一個(gè)變大，一個(gè)變小，取其差頻即可反映傳感器受力的大小這種結(jié)構(gòu)的測量精度更高。
圖11給出了本實(shí)用新型參比型和差動(dòng)型均有的實(shí)施例，其動(dòng)作機(jī)理與上述參比型和差動(dòng)型結(jié)構(gòu)兩實(shí)施例一致。該三個(gè)實(shí)施例使用兩組或四組相同切型的石英諧振器6可以達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?，減少其他因素石英晶體的共同特性影響。另外，本實(shí)用新型還可直接方便的進(jìn)行四角誤差的修正。
如圖12所示，為保證本實(shí)用新型雙孔梁1受力形變均勻，在雙孔梁1的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的石英諧振傳感裝置6開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口9。由于結(jié)構(gòu)對稱，雙孔梁1梁體形變一致，從而提高測量精確度。
石英諧振傳感裝置可同時(shí)設(shè)在雙孔梁應(yīng)變區(qū)的壓縮和拉伸的部位，通過參比和差動(dòng)比較，可進(jìn)一步提高測量精度。
參見圖13、14，本實(shí)用新型的實(shí)施例為半孔的雙孔梁1′結(jié)構(gòu)傳感器結(jié)構(gòu)，其石英諧振傳感裝置6的結(jié)構(gòu)、設(shè)置以及工作機(jī)理同完整的雙孔梁1的一致，因此不再贅述。
另外，參見圖3-14，本實(shí)用新型上石英諧振傳感裝置6的上蓋2與雙孔梁1梁體之間填有密封膠，將石英振子5密封起來，并且保證石英振子5在卡固槽3腔體內(nèi)上、下面均有間隙，保證石英振蕩的產(chǎn)生，準(zhǔn)確地將電信號傳遞出來。
權(quán)利要求1.一種石英諧振式力傳感器，它包括一承受壓力的雙孔梁，其特征在于在雙孔梁受力應(yīng)變部位的上蓋下開設(shè)有由卡固槽、石英振子以及固定支架組成的諧振傳感裝置；其中卡固槽開設(shè)在受力應(yīng)變部位的上蓋下，石英振子卡固在卡固槽內(nèi)，其下方設(shè)固定支架，固定支架固接在卡固槽底部，石英振子上引出兩電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的卡固槽的邊沿水平方向截面的開口一端大，一端小，豎直方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的卡固槽沿水平方向有一定斜度的梯形邊可一邊或兩邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的卡固槽的邊從上到下沿豎直方向截面為向內(nèi)有一定斜度的梯形，水平方向垂直，在卡固槽內(nèi)的石英振子的上部設(shè)有防止振子向上位移的阻擋塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的卡固槽沿豎直方向有一定斜度的梯形邊可一邊或兩邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的諧振傳感裝置可設(shè)在雙孔梁受壓壓縮的上下兩面部位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的諧振傳感裝置可同時(shí)設(shè)在雙孔梁受壓壓縮和拉伸的部位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的雙孔梁的拉伸部位對應(yīng)壓縮部位所設(shè)的諧振傳感裝置開設(shè)同樣厚薄、大小的槽口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英諧振式力傳感器，其特征在于所述的石英振子電極引線接支架的基座從底部引出，引出點(diǎn)與雙孔梁彈性體絕緣。
專利摘要一種石英諧振式力傳感器,卡固槽開設(shè)在雙孔梁受力應(yīng)變部位的上蓋下,石英振子卡固在卡固槽內(nèi),其下方設(shè)固定支架,固定支架固接在卡固槽底部,石英振子上引出兩電極。卡固槽的邊從上到下沿豎直方向截面為向內(nèi)有一定斜度的梯形,水平方向垂直,在卡固槽內(nèi)的石英振子的上部設(shè)有振子向上位移的阻擋塊。本實(shí)用新型可將石英振子直接設(shè)置在測力的裝置上,具有溫度補(bǔ)償性能,生產(chǎn)加工簡單,安裝方便,精度較高,成本較低等特點(diǎn)。
文檔編號G01D5/12GK2383042SQ9924198
公開日2000年6月14日 申請日期1999年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月19日
發(fā)明者陳玉鵬 申請人:陳玉鵬