专利名称：轴对称电阻应变式称重传感器的制作方法
技术领域：
实用新型涉及一种轴对称电阻应变式称重传感器，尤其是能有效消除弯矩应力引起固支周边外撇，影响称量精度的轴对称电阻应变式称重传感器。
背景技术：
轴对称电阻应变式称重传感器，如圆板式称重传感器，其构造是中心承载头与轮圈固支周边间有圆环应变环连接，结构如图1。这种称重传感器，当承载头承受载荷时，轮圈固支周边会因轴向力产生弯矩造成外撇，如周边固支刚度不足会与支承面产生机械摩擦，使传感器非线性误差和滞后误差增加，影响传感器称量精度。为有效防止轮圈固支周边受轴向力外撇产生摩擦，因此需要足够宽的固支周边来容纳足够多和足够大的紧固螺钉，使固支周边刚性化，但这样会导致传感器体积增大，用材增加，成本上升。其次，圆板式称重传感器，其最大径向应力集中在中间承截头的边界上，会影响传感器的长期稳定性。中国专利92239050公开的一种弹性周边小型低外形力传感器，采用轮幅式结构代替圆环感受剪应力，并将固支周边在轮幅处加厚以放置固定螺钉，在两轮幅间的底面加工凹缺口，使固支周边成为薄的弹性周边，一方面缩小固支周边体积和重量，一方面减小固支周边与支承面间机械摩擦。然而此结构虽能局部有效减薄固支周边，降低重量和用材，减少与支承面的机械摩擦，降低对称重精度影响，但这种结构不仅给机械加工带来难度；而且仍然没有能有效消除因轴向力带来的外撇力矩。
发明技术实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种不仅能显著减小体积和用材，而且基本不存在外撇力矩，能有效保证称量精度，加工又简单的轴对称电阻应变式称重传感器。
实用新型目的实现，主要改进是将连接中心承载头与轮圈固支周边的应变环，改为截面类似横S形环，并使横S形两端分别与加载和固支周边连接部均采用薄壁圆筒结构，从而使承载受力弯矩在S形应变环内部被薄壁柔性筒吸收，这样固支端面基本不存在外撇力矩，从而基本消除轮圈固支周边，因轴向力产生外撇与支承面造成机械摩擦带来的非线性误差和滞后误差，保证了称量精度。具体说，实用新型轴对称电阻应变式称重传感器，包括承载头及外周轮圈固支周边，连接承载头与固支周边的应变环，贴合在应变环表面的电阻应变片，其特征在于所说应变环为截面呈类似横S形环，S形应变环两端分别与加载头和固支周边连接部为薄壁圆筒，所说电阻应变片贴合在S形应变环表面。
实用新型所说类似横S形应变环厚度，及S两端过渡连接的薄壁圆筒壁厚，根据额定最大称量值，及合金材料性能，可分别按下述公式计算确定。连接加载的薄壁圆筒壁厚b1＝{D1-[(D12-4P/πσ1)]1/2}/2。式中D1代表加载环外径，σ1表示材料经验应力值，P代表额定最大称量值。连接固支周边的薄壁圆筒壁厚b2＝{D2-[(D22-4P/πσ2)]1/2}/2。D2代表支承环外径，σ2表示材料经验应力值，P代表额定最大称量值。应变环厚度b3＝(P×α/σmax)1/2。式中α为经验系数，σmax最大经验应力值。为有效保证承载受力弯矩在S形应变环内部被薄壁柔性筒充分吸收，实用新型应变环两薄壁圆筒壁厚比及高度比，较好为b1/b2＝1～2.5，h1/h2＝0.5～1.5，h1为加载薄壁圆筒高度，h2为支撑薄壁圆筒高度。
实用新型称重传感器由于采用(截面)呈横S形的应变环，及将连接加载和固支周边两端设计成同心薄壁圆筒，从而使承载头称重轴向力产生的弯矩，大部分在S形应变环同心薄壁圆筒弹性体内被吸收，因而传感器固支周边底部基本不存在外撇力矩，由此有效消除了称重承载轴向力产生弯矩造成外撇力矩引起摩擦、降低称量精度的缺陷。实用新型传感器，由于固支周边基本无外撇力矩影响，因而滞后误差极小，非线性优良，称量精度高，重复性好，加工制造简单。其次，由于固支周边基本无外撇力产生，因此固支周边壁厚可以得到减薄，从而降低用材和重量，减少成本。
图1为已有技术圆板式称重传感器结构示意图。
图2为实用新型轴对称电阻应变式称重传感器结构示意图。
具体实施方式
实施例参见图2，轴对称电阻应变式称重传感器，包括短的轮圈固支周边4，其顶部通过横S应变环1与承载头2连接，S形应变环表面有电阻应变片3。其中，横S应变环连接加载和固支周边两端1.2和1.1呈同心薄壁圆筒结构，连接加载薄壁圆筒1.2壁厚b1按{D1-[(D12-4P/πσ1)]1/2}/2计算确定，式中D1代表加载环外径，σ1取值35-40kg/mm2，P代表额定最大称量值。连接固支周边薄壁圆筒1.1壁厚b2按{D2-[(D22-4P/πσ2)]1/2}/2计算确定，D2代表支承环外径，σ2取值25-30kg/mm2，P代表额定最大称量值。横S应变环厚度b3按(P×α/σmax)1/2计算确定，式中α取值0.8-1.1，σmax取值30-35kg/mm2。应变环两连接壁厚比b1/b2＝1～2.5，高度比h1/h2＝0.5～1.5。
权利要求1.一种轴对称电阻应变式称重传感器，包括承载头及外周轮圈固支周边，连接承载头与固支周边的应变环，贴合在应变环表面的电阻应变片，其特征在于所说应变环为截面呈类似横S形环，S形应变环两端分别与加载头和固支周边连接部为薄壁圆筒，所说电阻应变片贴合在S形应变环表面。
2.根据权利要求1所述轴对称电阻应变式称重传感器，其特征在于所说连接加载的薄壁圆筒壁厚b1＝{D1-[(D12-4P/πσ1)]1/2}/2。
3.根据权利要求1所述轴对称电阻应变式称重传感器，其特征在于所说连接固支周边的薄壁圆筒壁厚b2＝{D2-[(D22-4P/πσ2)]1/2}/2。
4.根据权利要求1所述轴对称电阻应变式称重传感器，其特征在于所说横S应变环厚度b3＝(P×α/σmax)1/2。
5.根据权利要求1、2、3或4所述轴对称电阻应变式称重传感器，其特征在于所说连接加载薄壁圆筒壁厚与固支周边薄壁圆筒壁厚比为1～2.5。
6.根据权利要求1、2、3或4所述轴对称电阻应变式称重传感器，其特征在于所说连接加载薄壁圆筒壁厚与固支周边薄壁圆筒壁高度比为0.5～1.5。
专利摘要实用新型是关于对轴对称电阻应变式称重传感器，尤其是弯矩应力电阻应变式称重传感器的改进，其特征是连接承载头和固支周边的应变环，采用截面呈类似横S形结构，并使S形应变环两端分别与加载头和固支周边连接部为薄壁圆筒，所说电阻应变片贴合在S形应变环表面。这样承载头称量受到的轴向力产生弯矩，大部分在S形应变环同心薄壁圆筒弹性体内被吸收。实用新型传感器，由于固支周边基本无外撇力矩影响，因而滞后误差极小，非线性优良，称量精度高，重复性好，加工制造简单。其次，由于固支周边基本无外撇力产生，因此固支周边壁厚可以得到减薄，从而可降低用材和重量，减少成本。
文档编号G01G3/00GK2612933SQ0322173
公开日2004年4月21日 申请日期2003年5月8日 优先权日2003年5月8日
发明者盛畔松, 任志斌, 史新东 申请人:宜兴市申大电子称量有限公司