专利名称：高精度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种高精度传感器，属于力学测试技术，特别是一种可用于摩擦试验机的摩擦磨损试验的高精度传感器。
背景技术：
在进行一些小量程摩擦磨损实验时，需要很高的测试精度，这样就需要研制一种能同时测量水平方向和垂直方向力的二维小量程力传感器。当周围环境温度的变化时，传感器还要求具有温度自补偿功能。为了满足动态测试的要求传感器的固有频率不能大低。目前很多的用于摩擦试验的二维力传感器一种是组合式传感器，这种传感器结构复杂，安装不方便，且只适用于较大量程力的测量.硅微力传感器，把传感器弹性体设计成带有悬臂梁薄膜和应变片电阻的硅梁这种传感器结构采用微机械工艺，加工较复杂，虽然测试的力比较小，但测量范围小，没有考虑温度对传感器的影响，传感器的精度不高。由于悬臂梁的刚度太小，其传感器的固有频率过低，动态特性较差，改传感器也没有考虑温度对测试结果的影响。实验要求传感器本身随着外界环境温度在一定范围内变化，始终能保证精确的测试结果，同时还必需达到一定的动态测试特性。上述的传感器在传感器本身的精度和固有频率等方面都不能很好的满足实验的要求。
发明内容
本发明目的在于发明一种高精度传感器，该传感器能同时测量垂直方向和水平方向的力，两个方向均具有很高的精度，并且具有比较高的固有频率。本发明的技术方案是一种高精度传感器，包括弹性体和应变片两部分，其特征在于所述弹性体由悬臂梁、与悬臂梁一端相连的加载端长方块、与悬臂梁另一端相连的固定端长方块组成；贯穿悬臂梁上下表面有一通槽，该通槽由位于悬臂梁加载端的“井”型孔和接近固定端的“ 口 ”型孔连通形成，贯穿悬臂梁前后表面还有另一个通槽，该通槽由位于悬臂梁固定端的“井”型孔和接近加载端的“ 口，，型孔连通形成，两组通槽结构对称井相互交叉；在悬臂粱加载端的“井”型孔前后薄壁外表面分别沿中心线对称的各贴两片应变片，悬臂梁固定端的“井”型孔上下薄壁外表面分别沿中心线对称的各贴两片应变片，在固定端长方块前后表面分别贴有一组补偿片，每一组都包括弹性模量补偿片、零点温度补偿片和零点不于衡补偿片；一组补偿片和加载端的四片应变片组成一个用于测量水平方向力的惠斯登全桥；另一组补偿片和固定端的四片应变片组成一个用于测量垂直方向力的惠斯登全桥。本发明的优点是由于两个“井”型孔分别位于悬臂梁的两端，悬臂梁结构的固有频牢明显要高。由于本发明结构简单，弹性体整体刚度高，很好的结合传感的制造工艺，自重对传感器的影响很小，各项指标均满足本试验要求。
图1是本发明的主视图；图2是本发明的俯视图；图3惠是斯登补偿电路，图中1、2、3、4为测Y方向力应变片，5、6、7、8为测Z方向力应变片。9、10、11为Y方向力补偿片，12、13、14为Z方向力补偿片。Rxl-Rx4——应变片电阻；U——供电电压；Rm、Rt、Ro分别为弹性模量、零点温度、零点不平衡补偿片。下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述
具体实施例方式本发明的一种高精度传感器包括弹性体，应变片二个部分。弹性体材料为硬铝合金。弹性体结构是由两侧的长方体和悬臂梁组成的，利用应力集中原则，在悬臂梁上有两组结构对称并相互交叉的通槽，该通槽由“井”型孔和“ 口”型孔连通形成.如图1和图2所示， 弹性体右端的是固定端，在长方体下表面约束，左端是加载端，在长方体上表面加载.悬臂梁左端的“井”型孔前后表面分别沿中心线对称的各贴两片应变片1，4和2、3与位于右端长方体上的补偿片9，10，11 一起组成惠斯登全桥。悬臂梁右端的“井”型孔上下表面分别沿中心线对称的各贴两片应交片5、8和6、7，与位于右端长方体上的补偿片12，13，14 一起组成惠斯登全桥。在左端长方体上表面作用Y方向(水平方向)力时，通过悬臂渠左端的 “井’型孔上的一组应变片1、2、3，4可以测出Y方向力的大小；在左端长方体上表面作用2 方向(垂直方向)力时，通过悬臂粱右端的“井”型孔上的一组应变片5、6、7、8可以测出ζ 方向力的大小。对传感器进行了一系列补偿，如图3所示在电源电路中对称接入一种电阻温度系数为正值的电阻Rm/2对弹性模量E进行补偿；Rt是一种电阻温度系数大且温度的材料，通过在桥路中接入一定阻值的Rt实现零点漂移的补偿Ro是一种电阻温度系数极低的材料， 通过在桥路中接入一定阻值的Ro实现零点不平衡。高精度传感器的应变片的阻值变化变成电压变化的输出，采用图3所示的应变片桥式电路。电路中的Rx(Rx1-Rx4)为应变片电阻，应交片Rx的供电电压Ui由直流开关电源提供，Uo是输出端。
权利要求
1.高精度传感器，包括弹性体，应变片二个部分，其特征在于弹性体材料为硬铝合金， 弹性体结构是由两侧的长方体和悬臂梁组成的，两个“井”型孔分别位于悬臂梁的两端，悬臂梁上有两组结构对称并相互交叉的通槽，对传感器进行了一系列补偿。
全文摘要
本发明涉及到高精度传感器，属于力学测试技术，可用于摩擦试验机的摩擦磨损试验。包括弹性体和应变片两部分，属测力技术。其特征在于所述弹性体由悬臂梁、与悬臂梁一端相连的加载端长方块、与悬臂梁另一端相连的固定端长方块组成。本发明结构简单，弹性体整体刚度高可在环境温度-10-40℃范围内准确测量小量程的接触力且动态特性较好。
文档编号G01L1/26GK102455229SQ20101052760
公开日2012年5月16日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者唐淑娟 申请人:唐淑娟