一种压力测量装置的制作方法

本发明属于传感器领域，尤其涉及一种压力测量装置。

背景技术：

压力传感器是最常用的传感器之一，按照原理可分为应变片式和弹簧式等，但现有的压力传感器，通常要求被测物体与传感器相对固定，在被测物体移动的情况下，传统的传感器无法良好实现测量，比如应变片的触点需要导线连接，在轴旋转时，通常无法使用或利用滑环进行连接，但此时，传感器寿命将受到滑环等构建的影响，可靠性不佳，缺乏一种适用于运转或移动情况下的压力测量装置。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足本发明提供一种压力测量装置，通过将力传感器外置，并利用转动或移动的组件受压对固定组件造成的压力进行测量，以间接测量的方式，解决现有直接测量方式中，力传感器无法布置或寿命受限的问题。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种压力测量装置，包括轴承、第一弹性件、第二弹性件、垫块和力传感器，轴承设置在第一弹性件内，第一弹性件套接在第二弹性件内，形成有空隙，在间隙内设置有垫块，力传感器设置在第二弹性件外侧。

进一步的，第一弹性件为环形，第一弹性件的内径与轴承相等，第一弹性件外侧设置有弧形缺口，第二弹性件包括一个卵圆形孔，该卵圆形孔包括一个半圆形部和一个椭圆形部或抛物线形部，半圆形部和椭圆形部或抛物线形部构成一整体，半圆形部与第一弹性件外侧紧密贴合。

进一步的，第二弹性件的椭圆形部或抛物线形部的外侧贴有力传感器，第二弹性件的椭圆形部或抛物线形部外壁可设置力传感器安装槽。

进一步的，第一弹性件和第二弹性件由弹簧钢制造。

进一步的，垫块的一侧与第一弹性件的外侧紧密贴合，垫块与第一弹性件贴合部位相对一侧与第二弹性件为点接触或线接触。

进一步的，垫块与第二弹性件接触点或接触线两侧存在空隙。

进一步的，垫块由硬质实心材料制造。

进一步的，垫块为椭圆形、橄榄形或非中心对称形状中的一种。

进一步的，力传感器可以为应变片、康铜丝或霍尔感应器中的任意一种。

进一步的，轴承选用滚子轴承、滚柱轴承、推力轴承或调心轴承中的一种。

本发明的有益效果为：

1)通过将力传感器贴在弹性件上，使用间接测量的方式测量拉力，结构简单，成本低廉。

2)通过将压力测量装置设置在固定组件上，不影响设备的正常运转，同时能保证较为准确的计量值。

3)通过设置垫块和设置垫块间隙，保证弹性件的正常形变并对弹性件形变量进行保护，并保持较高的灵敏度。

附图说明

图1为本发明一种压力测量装置的第一实施例结构示意图；

图2为本发明一种压力测量装置具有整体轴承套的结构示意图；

附图中各标注名称如下：1、轴承；2、内圈；3、外圈；4、滚子；5、第一弹性件；6、垫块；7、第二弹性件；8、力传感器；9、空隙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更佳清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种压力测量装置，包括轴承1、第一弹性件5、第二弹性件7、垫块6和力传感器8，轴承1设置在第一弹性件5内，第一弹性件5套接在第二弹性件7内，形成有空隙9，在间隙9内设置有垫块6，力传感器8设置在第二弹性件外侧。

为了保证测量寿命，第一弹性件5和第二弹性件7采用弹簧钢或者其他弹性材料制造；第一弹性件5为环形，第一弹性件5的内径与轴承1的外径相等或略过盈，以保证轴承1的良好安装和固定。第二弹性件7为柱状，该柱状弹性件包括一个卵圆形孔，第二弹性件7外周可以为圆形或也为卵圆形，使得第二弹性件7构成壁厚变化的桶装结构或为均匀壁厚的桶状结构，该卵圆形孔包括一个半圆形部和一个椭圆形部或抛物线形部，半圆形部和椭圆形部或抛物线形部构成一整体，半圆形部与第一弹性件5外侧紧密贴合。

该垫块6为椭圆形或橄榄形的柱状体，当然，垫块6也可根据需要设计成非中心对称设计或为曲线形或折线形或者其他任意所需的形状。垫块6的一侧与第一弹性件5的外侧紧密贴合，垫块6与第一弹性件5贴合部位相对一侧与第二弹性件7为点接触或线接触，该垫块6由钢、铁等硬质实心材料制造，并经过硬化处理。

在作为自行车中轴力矩测量时，该垫块6与第二弹性件7接触点或接触线两侧存在空隙9。垫块6的两个端点到第二弹性件7的距离为0.01-2mm。

作为一个更佳的实施例，垫块6的两个端点到第二弹性件7的距离为0.01-1mm，避免了第二弹性件7过度变形导致的第二弹性件7本身或力传感器8的损坏，同时该微量位移使得轴承1和轴可保持正常工作，避免了过度位移导致设备损坏失效的问题。

在一些重载场合，该间距可以适当放大并选用其他力传感器作为测量原件。

第二弹性件7的椭圆形部或抛物线形部的外侧贴有力传感器8，第二弹性件7的椭圆形部或抛物线形部外壁可设置力传感器8安装槽。力传感器8贴合在力传感器8安装槽内，该力传感器8为应变片，并与第二弹性件7良好贴合。

为了获得更好的性能，应变片应贴合在垫块6与第二弹性件7接触点两侧并靠近垫块6两端设置。

当然，在用于更大型设备的情况下，如起重机、吊车等应用时，可将垫块6与第二弹性件7接触点或接触线两侧存在空隙9调整为更大间隙，如10mm或更多，并可设置康铜丝作为力传感器或者采用磁铁与霍尔传感器的组合，通过测量磁场强度来测量形变程度，进而实现力压力测量。

轴承1可选用滚子轴承、滚柱轴承、推力轴承、调心轴承等。本实施例中，轴承1选用滚子轴承，轴承1至少包括内圈2、外圈3和滚子4，

力传感器8的输出连接有放大电路，并依靠放大电路输出测量信号。

本发明的测量过程原理为：

当轴承1受到第二弹性件7径向的力时，会通过第一弹性件5传递给垫块6，由于垫块6硬度高，变形小，垫块6会继续挤压第二弹性件7，此时，由于垫块6与第二弹性件7仅仅为点接触或线接触，在接触位置两侧存在空隙9，由于第二弹性件7的接触位置受压，会使得弹性件的受压位置两侧向内靠近垫块6，使得垫块6两端到第二弹性件7的间距减小，第二弹性件7产生形变，此时设置在第二弹性件7上的应变片采集这种形变并转化为可测量的电学量，实现对压力的采集。

在上述过程中，通过将垫块6设置成橄榄形或椭圆形，能给第二弹性件7更大的压强，增加形变量，同时通过控制橄榄形或椭圆形垫块6两端到第二弹性件7的距离，可有效控制第二弹性件7的形变量，防止第二弹性件7由于过度形变损坏或使得力传感器8失效。在压力达到一定程度后，将由垫块6整个面承压，减小压强，保护第二弹性件7和应变片。

为了使垫块6在第一弹性件5与第二弹性件7之间能够有效的定位和固定避免垫块6在承压时的位移，第一弹性件5外侧设置有弧形缺口，该缺口对准第二弹性件7的弧形部，第一弹性件5的弧形缺口与垫块6契合。

为获得更好的形变效果，第二弹性件7与垫块6接触部分应悬空，以获得更大的形变量。

本发明的一种压力测量装置在自行车中轴力矩传感器上的应用，具体为：

轴承1外侧套接有第一弹性件5和第二弹性件7，其中，第一弹性件5套接在第二弹性件7内。第一弹性件5为环形，第二弹性件7为柱状，该柱状弹性件包括一个卵圆形孔，第二弹性件7外周可以为圆形，使得第二弹性件7构成壁厚变化的桶装结构，该卵圆形孔包括一个半圆形部和一个椭圆形部，半圆形部和椭圆形部构成一整体，半圆形部与第一弹性件5外侧紧密贴合，第二弹性件7设置在力矩中轴的端盖内，第二弹性件7的外周在卵圆形孔顶端位置曲率大于其他位置曲率，使得第二弹性件7的外周在卵圆形孔顶端位置部分不与端盖贴合接触，第二弹性件7的外周在卵圆形孔顶端位置的两侧贴合有作为力传感器8的应变片，该应变片的输出连接有放大电路。

在该实施例中，

端盖一端设置有螺纹连接部，该螺纹连接部与自行车五通连接。端盖的轴承1内设置有轴，该轴上设置有牙盘和曲柄。

需要特别注意的是，该传感器应横向布置，即，传感器中心与轴承1中心的连线与地面水平。

用作力矩测量时，该传感器的工作原理为：工作时，当人踩踏踏板，通过曲柄带动轴和牙盘旋转，牙盘通过链条带动车轮旋转。由于车轮的运行阻力，使得链条绷紧，链条对牙盘产生向后的拉力，该拉力通过轴施加在轴承1上，由于力传感器8横向布置，当轴承1受到向后的压力时，压力作用于轴承1并通过第一弹性件5，垫块6传递到第二弹性件7，使得第二弹性件7在垫块6位置受压形变，通过应变片的阻值改变进行压力测量，此时通过换算可得出输入扭矩或可直接使用该拉力值作为车辆的控制信号，在车辆静止或滑行时，由于链条不受力，不产生向后的拉力，此时，即便人站立在自行车上，由于人对轴承11的压力向下，不产生向后的拉力，此时的传感器输出小或无信号，以此作为判别车辆助力的依据。

本实施例中，垫块6与第二弹性件7接触点或接触线两侧存在空隙9。垫块6的两个端点到第二弹性件7的距离为0.01-2mm，更加的一个方案中，该距离限制在0.01-1mm，当然，该距离可根据需要自行调整。

当然该压力测量装置还可以作为骑行的功率计或体能消耗的传感器数据来源。并适用于前驱或后驱轮毂电机的方案。

本发明的一种压力测量装置作为一种称重传感器或拉力传感器的应用，具体为，将压力测量装置贴合有力传感器8的一面向下垂直地面安装，且保证第二弹性件7的四周固定并保证设置垫块6的位置悬空。力传感器8的输出连接放大器或处理电路并输出。

工作时，当轴受到一个向下的压力，轴将压力传递给轴承1，轴承1通过第一弹性件5、垫块6将压力传递给第二弹性件7，第二弹性件7因此受力变形，应变片采集该形变并转化为压力信号输出，相比于常规的静态测量方式，该传感的测量优势在于，既可以像传统的传感器一样进行静态压力测量，还可以在运动过程中进行测量，比如将该传感器设置在传送带上，滚轮带动轴传动，同时传送带上的压力通过滚轮和轴对轴承1施压产生形变进行测量，此时并不影响轴的运转工作，实现传送带工作过程的实时测量。由此扩展，该传感器还可用于车辆轮轴等处的压力测量，用于测量车辆的装在量和行驶中的冲击力等。

本发明一种压力测量装置的有益效果为：

1)通过将力传感器贴在弹性件上，使用间接测量的方式测量拉力，结构简单，成本低廉。

2)通过将压力测量装置设置在固定组件上，不影响设备的正常运转，同时能保证较为准确的计量值。

3)通过设置垫块和设置垫块间隙，保证弹性件的正常形变并对弹性件形变量进行保护，并保持较高的灵敏度。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。可以采用不同的组合方式来实施本发明，如电机可以采用同心同轴安装或者一侧安装，减速机构可以通过行星轮减速或者其他齿轮、链条减速结构，中轴可以采用单轴结构或者左右轴结构，传感器可以采用各种扭矩传感器或者速度传感器，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。