作为直接检测流体推力的受力部件，一般选用圆形平板（见图1)、 半圆球面形（见图2)或者与实际用途相适宜的外形形状，且采用不易形变的金属材料或复 合材料制作，具体外形尺寸和材质可W根据实际检测的流体环境进行设计和选择，特殊情 况下可采用耐高温、耐腐蚀的材质制作；推力感应板la的两个工作面的面积均大于推力传 递杆化的径向面积；推力感应板la装配在容器形封装外壳3a外部，通过推力传递杆化将 该推力直接传递给推力检测体2a;其中，半圆球面形的推力感应板la可W降低工作环境中 的尘粒堆积对检测效果的影响。
[0060] 推力传递杆化，通常为一段圆柱形的金属杆或者陶瓷杆，一端垂直地与推力感应 板la工作面的几何中屯、点刚性连接，另一端伸入容器形封装外壳3a内部垂直地与推力检 测体2a的工作面的受力敏感点刚性连接；小型的或者微型的流体推力传感器可W没有连 接杆，而采用推力感应板la和推力检测体2a整体注模成型或者焊接成型等适宜的连接方 式予W取代。
[0061] 环形波纹柔性边Ic;作为推力感应板la与盆形防护骨架4a之间的软连接器件， 需要具有较好的柔初性W及不影响和妨碍推力感应板la沿推力传递杆化轴向运动的特 性，可依据耐热性、耐寒性、耐腐蚀性等各类使用环境条件，选用在现有技术条件下具有的 铜合金、侣合金、不诱钢等金属的板（或巧）材或者聚胺脂、聚四氣己締等各种可用的高分 子材料制作，必要时可对盆形防护骨架4a与推力感应板la的结合部采用精密加工偶件的 方式制造和装配，该种方法将取代环形波纹柔性边Ic，W适用于高压差环境的流体推力检 测的需要。
[0062] 推力检测体2a;通过推力传递杆化与推力感应板la直接刚性连接（见图1)。推 力检测体2a主要由两部分组成，一部分是敏感弹性体，敏感弹性体可将推力传递杆化传递 来的流体推力转换为敏感弹性体的应变值，其外形可W根据实际应用情况选择如柱形、箱 型、悬臂梁形、剪切梁形等多样化设计，装配在容器形封装外壳3a内部；另一部分为信号转 换电路，封装在敏感弹性体的内部，共有四片应变电阻片分别WR1~R4标示（电阻值根据 实际应用场合进行选择），成对的纵向和横向黏贴在弹性体上，通过电路连接组成惠斯通平 衡电桥（见图3)，在A、B两端引入电桥供电电压U，当敏感弹性体受推力感应板la推挤产 生敏感弹性形变时，黏贴于敏感弹性体上的应变电阻片也会发生变形从而导致电阻值发生 变化引起电桥的不平衡，于是输出与流体推力成正比的电信号。通过计算电桥C、D端的输 出电压Uout的变化、应变电阻片R1~R4的电阻值和敏感弹性体的相对形变系数、弹性模 量和横截面积等参数、数据，即可准确的计算出流体的推力数值和变化情况。
[0063] 信号放大电路化：是一个共模抑制比高的差动放大电路，采用相应的集成运算放 大器元件，装配在容器形封装外壳3a内部；信号放大电路化将推力检测体2a输出的推力 电信号放大为0~lOv的电压信号或者4~20mA的电流信号，w提供给流体控制系统模拟 量模块实现自动控制或监控应用（见图3);
[0064] ADC模数转换器2c ;采用相应的集成电路元件，装配在容器形封装外壳3a内部；ADC模数转换器2c将信号放大电路化输出的模拟量信号转换为数字量信号化ut，可通过 现场总线进行数据传输并提供给流体控制系统实现自动控制或者直接进行数值显示（见 图3)。
[00化]壳体3 ;作为该传感器总成的壳体型支架，可W根据需要设计成防尘型、密封型或 者耐腐蚀类型的圆柱筒体、矩形筒体或其他样式的容器形封装外壳3a，材料选用不诱钢、工 程塑料等；其中，在容器形封装外壳3a外表面适当部位上按需要设计供安装该传感器的螺 孔、平面法兰、卡口或其他可能的安装连接部件3b，W便将传感器总成固定到相应的设备、 设施或装置体上；其中，容器形封装外壳3a与推力感应板la不直接相连，因此不会分散损 失推力感应板la感受到的力，W确保检测准确性和精度；其中，为克服推力感应板la通过 推力传递杆化将不垂直于推力检测体2a工作面的力传递给推力检测体2a，容器形封装外 壳3a与推力传递杆lb之间的接触面可采用精密加工偶件的技术措施进行加工和装配（偶 件；相互滑动配合且接触间隙和摩擦力均极小的轴孔配合件），W克服推力传递杆化将径 向力传递给推力检测体2a。
[0066] 防护网架4;防护网架4由盆形防护骨架4a、压紧环4b和防护网罩4c组成，其中： 盆形骨架4a是一个硬质骨架形支架，可采用适当厚度的钢板或不诱钢板等材料冲制，或采 用模铸制作，口径较小的一端固定在容器形封装外壳3a上，口径较大的一端是与推力感应 板la的一个工作面在同一平面上的一个环形平面，用W粘接环形波纹柔性边Ic;盆形防护 骨架4a的环形平面上有装配孔，用于安装压紧环4b和防护网罩4c;其中，压紧环为金属 环，用于将环形波纹柔性边Ic压紧在盆形防护骨架4a的环形平面上；其中，防护网罩4c是 一个金属条网或金属丝编织网罩，可W重复拆装，使用者可W根据具体的使用环境确定是 否安装防护网罩4c;其中，盆形防护骨架4a和防护网罩4c均具有足够的网孔面积与强度， W不会妨碍正常的检测功能和防护功能为基本要求；必要时也可W用盆形防护骨架4a作 为安装固定流体推力传感器的装置。
[0067] 流体推力传感器与现有其他相近传感器或仪器设备的性能差异比较：
[0068] 流体推力传感器与压力传感器的异同点（详见表1):
[0069] 表1流体推力传感器与压力传感器的异同点
[0070]
【主权项】
L 一种流体推力传感器，其特征是，由推力感应装置（I)、设置在推力感应装置（1)上 部的推力检测信号处理器（2)、设在推力检测信号处理器（2)顶部的壳体（3)、罩在推力感 应装置（1)及推力检测信号处理器（2)下部的防护网架（4)四大部件构成；其结构为： 推力感应装置（1)由横向设置的推力感应板（Ia)、垂直连接在推力感应板（Ia)上并与 推力检测信号处理器（2)相连接的推力传递杆（Ib)组成；其中，推力感应板（Ia)的两个工 作面的面积均分别大于推力传递杆（Ib)的径向面积； 推力检测信号处理器（2)由设在下部的推力检测体（2a)、中部的信号放大电路（2b)、 上部的ADC模数转换器（2c)电器组件组成； 壳体（3)由容器形封装外壳（3a)和安装连接部件（3b)组成； 防护网架（4)由上部的盆形防护骨架（4a)、底部的防护网罩（4c)组成。
2. 根据权利要求1所述的一种流体推力传感器，其特征是，在位于推力感应板（Ia)的 外缘设置有环形波纹柔性边（Ic)，采用压紧环（4b)压紧。
3. 根据权利要求1所述的一种流体推力传感器，其特征是，推力传递杆（Ib)，设为一段 圆柱形的金属杆或者陶瓷杆，一端垂直地与推力感应板（Ia)工作面的几何中心点刚性连 接，另一端伸入容器形封装外壳（3a)内部垂直地与推力检测体（2a)的工作面的受力敏感 点刚性连接。
4. 根据权利要求1所述的一种流体推力传感器，其特征是，信号放大电路（2b)，为共模 抑制比高的差动放大电路，采用相应的集成运算放大器元件，装配在容器形封装外壳（3a) 内部；信号放大电路（2b)将推力检测体（2a)输出的推力电信号放大为O~IOv的电压信号 或者4~20mA的电流信号，以提供给流体控制系统模拟量模块实现自动控制或监控应用。
【专利摘要】一种流体推力传感器，本发明由推力感应装置(1)、设置在推力感应装置(1)上部的推力检测信号处理器(2)、设在推力检测信号处理器(2)顶部的壳体(3)、罩在推力感应装置(1)及推力检测信号处理器(2)下部的防护网架(4)四大部件构成；其结构为：推力感应装置1由横向设置的推力感应板(1a)、垂直连接在推力感应板(1a)上并与推力检测信号处理器(2)相连接的推力传递杆(1b)组成；其中，推力感应板(1a)的两个工作面的面积均分别大于推力传递杆(1b)的径向面积。本发明达到能够集成到控制系统中实现与流体推力相关的自动控制，以及能够集成到便携式测量仪器及设备中实现对流体推力的快速检测或测量的目的。
【IPC分类】G01L13-00
【公开号】CN104748907
【申请号】CN201510166187
【发明人】陈延宁, 付伟涛, 陈卓, 秦家文, 王献友
【申请人】云南烟叶复烤有限责任公司师宗复烤厂, 陈延宁
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月9日