专利名称：一种振弦式微小力传感器的测力结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种振弦式微小力传感器的测力结构，属于测量仪器领域。
背景技术：
振弦式传感器总体上可划分为振弦式变形传感器和振弦式力传感器，应变(应力)计、位移计、测缝计等属于振弦式变形传感器，渗压计、钢筋计等属于振弦式力传感器。两者的区别在于传感器内部是否包含弹性元件，弹性元件的作用就是将力转化为变形。振弦式变形传感器不需要弹性元件，而振弦式力传感器必须包含弹性元件。
测力结构是振弦式力传感器的关键组件，是传感器量程、分辨率和稳定性等的主要影响因素。测力结构主要包括弹性元件和钢弦，弹性元件将所受到的力转化为变形，该变形传递给钢弦，使得钢弦产生微小的伸长或缩短，钢弦的应力发生变化，引起自振频率的变化。
目前振弦式力传感器的测力结构一般可有以下3种第一是钢壳体类，其具体形式多种多样，以其典型的钢筋计为例，其测力结构是传感器的壳体，一般以45#钢制作，钢弦位于壳体以内。其特点是适应于测量大荷载，分辨率一般在1.0kg以上，当要求分辨率为0.01kg以下的微小力测量时，此种测力结构便无法满足要求；第二是钢膜类，以渗压计为例，其测力结构是承压钢膜，钢弦被固定在承压钢膜上，当承压钢膜承受荷载(一般为水压)时发生挠曲变形，引起钢弦张紧或松弛。此种测力结构往往使得传感器的体积比较大，承压钢膜的加工技术要求较高、制作成本较高，并且也难于适应分辨率为0.1kPa以下时的微小力的测量要求。
第三是CN1514217A的测力结构，其钢弦是位于波纹管之外，使得测力结构尺寸增大了很多，大约是波纹管尺寸的两倍以上，并且测力结构复杂，引入误差多，制作成本高。
另外，有一种振弦式应变传感器是采用波纹管作为传感器外壳，其结构与本实用新型相近，但其属于振弦式变形传感器，只能测量应变，不能测量力，并且其波纹管不是用作弹性元件，一般也不是弹性波纹管。
发明内容
为了克服目前振弦式力传感器测力结构难以测量微小力以及体积较大的不足，本实用新型提供一种测力结构，该测力结构的测力分辨率可达到0.001kg或0.01kPa，并且其体积只有一只弹性波纹管大小。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是要能够测量微小力，则测力结构的弹性元件必须刚度很小；要使测力结构的体积小，必须充分利用测力结构内部的空间。弹性波纹管的刚度主要取决于材料、壁厚、波高、波数等参数，其刚度可在较大的范围内调整，并且在其变形的过程中，刚度值十分稳定。通过恰当地设计上述弹性波纹管的参数，可使弹性波纹管的轴向变形刚度值位于5.0-50.0kg/mm范围内，从而适应了微小力测量的要求。在设计好弹性波纹管后，弹性波纹管的体积就确定了，为了尽可能减少测力结构的尺寸，本实用新型将钢弦布置到了弹性波纹管的内部并居中，相关的磁芯、磁芯固定架和钢弦套管等也一起进入了弹性波纹管的内部，最大限度地利用了空间，使得整个测力结构十分紧凑，尺寸显著减小。
本实用新型的有益效果是，实现了对微小力的测量，并同时减小了测力结构的体积，从而减小了振弦式力传感器的尺寸。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型整体结构示意图。
图1中，1.支座，2.夹头，3.钢弦护管，4.磁芯固定架，5.磁芯，6.钢弦，7.弹性波纹管。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型由弹性波纹管7、钢弦6、钢弦护管3、磁芯5、磁芯固定架4、夹头2和支座1等组成，钢弦6居中在钢弦护管3内，钢弦6两端分别被两个夹头2固定在两个支座1上，钢弦护管3一端31与支座1相固定，另一端32与另一支座1相离开，钢弦6位于弹性波纹管7的内部，并且弹性波纹管7的两端与两个支座1相固定。弹性波纹管7的材料为不锈钢，其外径为27.0mm、内径为13.0mm，壁厚为0.22mm，波数为14，其径向刚度为20kg/mm。钢弦在弹性波纹管内部居中，磁芯和磁芯固定架布置于钢弦的一侧，并且也位于弹性波纹管的内部。
该测力结构的一个典型工作过程为当支座1受到外界的压力时，由于弹性波纹管7两端均与支座1相固定，该压力便传递到弹性波纹管7上，弹性波纹管7发生微小的压缩变形，钢弦6松弛，其自振频率降低。当外界的压力减小时，弹性波纹管7产生微小的伸长变形，钢弦6张紧，其自振频率升高。
权利要求1.一种振弦式微小力传感器的测力结构，由弹性波纹管(7)、钢弦(6)、钢弦护管(3)、磁芯(5)、磁芯固定架(4)、夹头(2)和支座(1)等组成，钢弦(6)位于钢弦护管(3)内，钢弦护管(3)一端(31)与支座(1)相固定，另一端(32)与另一支座(1)相离开，其特征是弹性波纹管(7)的两端与两个支座(1)相固定，钢弦(6)两端也分别与两个支座(1)相固定，并且钢弦(6)在波纹管内居中，磁芯(5)、磁芯固定架(4)也位于弹性波纹管(7)的内部。
2.如权利要求1所述的测力结构，其特征是弹性波纹管(7)的轴向变形刚度为5kg/mm～50kg/mm。
3.如权利要求1所述的测力结构，其特征是弹性波纹管(7)的材料可为不锈钢。
专利摘要一种振弦式微小力传感器的测力结构，属于测量仪器领域，由弹性波纹管、钢弦、钢弦护管、磁芯、磁芯固定架、夹头和支座等组成。钢弦位于钢弦护管内，钢弦两端分别被两个夹头固定在两个支座上，钢弦护管一端与支座相固定，另一端与另一支座相离开，钢弦位于弹性波纹管的内部，磁芯和磁芯固定架等也随钢弦一起放入弹性波纹管内部，并且弹性波纹管的两端与两个支座相固定。则弹性波纹管是该测力结构的弹性元件，通过恰当的参数设计，可使其轴向变形刚度在5.0－50.0kg/mm，从而该测力结构实现了对微小力的测量，并同时减小了测力结构的体积和传感器的尺寸。
文档编号G01L7/06GK2854544SQ20052007385
公开日2007年1月3日 申请日期2005年7月25日 优先权日2005年7月25日
发明者王风 申请人:王风