一种宽量程力传感器组合测量方法与流程

本发明涉及一种宽量程力传感器组合测量方法，应用于对各种不同量程的力传感器组合，扩大量程范围，属于力值计量领域。

背景技术：
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当力传感器用于测力设备时，受限于力传感器的测量范围(通常为满量程的10%-100%)，设备量程也只能与力传感器的量程对应，超过力传感器测量范围需更换不同的力传感器，而更换设备的力传感器将增加制造成本和人力成本，且影响设备精度。

如一个实验室需要100kn、200kn、300kn、400kn、500kn、600kn、700kn、800kn、900kn、1000kn标准测力仪的检测能力,按标准测力仪的检定规程需要按10点检测（10%-100%均布10点），且检测时需要连续检测，由于应用于检测设备的单个标准力传感器量程范围也为10%-100%，为满足需要至少配置100kn、200kn、300kn、400kn、500kn、600kn、700kn、800kn、900kn、1000kn等10个规格的标准力传感器。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种量程范围很大，生产成本低的宽量程力传感器组合测量方法。

本发明为实现上述目的采取的技术方案如下：

一种宽量程力传感器组合测量方法，其特征在于，采用宽量程力传感器组合机构进行测量：

所述宽量程力传感器组合机构包括：大量程力传感器、传感器连接板、小量程力传感器、限位座、力值限止器，大量程力传感器与传感器连接板的上端面相连，传感器连接板的下端面与小量程力传感器的上端面相连，小量程力传感器的底面与力值限止器的上端面相连，力值限止器的下端面与限位座相连；

测量时，当力传感器组合机构受力不大于设定力值时，传感器连接板与限位座不接触，大量程力传感器受到的力f等于小量程力传感器的受力f1，此时力传感器组合机构受力以小量程力传感器的输出为准；当力传感器组合机构受力大于设定力值时，传感器连接板与限位座接触，产生对限位座的作用力f2，由于机械限止，此时f1保持相对恒定，f1的大小不大于小量程力传感器的满量程力值，超过f1的力由限位座承受，此时力传感器组合机构受力以大量程力传感器的输出为准。

进一步的设置如下：

所述的设定力值为小量程力传感器的量程上限。

当力传感器组合机构的受力不大于设定力值时，传感器连接板与限位座不接触，当力传感器组合机构受力大于设定力值时，传感器连接板与限位座接触。

所述力传感器的配置原则为：大量程力传感器的量程下限不大于小量程力传感器的量程上限，

所述传感器连接板和限位座应保持足够的刚性，在传感器连接板与限位座接触后能保持受力相对恒定。

初始状态下，传感器连接板与限位座保持一定的间隙h，该间隙h为小量程力传感器量程上限值时力值限止器的变形量。

力值限止器是一种受力与形变相关的机构，当其受到设定的力值时，变形量等于初始状态下传感器连接板与限位座的外侧保持的间隙h。

所述力值限止器采用弹簧结构、气缸结构、油缸结构的任意一种。

所述的大、小量程传感器为单一传感器或多个传感器组合。

所述力值限止器采用气缸结构，包括：气缸活塞、气缸体、单向阀、充气机构，气缸活塞、缸体组成一个密封的腔体，腔体内充入有隋性气体。

力值限止器采用采用油缸结构，包括：活塞、油缸、蓄能器、单向阀、补油机构，活塞和油缸组成一个密封的腔体，油缸与蓄能器并联后与单向阀的出油口连接，单向阀的进油口与补油机构的出油口连接，补油机构通过单向阀向蓄能器充油并达到设定的充油压力，通过蓄能器使活塞、油缸间保持恒定的压力。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用两只或两只以上力传感器的组合，使传统的10%～100%量程的力传感器量程扩大到1%～100%量程或更高，一台力传感器的组合完成多台力传感器的功能，大大降低用户的生产成本。如前述的实验室要具备10个规格的力传感器，采用本发明则采用2台力传感器的组合即可。

2、本发明结构简单，生产成本低，适用范围广，易于实现批量化生产制造。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明：

图1本发明力传感器组合机构的结构示意图（小量程工作状态）；

图2本发明力传感器组合机构的另一工作示意图（大量程工作状态）；

图3发明采用弹簧结构实施例的工作示意图（小量程工作状态）；

图4发明采用弹簧结构实施例的另一工作示意图（大量程工作状态）；

图5本发明采用气缸结构实施例的工作示意图（小量程工作状态）；

图6本发明采用气缸结构实施例的另一工作示意图（大量程工作状态）；

图7本发明采用油缸结构实施例的工作示意图（小量程工作状态）；

图8本发明采用油缸结构实施例的另一工作示意图（大量程工作状态）。

图中标号：大量程传感器1，传感器连接板2，小量程传感器3，限位座4，力值限止器5，气缸活塞5.11,气缸体5.12，单向阀5.13,充气机构5.14，活塞5.1，油缸5.2，蓄能器5.3，单向阀5.4，补油机构5.5。

具体实施方式：

如图1-图2所示，本发明的一种宽量程力传感器组合机构，包括：大量程力传感器1、传感器连接板2、小量程力传感器3、限位座4、力值限止器5，大量程力传感器1与传感器连接板2的上端面相连，传感器连接板2的下端面与小量程力传感器3的上端面与相连，小量程力传感器3的底面与力值限止器5的上端面相连，力值限止器5的下端面与限位座4的下部相连。

本发明的一种宽量程力传感器组合测量方法，步骤如下：

当力传感器组合机构的受力不大于设定力值（小量程力传感器3的量程上限）时，传感器连接板2与限位座4不接触，大量程力传感器1受到的力f等于小量程力传感器3的受力f1，此时力传感器组合机构受力以小量程力传感器3的输出为准；当力传感器组合机构受力大于设定力值（小量程力传感器3的量程上限）时，传感器连接板2与限位座4接触，产生对限位座4的作用力f2，由于机械限止，此时f1保持相对恒定，f1的大小不大于小量程力传感器3的满量程力值，超过f1的力由限位座4承受，此时力传感器组合机构受力以大量程力传感器1的输出为准。

力传感器的配置原则为：大量程力传感器1的量程下限不大于小量程力传感器3的量程上限。

传感器连接板2和限位座4应保持足够的刚性，在传感器连接板2与限位座4外侧接触后能保持f1保持相对恒定。

初始状态下，传感器连接板2与限位座4保持一定的间隙h，该间隙h为小量程力传感器3量程上限值时力值限止器5的变形量。

力值限止器5是一种受力与形变相关的机构，在本方案中，当其受到设定的力值时，变形量等于初始状态下传感器连接板2与限位座4的外侧保持的间隙h。根据不同的使用要求可以采用弹簧结构、气缸结构、油缸结构等。

图3-图4为采用弹簧结构的力传感器组合结构：

力值限止器为弹簧，设计时传感器连接板与限位座外侧的间隙h与设定力值f0的关系按胡克定律（f=ks）计算。这种结构适用于小量程传感器组合结构。

图5-图6本发明采用气缸结构的力传感器组合结构：

力值限止器包括：气缸活塞5.11,气缸体5.12，单向阀5.13,充气机构5.14，气缸活塞5.11,气缸体5.12组成一个密封的腔体。其特征在于：腔体内充入相当压力的隋性气体，气缸的大小、充气压力根据设定力值f0及其允差范围、工作环境温度计算确定。

图7-图8本发明采用油缸结构的力传感器组合结构：

力值限止器包括：活塞5.1，油缸5.2，蓄能器5.3，单向阀5.4，补油机构5.5，活塞5.1和油缸5.2组成一个密封的腔体，油缸5.2与蓄能器5.3并联后与单向阀5.4的出油口连接，单向阀5.4的进油口与补油机构5.5的出油口连接。补油机构5.5可以通过单向阀5.4向蓄能器5.3充油并达到设定的充油压力。通过蓄能器使活塞5.1，油缸5.2间保持恒定的压力。油缸的大小、蓄能器的大小、充油压力根据设定力值f0及其允差范围计算确定。