双振弦式测力传感器的制作方法

专利名称:双振弦式测力传感器的制作方法
本实用新型是一种利用振动弦的频率来测量力值的传感器，具体地说是通过测量受应力的振动弦的频率变化达到测量力值的目的。
目前国内较先进的测力传感器GCB－211／13型双振弦式测力传感器精度达到0.5级，具有远传、抗干扰能力强、长期稳定性好、对环境条件要求较低等优点，能满足荷载监测和过载预警应用场合的要求。但存在以下缺点1。在弹性体上安装两对支架，沿每对支架的轴线固定振弦，这一结构方式给传感器的回差及重复差性能带来不利的影响。由于支架上需要安装振弦和线圈组件，所以支架的结构无法做得很小，以便通过弹性体上的通孔用过盈配合固定。同时，也很难做到即将支架可靠地焊在弹性体上，又不影响弹性体性能。2。弹性体和支架接触面很难啮合，则影响了支架的稳固，当弹性体因荷载作用而引起变形时，会使弹性体与支架的联接处发生松弛，从而使支架失稳，直接影响振弦的受力，产生测量误差。3。当温度变化时，弹性体和支架的线膨胀系数不同，而这二者啮合面上所产生的热应力也会使啮合状态发生变化，产生温度附加误差。
本实用新型的目的使双振弦式测力传感器提高精度为0.1级，扩大振弦式传感器的应用领域，克服现有技术中弹性体与支架联接而造成的安装困难，克服局部应力分布的复杂化，及由于支架与弹性体联接而直接影响振弦的受力所产生测量上的误差。同时要选择适当的弹性体材料，使提高本传感器的回差、重复差、稳定性，得到可靠保证。
本实用新型的实施方案分二个方面着手，首先对振弦式测力传感器的支架和弹性体采用整体结构工艺，把支架直接加工在弹性体上，即在弹性体上加工出四个对称的加强凸台，提高振弦与弹性体之间联接的可靠性。另一方面由于本传感器的振弦对弹性体材料的要求，为强度高和具有与振弦相同热膨胀系数，(必须满足弹性极限σs＞800N／mm2，线膨胀系数α＝11.6～11.7×10－6mm／mm℃)及材料的可锻性、切削加工性及淬透性能均要好，故采用40CrNiMoA合金钢作为弹性体材料。
本实用新型的实施例图1为结构原理图图2为结构原理图中振弦夹紧结构图图3.4为第二实例弹性体结构图如图1所示在弹性体〔1〕上对称地加工出安装振弦的加强凸台〔10〕、〔11〕、〔12〕、〔13〕和承受荷载的受力凸台〔14〕、〔15〕，在横向竖向的两对加强凸台〔11〕、〔13〕和〔10〕、〔12〕上分别加工通孔〔18〕、〔19〕和〔16〕、〔17〕，它们的轴线在空间垂直交错。而振弦〔2〕和〔3〕分别通过夹头〔20〕、〔21〕和〔22〕、〔23〕用紧固螺丝〔4〕、〔5〕和〔6〕、〔7〕固定在通孔〔16〕、〔17〕和〔18〕、〔19〕中，夹头的前部各开有一个平底槽〔24〕，如图2所示，平底槽〔24〕的底部位置设计在紧固螺丝〔5〕的中心线上，使振弦〔2〕的端点位于此中心线上，两根弦在空间垂直交错。工作时被测力作用在受力凸台〔14〕和〔15〕上，弹性体则发生形变，从而改变振弦的内应力，导致振弦固有频率的相应变化，当被测力变化时，两根振弦〔2〕和〔3〕中必然有一根弦其内应力增大，另一根内应力减小，它们的固有频率也相应地升高和降低，此固有频率由线圈组体〔8〕和〔9〕测出。
由于在弹性体上设计了加强凸台〔10〕、〔11〕、〔12〕、〔13〕，使弹性体不致因为安装振弦〔2〕和〔3〕而受到局部削弱，避免了弹性体〔1〕变形部分应力分布过于集中和复杂，可提高弹性体〔1〕的工作可靠性和使用寿命，同时，由于采用加强凸台，取消了支架，避免了支架与弹性体啮合状况而直接影响振弦的受力所产生的测量误差。
弹性体材料的选择也是一个重要环节，它直接有关该传感器的精度，质量和价格、弹性体材料的要求应与振弦的频率、内应力和线膨胀系数尽可能一致。本实用新型振弦材料用优质琴钢弦由此决定了对弹性体材料要求；弹性极限要求σs＞800N／mm2；线膨胀系数α＝11.6～11.7×10－6mm／mm℃；良好的可加工性，要求可锻性和切削加工性能均要好，同时具有良好的淬透性。弹性极限低，则强度不够；线膨胀系数不一致，则影响传感器精度；弹性极限及线膨胀系数符合要求，而淬透性差，则产生淬火裂纹。根据上述情况使用40CrNiMoA合金结构钢能很好地满足要求，此钢强度高 σs＞850N／mm2，通过热处理可达到σs＞1300N／mm2，低温冲击韧性很高，无回火脆性、淬透性良好，线膨胀系数α＝11.4～11.7×10－6mm／mm℃。
由于弹性体的线膨胀系数与振弦的线膨胀系数非常接近，所以温度附加错差的量值也相当小。
本实用新型第二实施例为了不同量程(大到0～500KN，小到0～100N)设计灵活性，可以采用完全相同的振弦参数，在保持振弦有效长度不变的情况下，通过适当改变等圆环的中径和环壁厚度，来调整传感器的量程。小量程还缩小传感器体积。同时弹性体还可设计成如图3所示(承受荷载的受力凸台〔26〕、〔29〕，弹性体〔2〕)，振弦加强凸台〔28〕、〔30〕设计在等圆环的外向左右侧。弹性体也可以设计成如图4所示，弹性体〔33〕，振弦加强凸台〔31〕、〔34〕、〔32〕、〔35〕，设计在等圆环环壁内侧及等圆环的外向左右两侧。
权利要求
1.一种由弹性体、荷载受力凸台、空间垂直交错的两根振弦及两组线圈组成的双振弦式测力传感器，其特征在于弹性体[1]上整体加工固定振弦的横向和竖向两对对称的加强凸台[11]、[13]和[10]、[12]。
2.根据权利要求
1所述的双振弦式测力传感器，其特征是弹性体的材料为40CrNiMoA。
3.根据权利要求
1或2所述的双振弦式测力传感器，其特征在于两对对称的加强凸台〔11〕、〔13〕和〔10〕、〔12〕上分别加工通孔〔18〕、〔19〕和〔16〕、〔17〕，它们的轴线在空间垂直交错。
4.根据权利要求
3所述的双振弦式测力传感器，其特征在于两根振弦〔2〕、〔3〕分别通过夹头〔20〕、〔21〕和〔22〕、〔23〕，用紧固螺丝〔4〕、〔5〕和〔6〕、〔7〕固定在通孔〔16〕、〔17〕和〔18〕、〔19〕中。
5.根据权利要求
4所述的双振弦式测力传感器，其特征在于夹头〔20〕、〔21〕和〔22〕、〔23〕的前部，各开一个平底槽，平底槽的位置设计在紧固螺丝的中心线上，并将振弦〔2〕、〔3〕的端点位于此中心线上。
专利摘要
双振弦式测力传感器是利用振动弦的频率来测量力值的传感器。是在弹性体上整体加工固定振弦的两组对称的加强凸台，克服现有技术中弹性体与支架联接而造成的安装困难。振弦在空间垂直交错，并且弹性体材料的选择与振弦具有相同热膨胀系数，结构上保证了两弦有关参数的一致，使两弦的温度频率系数不仅小而且具有一致的特性，可应用于计量部门及工业控制过程检测等处的静压式力值测量。
文档编号G01L1/10GK86206602SQ86206602
公开日1987年10月3日 申请日期1986年12月18日
发明者李劭, 徐瑞兰 申请人:机械部上海工业自动化仪表研究所