具有简化调整的杆状力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种杆状力传感器，其可以比已知的杆状力传感器更容易地调整。
【背景技术】
[0002] 已知以下杆状力传感器:其中分别借助在杆状测量体或变形体上安装的应变传感 器检测变形体的纵向应变和横向应变。随后，可以由通过应变传感器产生的电信号来求取 待测量的力。如果其设置用于构造天平，则所述力传感器也称作称重单元(WSgezelkQ)。
[0003] 在所述类型的杆状力传感器中需要耗费的调整，所述调整也称作旋转调整。由此， 在变形体或应变传感器中应当抵抗由制造决定的公差并且使力传感器对侧方影响或横向 力影响不敏感并且因此对力导入方面的变化不敏感。
[0004] 旋转调整如下实施。杆状力传感器的一端夹紧在保持装置中。力传感器通过加载 装置负载在其另一端上。所述过程在保持装置连同已夹紧的力传感器相应转动90°之后再 重复三次。由力传感器在不同转动位置处的测量值推断出是否需要调整。如果是这样，则再 次多次转动力传感器并且进行通过材料磨损的机械调整和/或进行电调整。替代地，调整也 可以通过以下实施:不使力传感器转动，而使负载装置转动。在该情形中，对于机械调整需 要多个材料磨损装置或可转动的材料磨损装置。
[0005] 旋转调整需要越来越多的转动和负载。因此，旋转调整的实施是耗费的。
[0006] 在EP 0 800 064 B1阐述了一种上述类型的杆状力传感器并且描述了对于所述力 传感器进行的旋转调整。在DE 44 16 442 A1中详细描述了所述旋转调整。
[0007] 甚至在所述旋转调整之后，由于以下效应存在测量结果的错误的危险。如果通过 在变形体的端侧端部上的力导入面将力相对于杆状构造的变形体的纵轴线不完全同轴地 导入和/或附加的横向力起作用，则变形体在横向于纵轴线的方向上不均匀地、即单侧地变 形。换言之，变形体向一侧倾斜并且相对于其纵轴线非同轴地变形，由此力线不再以期望的 方式延伸。这导致测量结果的错误。
[0008] 除旋转调整以外，例如也还进行温度调整，从而在上述类型的已知的杆状力传感 器中总共采取多个调整措施。
[0009] 由gb 2 162 322 A也已知一种具有圆柱形压缩体（Staudik_6rper)的杆状力传感 器，待检测的力作用在该压缩体的端面上。所述杆状力传感器具有两个相对于力方向纵向 定向的并且彼此相对置的长孔，所述长孔的基面构成接片，施加到相对于力方向纵向以及 横向布置的应变测量条带上。接片在力方向上在应变测量条带前方和后方分别具有连续的 孔。由两个孔决定地，在力的作用时力线在侧方在两个孔旁延伸经过。由此，应变测量条带 所位于的、压缩体中间的力线分布也越来越不均匀。两个孔的直径越大以及它们与应变测 量条带的间距越小，则越少的力线延伸经过接片的位于应变测量条带之间的区域。力传感 器的灵敏度可以通过加深和/或扩展两个长孔的方式增大。通过增大两个孔的直径可以减 小所述灵敏度。
[0010]在GB 2 162 322 A中所描述的力传感器通过材料磨损影响测量行为，以便增大具 有线性特征曲线的测量范围。在此，通过加深和/或扩展两个长孔的方式来增大力传感器的 灵敏度，通过增大两个孔的直径的方式来减小力传感器的灵敏度。因此，应当借助线性特征 曲线非常准确地调节测量范围。这是迭代且耗费的过程。
【发明内容】
[0011]本发明的任务是，提供一种力传感器，其中所述力传感器在没有通过材料磨损的 机械调整和/或电调整以补偿所述力传感器的变形体或所述力传感器的应变传感器中的由 制造决定的公差的情况下高度线性地工作并且提供非常准确的测量结果。
[0012] 所述任务借助根据独立权利要求1所述的力传感器来解决。所述力传感器的有利 扩展方案在从属权利要求中说明。
[0013] 根据权利要求1，用于测量压力和/或拉力的力传感器包括一个杆状变形体和至少 四个应变传感器，所述杆状变形体至少具有前侧、后侧、左侧、右侧、上端侧和下端侧，所述 至少四个应变传感器安装在所述变形体上并且设置用于测量变形体的纵向应变和横向应 变。在前侧上，在变形体的中心纵轴线与中心横轴线之间的交点的区域中设置前方长形凹 部。与所述前方长形凹部相对置地，在后侧上设置后方长形凹部。在左侧上，至少一个左上 缺口设置在中心横轴线上方，并且至少一个左下缺口设置在中间横轴线下方。与左侧上的 缺口分别相对置地，在右侧上设置至少一个右上缺口和至少一个右下缺口。中心横轴线与 前方长形凹部和左上缺口之间的最短连接线之间的角不小于17°且不大于29°。
[0014] 变形体的在其前侧和后侧上具有长形凹部、在其左侧和右侧上具有缺口以及完全 确定的角的特定构型引起:变形体在待测量的压力的作用时朝左侧并且朝右侧对称地延 展。在待测量的拉力的作用时，所述变形体相应地从左侧并且从右侧对称地收缩。这在不完 全同轴地作用的力时和/或在附加的横向力的影响时也分别适用。
[0015] 对称的变形通过以下实现:在以完全确定的方式方法布置的长形凹部与缺口之间 分别保留仅仅一个薄的接片。由此，实现一种类型的"活节效果(Gelenkenwirkung)"。这引 起对称的变形。
[0016] 当中心横轴线与最短连接线之间的角不小于17°且不大于29°时，该效果特别显 著。这独立于力传感器的额定载荷地适用。
[0017] 因此，力传感器在其制造之后在没有通过材料磨损的机械调整和/或电调整以补 偿变形体或应变传感器中的由制造决定的公差的情况下、尤其在没有旋转调整的情况下也 对干扰力影响不敏感。由此，可以放弃耗费的调整措施并且可以更容易地调整力传感器。此 外，所述力传感器具有高的线性度和测量精确度，这在对测量精确度的正常要求时完全足 够。如果存在上述特征，则这独立于力传感器的额定载荷地总是适用。
[0018] 根据权利要求2,长形凹部分别基本上椭圆形地构造。
[0019] 在长形凹部的椭圆形或近似椭圆形的构型中，所述长形凹部通常凸地构造。如果 缺口同样普遍凸地构造，则在凹部与缺口之间分别存在恰好一个最薄位置。这有利于变形 体不仅在待测量的压力的作用时而且在待测量的拉力的作用时的对称变形。此外，借助旋 转对称的工具可以好地制造基本上椭圆形的长形凹部。
[0020] 根据权利要求3,缺口分别基本上部分圆形地构造。
[0021] 在缺口的部分圆形或近似部分圆形的构型中，所述缺口普遍凸地构造。如果长形 凹部同样普遍凸地构造，则在凹部与缺口之间分别存在恰好一个最薄位置。这又有利于变 形体不仅在待测量的压力的作用时而且在待测量的拉力的作用时的对称变形。此外，借助 旋转对称的工具可以好地制造基本上部分圆形的缺口。
[0022]根据权利要求4,前方长形凹部和后方长形凹部分别相对于交点定心地布置。此 外，左上缺口和左下缺口以及右上缺口和右下缺口分别相对于中心横轴线对称地布置。 [0023]长形凹部的定心布置以及缺口的对称布置引起:待测量的压力和拉力的力线均匀 地分布在变形体中。由此，变形体也均匀地变形。
[0024]根据权利要求5,在前方长形凹部中设置至少四个前方凹部并且与它们分别相对 置地在后方长形凹部中设置至少四个后方凹部，其中可以分别涉及连续的或不连续的凹 部。
[0025 ]通过前方和后方凹部以期望的方式方法支持变形体的对称变形。
[0026] 根据权利要求6,在力测量时横向应变与纵向应变之间的比例处于55%与72%之 间。
[0027] 借助横向应变与纵向应变之间的所述比例(对于由金属组成的力传感器、例如在 EP 0 800 064 B1中所描述的力传感器而言，所述比例显著不同于横向应变与纵向应变之 间的约30%的通常比例），在变形体的特定构型中达到最好的测量结果。
[0028] 根据权利要求7,在前方长形凹部中设置至少两个前方应变传感器并且在后方长 形凹部中设置至少两个后方应变传感器。前方应变传感器中的一个和后方应变传感器中的 一个相对于交点定心地布置并且设置用于测量纵向应变。前方应变传感器中的一个和后方 应变传感器中的一个相对于中心横轴线正交地延伸并且包括中心横轴线的中间平面偏心 地布置并且设置用于测量横向应变。
[0029] 通过用于测量纵向应变的应变传感器相对于交点的定心，所述应变传感器分别布 置在以下位置处:在那里所述应变传感器提供最好的测量结果。用于测量横向应变的应变 传感器的偏心布置对由所述力传感器输出的测量值具有小的影响，所述应变传感器同样不 能分别布置在所述位置处。其测量结果对所输出的测量值比应变传感器的对于测量纵向应 变的测量值起更小的作用。
[0030] 根据权利要求8,在前方长形凹部中设置至少三个前方应变传感器，并且在后方长 形凹部中设置至少三个后方