專利名稱：軸向力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸向力傳感器，該軸向力傳感器具有關(guān)于傳力軸 線旋轉(zhuǎn)對稱的、形成測量彈簧的變形體和成對地布置在相反指向的應(yīng) 變區(qū)域中的、連接成電阻電橋的應(yīng)變片。
背景技術(shù)：
所述的也稱為測力計的軸向力傳感器借助于電阻電橋?qū)⒃谛纬蓽y
量彈簧的變形體的區(qū)域中的與有待測量的軸向力成比例的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為 電信號。所述電阻電橋通常構(gòu)造為具有四個測量用電阻的惠斯通全電
橋(Vollbriicke )。
對于這種電橋電路來說，所述電阻電橋的由應(yīng)變片構(gòu)成的電阻在 變形體受負荷時相應(yīng)成對地被加栽相反指向的應(yīng)變(具有不同符號的 應(yīng)變)。在常規(guī)的軸向力傳感器中，所述變形體的符合這些條件并且 因此適合于接納應(yīng)變片的區(qū)域通常在空間上彼此遠離，從而實際上排 除了緊湊的測力元件的使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)是，構(gòu)造開頭所述類型的軸向力傳感器，使 得經(jīng)受相反指向的應(yīng)變的應(yīng)變片在空間上靠近彼此地進行布置。
按本發(fā)明，該任務(wù)通過以下方式得到解決，即所述變形體具有在 出現(xiàn)軸向力時在徑向上發(fā)生應(yīng)變的中央的接納孔，該接納孔的孔邊通 過一個環(huán)形框與一個與所述接納孔軸向間隔開地布置的變形盤相連 接。該變形盤的盤邊在徑向上突出超過所述環(huán)形框，并且所述應(yīng)變片 成對地在所述環(huán)形框的直徑的內(nèi)部和外部布置在所述變形盤的端面 上。
在所述變形體經(jīng)受軸向壓力負荷時在所述接納孔的孔邊上出現(xiàn)的 在圓周上均勻分布的徑向的應(yīng)變引起所述變形盤的變形，使得處于所 述環(huán)形框的直徑內(nèi)部的、具有其中一對應(yīng)變片的區(qū)域得到負的應(yīng)變(壓 縮)，而同時所述盤邊的處于所述環(huán)形框的直徑外部的、具有另一對 應(yīng)變片的區(qū)域得到正的應(yīng)變。
如果代替壓力比如通過連接螺紋向所述變形體施加拉力，那么所說明的應(yīng)變情況相反。在所述環(huán)形框的直徑內(nèi)部的區(qū)域中出現(xiàn)正的應(yīng) 變，而在所述盤邊上則出現(xiàn)負的應(yīng)變(壓縮).所述軸向力傳感器因 此可以構(gòu)造為壓力傳感器和/或拉力傳感器。由此從所述形成測量彈簧 的變形體的孔邊的因負荷引起的相同指向的應(yīng)變中產(chǎn)生兩個具有相反 指向的應(yīng)變的區(qū)。在此，可以檢測到以相應(yīng)的測量方向應(yīng)用的應(yīng)變片 的徑向的或者切向的應(yīng)變。由此以最佳的方式提供用于惠斯通全電橋 的機械前提。
優(yōu)選所述兩對應(yīng)變片相對于所述環(huán)形框的中間的直徑以近似相同
的徑向間距來布置。在此有利的是，所迷應(yīng)變片彼此間以90。的角距來 布置。
在本發(fā)明構(gòu)思的改進方案中，所述環(huán)形框和所述變形盤形成一體 的傳感器本體，該傳感器本體與所述形成測量彈簧的變形體的孔邊相 連接。所述裝備有應(yīng)變片的傳感器本體形成一種用于對所述測量彈簧 的孔邊的與負荷成比例的變形進行檢測的緊湊的測量元件。這個傳感 器本體可以裝入不同大小和不同構(gòu)造的測量彈黃中，其中對所述測量
彈簧僅僅提出這樣的要求，也就是它具有用于所述傳感器本體的接納 孔，該接納孔的孔邊依賴于負荷發(fā)生變形。
因為所述傳感器本體不是處于有待測量的軸向力的力線上，所以 它可以不依賴于所述軸向力傳感器的相應(yīng)規(guī)定的額定負荷構(gòu)造成具有 非常微小的固有剛度并且因此也可以安裝在用于小負荷的測量彈簧 中。
所述裝入軸向力傳感器的測量彈黃的接納孔中的傳感器本體將所 述接納孔的徑向變形分為相反的應(yīng)變，并且由此形成用于通過全電橋 電路進行最佳的應(yīng)變檢測的基礎(chǔ)。
特別有利的是，除了所述形成電橋電路的應(yīng)變片之外也可以在所 述傳感器本體上的最小的表面上安裝補償電阻和用于零點平衡的元 件。因此，如此提供的傳感器特別不容易受干擾因素的影響。尤其在 很大程度上將在空間上彼此遠離的應(yīng)變片上的溫差對測量過程的干擾 排除了。
所述形成全電橋的應(yīng)變片、補償電阻和用于零點平衡的電阻可以 一起構(gòu)造在有待施加在傳感器本體上的支座上，從而使一種另外的具 有應(yīng)變片、焊接支撐點及類似結(jié)構(gòu)的傳感器本體的應(yīng)用失效。由此，利用如此提供的傳感器可以以低廉的成本給軸向力傳感器配設(shè)標準化 的傳感裝置。
本發(fā)明構(gòu)思的其它有利的設(shè)計方案是其它從屬權(quán)利要求的主題。


下面借助于在附圖中示出的實施例對本發(fā)明進行詳細解釋。其中
圖l是處于未受負荷的狀態(tài)中的軸向力傳感器的軸向剖面圖，
圖2是按圖1的處于受負荷的變形的狀態(tài)中的軸向力傳感器，其
中為更清楚地顯示起見夸大示出了變形，
圖3是在圖1和2中示出的軸向力傳感器的傳感器本體連同施加
在其上面的應(yīng)變片，其中在圖表中關(guān)于所述傳感器本體的變形盤的直
徑繪出了應(yīng)變，并且
圖4是所述傳感器本體的沿圖3中的箭頭IV的方向的視圖，其中
示意示出了將所述應(yīng)變片聯(lián)接成惠斯通全電橋。
具體實施例方式
在圖l和2中示出的軸向力傳感器具有形成測量彈簧的變形體l， 該變形體基本上構(gòu)造為缽狀的。所述變形體l的圓柱形的環(huán)2與缽底3 連接成一體的，所述缽底3具有軸向突出的傳力環(huán)4。如在圖2中示意 示出的一樣，將有待測量的壓力F施加到所述傳力環(huán)4上并且通過支 撐環(huán)5傳遞到支撐面6上。
所述缽底3在其中央的區(qū)域中構(gòu)造為基本上易于彎曲的薄膜環(huán)7， 該薄膜環(huán)7包圍著接納孔8。
在所述接納孔8中優(yōu)選通過材料連接安置一體的傳感器本體9。
所述傳感器本體9具有環(huán)形框10，該環(huán)形框IO在所示出的實施例 中構(gòu)造為空心圓柱形的環(huán)。所述環(huán)形框10通過徑向突出的傳力法蘭11 與所述接納孔8的孔邊12相連接。
所述環(huán)形框10與一個與所述接納孔8軸向間隔開地布置的較薄的 變形盤13相連接，該變形盤13的盤邊14在徑向上突出超過所述環(huán)形 框IO。
所述安置在接納孔8中的傳感器本體9及施加在其上面的應(yīng)變片 的細節(jié)在圖3和4中示出。
所迷變形盤13在其端面(在圖1-3中處于下面)上具有四個應(yīng)變 片15、 16和17、 18。盡管這些應(yīng)變片15-18如從圖4中看出的一樣實際上彼此間以90°的角距來布置，但是這些應(yīng)變片15-18為更清楚地示 出起見在圖3中以剖切面示出，
可以看出，在所迷測量彈簧在軸向力作用下變形時在所述環(huán)形框 IO的直徑內(nèi)部的區(qū)域中在所述變形盤13的端面13a上出現(xiàn)壓縮(負的 徑向的或者切向的應(yīng)變)，這種壓縮由施加在那里的應(yīng)變片17和18 檢測。
在所述盤邊14上同時出現(xiàn)正的徑向的或切向的應(yīng)變，該應(yīng)變由在 那里施加在端面上的應(yīng)變片15到18檢測。
在所示出的實施例中，所述應(yīng)變片15、 16以徑向的測量方向?qū)嵤? 取而代之，所述應(yīng)變片也可以以切向的測量方向?qū)嵤?，用于檢測在那 里同時沿圓周方向出現(xiàn)的應(yīng)變，
所述軸向力傳感器作為壓力傳感器來說明。如果如此設(shè)計所述變 形體l，從而也可以比如通過(未示出的)連接螺紋來承受拉力，那么 可以將其構(gòu)造為壓力和/或拉力傳感器。
如在圖4中示出的一樣，所述應(yīng)變片15、 16和17、 18聯(lián)接成電阻 電橋，在此示出該電阻電橋的電壓源V和信號輸出端S。在實際的實 施例中，在所述應(yīng)變片15、 16和17、 18上的絕對應(yīng)變值的比例大約 是1:4。
權(quán)利要求
1. 軸向力傳感器，具有關(guān)于傳力軸線旋轉(zhuǎn)對稱的、形成測量彈簧的變形體和成對地布置在相反指向的應(yīng)變區(qū)域中的、連接成電阻電橋的應(yīng)變片，其特征在于，所述變形體(1)具有在出現(xiàn)軸向力時徑向發(fā)生應(yīng)變的中央的接納孔(8)，該接納孔(8)的孔邊(12)通過環(huán)形框(10)與一個與所述接納孔(8)軸向間隔開地布置的變形盤(13)相連接，該變形盤(13)的盤邊(14)在徑向上突出超過所述環(huán)形框(10)，并且所述應(yīng)變片(15-18)成對地在所述環(huán)形框(10)的直徑的內(nèi)部和外部布置在所述變形盤(13)的端面上。
2. 按權(quán)利要求l所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述應(yīng)變片 (15-18)以徑向的測量方向應(yīng)用。
3. 按權(quán)利要求l所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述應(yīng)變片 (15-18)以切向的測量方向應(yīng)用。
4. 按權(quán)利要求1到3中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述兩對應(yīng)變片(15、 16; 17、 18)相對于所述環(huán)形框(10)的中間 的直徑以近似相同的徑向間3巨布置。
5. 按權(quán)利要求1到4中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述應(yīng)變片(15-18)彼此間以卯。的角距來布置。
6. 按權(quán)利要求1所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述環(huán)形框 (10)和所述變形盤(13)形成一體的傳感器本體(9)，該傳感器本體(9)與所述形成測量彈簧的變形體(1)的孔邊(12)相連接。
7. 按權(quán)利要求6所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述環(huán)形框 (10)具有徑向突出的、與所述孔邊(12)相連接的傳力法蘭(11)。
8. 按權(quán)利要求1到7中任一項所述的軸向力傳感器，其特征在于， 所述環(huán)形框(10)構(gòu)造為空心圓柱形的環(huán)。
9. 按權(quán)利要求6所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述變形體 (1)構(gòu)造為近似缽狀的并且其缽底(3)具有接納傳感器本體(9)的接納孔(8)。
10. 按權(quán)利要求9所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述缽底 (3)在其將所述接納孔(8)包圍的區(qū)域中構(gòu)造為基本上易于彎曲的薄膜環(huán)(7)。
11. 按權(quán)利要求9所述的軸向力傳感器，其特征在于，所述缽底(3)具有軸向突出的傳力環(huán)(4)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸向力傳感器，該軸向力傳感器具有關(guān)于傳力軸線旋轉(zhuǎn)對稱的、形成測量彈簧的變形體(1)和成對地布置在相反指向的應(yīng)變區(qū)域中的、連接成電阻電橋的應(yīng)變片(15、18)。所述變形體(1)具有在出現(xiàn)軸向力時徑向發(fā)生應(yīng)變的中央的接納孔(8)，該接納孔(8)的孔邊(12)通過環(huán)形框(10)與一個與所述接納孔(8)軸向間隔開地布置的變形盤(13)相連接。該變形盤(13)的盤邊(14)在徑向上突出超過所述環(huán)形框(10)。所述應(yīng)變片(15、18)成對地在所述環(huán)形框(10)的直徑的內(nèi)部和外部布置在所述變形盤(13)的端面上。
文檔編號G01G3/14GK101432609SQ200780015746
公開日2009年5月13日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月3日
發(fā)明者J·霍斯-馮沃夫拉姆斯多夫, O·喬斯特 申請人:泰科思有限責任公司