具有簡化調(diào)整的桿狀力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種桿狀力傳感器，其可以比已知的桿狀力傳感器更容易地調(diào)整。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知以下桿狀力傳感器:其中分別借助在桿狀測(cè)量體或變形體上安裝的應(yīng)變傳感 器檢測(cè)變形體的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變。隨后，可以由通過應(yīng)變傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)來求取 待測(cè)量的力。如果其設(shè)置用于構(gòu)造天平，則所述力傳感器也稱作稱重單元(WSgezelkQ)。
[0003] 在所述類型的桿狀力傳感器中需要耗費(fèi)的調(diào)整，所述調(diào)整也稱作旋轉(zhuǎn)調(diào)整。由此， 在變形體或應(yīng)變傳感器中應(yīng)當(dāng)?shù)挚褂芍圃鞗Q定的公差并且使力傳感器對(duì)側(cè)方影響或橫向 力影響不敏感并且因此對(duì)力導(dǎo)入方面的變化不敏感。
[0004] 旋轉(zhuǎn)調(diào)整如下實(shí)施。桿狀力傳感器的一端夾緊在保持裝置中。力傳感器通過加載 裝置負(fù)載在其另一端上。所述過程在保持裝置連同已夾緊的力傳感器相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)90°之后再 重復(fù)三次。由力傳感器在不同轉(zhuǎn)動(dòng)位置處的測(cè)量值推斷出是否需要調(diào)整。如果是這樣，則再 次多次轉(zhuǎn)動(dòng)力傳感器并且進(jìn)行通過材料磨損的機(jī)械調(diào)整和/或進(jìn)行電調(diào)整。替代地，調(diào)整也 可以通過以下實(shí)施:不使力傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，而使負(fù)載裝置轉(zhuǎn)動(dòng)。在該情形中，對(duì)于機(jī)械調(diào)整需 要多個(gè)材料磨損裝置或可轉(zhuǎn)動(dòng)的材料磨損裝置。
[0005] 旋轉(zhuǎn)調(diào)整需要越來越多的轉(zhuǎn)動(dòng)和負(fù)載。因此，旋轉(zhuǎn)調(diào)整的實(shí)施是耗費(fèi)的。
[0006] 在EP 0 800 064 B1闡述了一種上述類型的桿狀力傳感器并且描述了對(duì)于所述力 傳感器進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)調(diào)整。在DE 44 16 442 A1中詳細(xì)描述了所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整。
[0007] 甚至在所述旋轉(zhuǎn)調(diào)整之后，由于以下效應(yīng)存在測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤的危險(xiǎn)。如果通過 在變形體的端側(cè)端部上的力導(dǎo)入面將力相對(duì)于桿狀構(gòu)造的變形體的縱軸線不完全同軸地 導(dǎo)入和/或附加的橫向力起作用，則變形體在橫向于縱軸線的方向上不均勻地、即單側(cè)地變 形。換言之，變形體向一側(cè)傾斜并且相對(duì)于其縱軸線非同軸地變形，由此力線不再以期望的 方式延伸。這導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的錯(cuò)誤。
[0008] 除旋轉(zhuǎn)調(diào)整以外，例如也還進(jìn)行溫度調(diào)整，從而在上述類型的已知的桿狀力傳感 器中總共采取多個(gè)調(diào)整措施。
[0009] 由gb 2 162 322 A也已知一種具有圓柱形壓縮體（Staudik_6rper)的桿狀力傳感 器，待檢測(cè)的力作用在該壓縮體的端面上。所述桿狀力傳感器具有兩個(gè)相對(duì)于力方向縱向 定向的并且彼此相對(duì)置的長孔，所述長孔的基面構(gòu)成接片，施加到相對(duì)于力方向縱向以及 橫向布置的應(yīng)變測(cè)量條帶上。接片在力方向上在應(yīng)變測(cè)量條帶前方和后方分別具有連續(xù)的 孔。由兩個(gè)孔決定地，在力的作用時(shí)力線在側(cè)方在兩個(gè)孔旁延伸經(jīng)過。由此，應(yīng)變測(cè)量條帶 所位于的、壓縮體中間的力線分布也越來越不均勻。兩個(gè)孔的直徑越大以及它們與應(yīng)變測(cè) 量條帶的間距越小，則越少的力線延伸經(jīng)過接片的位于應(yīng)變測(cè)量條帶之間的區(qū)域。力傳感 器的靈敏度可以通過加深和/或擴(kuò)展兩個(gè)長孔的方式增大。通過增大兩個(gè)孔的直徑可以減 小所述靈敏度。
[0010]在GB 2 162 322 A中所描述的力傳感器通過材料磨損影響測(cè)量行為，以便增大具 有線性特征曲線的測(cè)量范圍。在此，通過加深和/或擴(kuò)展兩個(gè)長孔的方式來增大力傳感器的 靈敏度，通過增大兩個(gè)孔的直徑的方式來減小力傳感器的靈敏度。因此，應(yīng)當(dāng)借助線性特征 曲線非常準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)測(cè)量范圍。這是迭代且耗費(fèi)的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種力傳感器，其中所述力傳感器在沒有通過材料磨損的 機(jī)械調(diào)整和/或電調(diào)整以補(bǔ)償所述力傳感器的變形體或所述力傳感器的應(yīng)變傳感器中的由 制造決定的公差的情況下高度線性地工作并且提供非常準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
[0012] 所述任務(wù)借助根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1所述的力傳感器來解決。所述力傳感器的有利 擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中說明。
[0013] 根據(jù)權(quán)利要求1，用于測(cè)量壓力和/或拉力的力傳感器包括一個(gè)桿狀變形體和至少 四個(gè)應(yīng)變傳感器，所述桿狀變形體至少具有前側(cè)、后側(cè)、左側(cè)、右側(cè)、上端側(cè)和下端側(cè)，所述 至少四個(gè)應(yīng)變傳感器安裝在所述變形體上并且設(shè)置用于測(cè)量變形體的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng) 變。在前側(cè)上，在變形體的中心縱軸線與中心橫軸線之間的交點(diǎn)的區(qū)域中設(shè)置前方長形凹 部。與所述前方長形凹部相對(duì)置地，在后側(cè)上設(shè)置后方長形凹部。在左側(cè)上，至少一個(gè)左上 缺口設(shè)置在中心橫軸線上方，并且至少一個(gè)左下缺口設(shè)置在中間橫軸線下方。與左側(cè)上的 缺口分別相對(duì)置地，在右側(cè)上設(shè)置至少一個(gè)右上缺口和至少一個(gè)右下缺口。中心橫軸線與 前方長形凹部和左上缺口之間的最短連接線之間的角不小于17°且不大于29°。
[0014] 變形體的在其前側(cè)和后側(cè)上具有長形凹部、在其左側(cè)和右側(cè)上具有缺口以及完全 確定的角的特定構(gòu)型引起:變形體在待測(cè)量的壓力的作用時(shí)朝左側(cè)并且朝右側(cè)對(duì)稱地延 展。在待測(cè)量的拉力的作用時(shí)，所述變形體相應(yīng)地從左側(cè)并且從右側(cè)對(duì)稱地收縮。這在不完 全同軸地作用的力時(shí)和/或在附加的橫向力的影響時(shí)也分別適用。
[0015] 對(duì)稱的變形通過以下實(shí)現(xiàn):在以完全確定的方式方法布置的長形凹部與缺口之間 分別保留僅僅一個(gè)薄的接片。由此，實(shí)現(xiàn)一種類型的"活節(jié)效果(Gelenkenwirkung)"。這引 起對(duì)稱的變形。
[0016] 當(dāng)中心橫軸線與最短連接線之間的角不小于17°且不大于29°時(shí)，該效果特別顯 著。這獨(dú)立于力傳感器的額定載荷地適用。
[0017] 因此，力傳感器在其制造之后在沒有通過材料磨損的機(jī)械調(diào)整和/或電調(diào)整以補(bǔ) 償變形體或應(yīng)變傳感器中的由制造決定的公差的情況下、尤其在沒有旋轉(zhuǎn)調(diào)整的情況下也 對(duì)干擾力影響不敏感。由此，可以放棄耗費(fèi)的調(diào)整措施并且可以更容易地調(diào)整力傳感器。此 外，所述力傳感器具有高的線性度和測(cè)量精確度，這在對(duì)測(cè)量精確度的正常要求時(shí)完全足 夠。如果存在上述特征，則這獨(dú)立于力傳感器的額定載荷地總是適用。
[0018] 根據(jù)權(quán)利要求2,長形凹部分別基本上橢圓形地構(gòu)造。
[0019] 在長形凹部的橢圓形或近似橢圓形的構(gòu)型中，所述長形凹部通常凸地構(gòu)造。如果 缺口同樣普遍凸地構(gòu)造，則在凹部與缺口之間分別存在恰好一個(gè)最薄位置。這有利于變形 體不僅在待測(cè)量的壓力的作用時(shí)而且在待測(cè)量的拉力的作用時(shí)的對(duì)稱變形。此外，借助旋 轉(zhuǎn)對(duì)稱的工具可以好地制造基本上橢圓形的長形凹部。
[0020] 根據(jù)權(quán)利要求3,缺口分別基本上部分圓形地構(gòu)造。
[0021] 在缺口的部分圓形或近似部分圓形的構(gòu)型中，所述缺口普遍凸地構(gòu)造。如果長形 凹部同樣普遍凸地構(gòu)造，則在凹部與缺口之間分別存在恰好一個(gè)最薄位置。這又有利于變 形體不僅在待測(cè)量的壓力的作用時(shí)而且在待測(cè)量的拉力的作用時(shí)的對(duì)稱變形。此外，借助 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的工具可以好地制造基本上部分圓形的缺口。
[0022]根據(jù)權(quán)利要求4,前方長形凹部和后方長形凹部分別相對(duì)于交點(diǎn)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別相對(duì)于中心橫軸線對(duì)稱地布置。 [0023]長形凹部的定心布置以及缺口的對(duì)稱布置引起:待測(cè)量的壓力和拉力的力線均勻 地分布在變形體中。由此，變形體也均勻地變形。
[0024]根據(jù)權(quán)利要求5,在前方長形凹部中設(shè)置至少四個(gè)前方凹部并且與它們分別相對(duì) 置地在后方長形凹部中設(shè)置至少四個(gè)后方凹部，其中可以分別涉及連續(xù)的或不連續(xù)的凹 部。
[0025 ]通過前方和后方凹部以期望的方式方法支持變形體的對(duì)稱變形。
[0026] 根據(jù)權(quán)利要求6,在力測(cè)量時(shí)橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之間的比例處于55%與72%之 間。
[0027] 借助橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之間的所述比例(對(duì)于由金屬組成的力傳感器、例如在 EP 0 800 064 B1中所描述的力傳感器而言，所述比例顯著不同于橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之 間的約30%的通常比例），在變形體的特定構(gòu)型中達(dá)到最好的測(cè)量結(jié)果。
[0028] 根據(jù)權(quán)利要求7,在前方長形凹部中設(shè)置至少兩個(gè)前方應(yīng)變傳感器并且在后方長 形凹部中設(shè)置至少兩個(gè)后方應(yīng)變傳感器。前方應(yīng)變傳感器中的一個(gè)和后方應(yīng)變傳感器中的 一個(gè)相對(duì)于交點(diǎn)定心地布置并且設(shè)置用于測(cè)量縱向應(yīng)變。前方應(yīng)變傳感器中的一個(gè)和后方 應(yīng)變傳感器中的一個(gè)相對(duì)于中心橫軸線正交地延伸并且包括中心橫軸線的中間平面偏心 地布置并且設(shè)置用于測(cè)量橫向應(yīng)變。
[0029] 通過用于測(cè)量縱向應(yīng)變的應(yīng)變傳感器相對(duì)于交點(diǎn)的定心，所述應(yīng)變傳感器分別布 置在以下位置處:在那里所述應(yīng)變傳感器提供最好的測(cè)量結(jié)果。用于測(cè)量橫向應(yīng)變的應(yīng)變 傳感器的偏心布置對(duì)由所述力傳感器輸出的測(cè)量值具有小的影響，所述應(yīng)變傳感器同樣不 能分別布置在所述位置處。其測(cè)量結(jié)果對(duì)所輸出的測(cè)量值比應(yīng)變傳感器的對(duì)于測(cè)量縱向應(yīng) 變的測(cè)量值起更小的作用。
[0030] 根據(jù)權(quán)利要求8,在前方長形凹部中設(shè)置至少三個(gè)前方應(yīng)變傳感器，并且在后方長 形凹部中設(shè)置至少三個(gè)后方