專利名稱：壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是應(yīng)用于壓片機上的測量機構(gòu)，特別涉及用于旋轉(zhuǎn)式壓片機的片重檢測和控制機構(gòu)。
背景技術(shù)：
壓片機是通過一對上、下壓輪分別并同時施力于一對上、下沖上，再由上、下沖同時擠壓中模內(nèi)的粉末狀物料(以下簡稱物料)，使其形成片劑來完成壓片過程的(見圖1)。由圖1可知，壓片力是上、下壓輪通過上、下沖，作用在物料上的力；而反壓力是物料受到擠壓時通過上、下沖的傳遞反作用于壓輪上的力。壓片力與反壓力是一對大小相等、方向相反、并且作用在一條直線上的作用力和反作用力。測量壓片力是壓片機的自動控制物料重量系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。目前壓片機基本上采用將應(yīng)變片作為敏感元件直接粘貼在被測物體(即壓輪架表面)上的方法來檢測壓片力的，較有代表的是用應(yīng)變片作為敏感元件測量壓片力機構(gòu)，其構(gòu)造是上壓輪與上壓輪架為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，另一端與上固定支點為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，上固定支點固定在機架上，金屬電阻膜(即應(yīng)變片)緊緊地粘貼在上壓輪架表面；而拉桿與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，下壓輪架一端與液壓缸為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，液壓缸固定在機架上，下壓輪架另一端與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架上。
其工作原理是當(dāng)上、下壓輪受反壓力的作用而發(fā)生彎曲變形并伸長，即發(fā)生應(yīng)變，(見圖4)，這時，緊貼在上壓輪架表面的金屬電阻膜(即應(yīng)變片)也相應(yīng)按比例伸長變薄，其電阻值的增大使得金屬電阻膜兩端的電壓變大。隨著反壓力的變大(或變小)，使得上、下壓輪架的應(yīng)變變大(或變小)，緊貼在上壓輪架表面金屬電阻膜也隨之按比例變薄(或變厚)，其電阻值和電壓則相應(yīng)地變大(或變小)，控制系統(tǒng)由此根據(jù)金屬電阻膜兩端電壓的大小變化測得壓片力的變化。
由于應(yīng)變片作為敏感元件直接粘貼在上壓輪架表面上，使得應(yīng)變片與上壓輪架一起構(gòu)成測量力、荷重、壓力以及扭矩等物理量的壓力傳感器，因而對壓輪架有較高的技術(shù)要求。事實上，這種結(jié)構(gòu)用來檢測壓片力存在的問題也不少，如壓片力的檢測精度低和不穩(wěn)定等等關(guān)鍵問題，這些與壓輪架所采用的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、零件的加工方式、應(yīng)變片在壓輪架表面的粘貼質(zhì)量、以及作用在壓輪架上各個方向的力等等有關(guān)。
首先，壓輪架的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)不當(dāng)會影響壓片力的檢測精度。由于傳感器的功能主要將在待測物理量作用下產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電學(xué)量，而電學(xué)量的精確性又取決于傳感器的結(jié)構(gòu)類型和彈性體的材料等因素，所以，我們通常選用合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高強度鋁合金等材料作為彈性體。但從上、下壓輪架受力(可達(dá)100～200kN)來看，它不能選不銹鋼或高強度鋁合金等作其材料，只能選用合金結(jié)構(gòu)鋼。然而，由于合金結(jié)構(gòu)鋼的特性，其材料耗費、加工的技術(shù)難度、加工費用和廢品率等等要比一般優(yōu)質(zhì)碳素鋼來的高，譬如，用合金結(jié)構(gòu)鋼制作的上、下壓輪架在成本上要比優(yōu)質(zhì)碳素鋼高30％左右。除此之外，壓輪架結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，以及加工技術(shù)和質(zhì)量的不穩(wěn)定，都將影響壓片力的檢測精度。
其次，粘貼位置的不當(dāng)也會影響壓片力的檢測精度。應(yīng)變片的粘貼位置除了考慮反壓力的作用位置以外，還要考慮壓輪架的材料彈性因素。由于壓輪架的材料彈性模量受加工不穩(wěn)定性影響而不一致，往往造成應(yīng)變片的粘貼位置不確定，這也降低了壓片力的檢測精度。
此外，黏合劑的選擇和粘貼的操作方法不當(dāng)降低了壓片力的檢測精度。由于應(yīng)變片直接粘貼在被測物體上(即壓輪架表面)，因此，有關(guān)黏合劑的選擇和粘貼的操作方法等技術(shù)條件都相當(dāng)高的。譬如，不同的應(yīng)變片應(yīng)選擇不同的黏合劑；為了保證應(yīng)變片的粘貼完善，要根據(jù)不同應(yīng)變片及不同黏合劑對應(yīng)變片施加不同的壓力；并且還要嚴(yán)格控制黏合劑的固化條件和環(huán)境因素，等等。實際上，由于粘貼應(yīng)變片的工藝復(fù)雜性和操作高難度性，使其合格率降低。通常，應(yīng)變片的粘貼工作應(yīng)交由專業(yè)廠商來處理，但是由于壓輪架的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、加工技術(shù)和質(zhì)量、應(yīng)變片粘貼位置的選擇等種種原因，會導(dǎo)致其靈敏度和測量精度的降低。
還有，各個方向作用力的不確定性也降低了壓片力的測量精度。由于壓輪架的受力除了垂直方向的反壓力外，還受到其他方向作用力的影響，使得應(yīng)變片直接粘貼在上壓輪架表面的結(jié)構(gòu)抗干擾性差，造成壓片力的測量精度低。
可見，由于用應(yīng)變片作為敏感元件測量壓片力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)合理性和操作性較差，使得其實際技術(shù)特性降低，譬如其非線性誤差≥3％，重復(fù)性誤差≥±1％，蠕變(30分鐘)≥±1％，防護等級低等等，從而造成壓片力檢測精度低、性能不穩(wěn)定，最終影響壓片機的物料自動控制。用現(xiàn)有技術(shù)的壓片機所壓制片劑的重量差異限度當(dāng)片劑的平均重量＜0.3g時，片劑重量差異限度為±7.5％；當(dāng)片劑的平均重量≥0.3g時，片劑重量差異限度為±5％。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述的原因，本實用新型(即用應(yīng)變片壓力傳感器測量壓片力機構(gòu))考慮用較為簡潔的結(jié)構(gòu)和成熟的技術(shù)來解決現(xiàn)有測量壓片力技術(shù)中存在的技術(shù)特性低、性能不穩(wěn)定、可操作性差等問題，從而提高壓片力的測量精度，降低技術(shù)難度和制作成本，解決壓片機的物料自動控制問題。
本實用新型采用應(yīng)變片式壓力傳感器、以及根據(jù)杠桿原理，建立精確測量壓片力F的裝置(見圖1)。
其用應(yīng)變片壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)的構(gòu)造是上壓輪1與上壓輪架2為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，上壓輪架一端與拉桿3為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，另一端與上固定支點14為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)；拉桿3與調(diào)節(jié)機構(gòu)5為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架6上；下壓輪4與下壓輪架13為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，其特征在于，下壓輪架一端與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接(螺旋副)，另一端與塊12為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，塊12與頂桿10為固定連接，頂桿通過座9與應(yīng)變片壓力傳感器8相接觸，頂桿10在座內(nèi)可上下移動(移動副)，應(yīng)變片壓力傳感器與底板7固定連接。
上固定支點可固定在機架上15；座與底板一起可固定在機架6上。固接塊11固定連接著下壓輪架。
從結(jié)構(gòu)上來看，本實用新型中，應(yīng)變片式壓力傳感器、頂桿、座、底板等元件組成了壓力傳感器裝置，并將其直接置于下壓輪架的一端，反壓力通過下壓輪、下壓輪架和頂桿將力按比例地傳遞給應(yīng)變片式壓力傳感器。由杠桿原理而知，P＝F’*L2/(L1+L2) 公式(1)則F＝F’＝P*(L1+L2)/L2公式(2)式中L1，L2——壓輪中心至壓輪架兩端支點的固定距離。
從公式(2)得知，由于L1與L2是恒定值，則壓片力F與作用于應(yīng)變片式壓力傳感器上的力P成線性關(guān)系，而與壓輪架的材質(zhì)、材料變形和壓輪架結(jié)構(gòu)無關(guān)。當(dāng)我們從壓力傳感器裝置測得壓力P，根據(jù)公式(2)，由此可計算得壓片力F。
本實用新型的優(yōu)點是首先，由于采用了應(yīng)變片式壓力傳感器，因而避免了粘貼應(yīng)變片帶來的工藝、操作和合格率等一系列問題，其質(zhì)量、穩(wěn)定性和測量精度比應(yīng)變片直接粘貼在上壓輪架表面要好，譬如其非線性誤差＜0.2％，重復(fù)性誤差≤±0.07％，蠕變(30分鐘)≤±0.07％，防護等級為IP67等等，各項技術(shù)數(shù)據(jù)均優(yōu)于現(xiàn)有的技術(shù)。
其次，因為壓片力F與作用于應(yīng)變片式壓力傳感器上的力P成線性關(guān)系，與壓輪架的材質(zhì)和材料變形無關(guān)(見圖2)，所以，在受力允許的范圍內(nèi)，將壓輪架的材質(zhì)由合金結(jié)構(gòu)鋼改為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，既降低了材料成本、降低了相關(guān)技術(shù)要求和加工成本，又可提高零件的合格率。據(jù)統(tǒng)計，零件成本可降低30～40％，而零件合格率達(dá)到98％，比原有的提高了40％。
此外，應(yīng)變片式壓力傳感器除了受到垂直方向的壓力外，不會受到其他方向力的干擾，因此，抗干擾性好，檢測準(zhǔn)確度高。
還有，因為壓片力F與作用于應(yīng)變片式壓力傳感器上的力P成線性關(guān)系，與壓輪架的結(jié)構(gòu)無關(guān)(見圖2)，所以，本發(fā)明的壓輪架結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有的更簡潔，裝配更容易，可節(jié)省裝配人工1/3。用本實用新型的壓片機所壓制片劑的重量差異限度當(dāng)片劑的平均重量＜0.3g時，片劑重量差異限度為±4.0％；當(dāng)片劑的平均重量≥0.3g時，片劑重量差異限度為±2％，明顯高于用現(xiàn)有技術(shù)的壓片機40％～47％。


附圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是用應(yīng)變片壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和受力示意圖。
1上壓輪，2上壓輪架，3拉桿，4下壓輪，5調(diào)節(jié)機構(gòu)，6機架，7底板，8應(yīng)變片式壓力傳感器，9座，10頂桿，11固接塊，12塊，13下壓輪架，14上固定支點，15機架、16上沖、17粉末狀物料、18中模、19下沖、F壓片力、F’反壓力、P作用在應(yīng)變片式壓力傳感器上的力。
具體實施方式
用應(yīng)變片壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)，上壓輪1與上壓輪架2為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，上壓輪架一端與拉桿3為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，另一端與上固定支點14為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)；上固定支點固定在機架上15；拉桿3與調(diào)節(jié)機構(gòu)5為絲杠螺紋連接(螺旋副)，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架6上；下壓輪4與下壓輪架13為轉(zhuǎn)動連接(回轉(zhuǎn)副)，下壓輪架一端與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接(螺旋副)，另一端與塊12為鉸鏈?zhǔn)竭B接(回轉(zhuǎn)副)，塊12與頂桿10為固定連接，頂桿通過座9與應(yīng)變片壓力傳感器8相接觸，頂桿10在座內(nèi)可上下移動(移動副)，應(yīng)變片壓力傳感器與底板7固定連接。座與底板起固定在機架6上。固接塊11固定連接著下壓輪架。
權(quán)利要求1.一種壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)，上壓輪與上壓輪架為轉(zhuǎn)動連接，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈?zhǔn)竭B接，另一端與上固定支點為鉸鏈?zhǔn)竭B接；拉桿與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉(zhuǎn)動連接，其特征在于，下壓輪架一端與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接，另一端與塊為鉸鏈?zhǔn)竭B接，塊與頂桿為固定連接，頂桿通過座與應(yīng)變片壓力傳感器相接觸，頂桿在座內(nèi)可上下移動，應(yīng)變片壓力傳感器與底板固定連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)，其特征在于，上固定支點固定在機架上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的壓力傳感器測量壓片力機構(gòu)，其特征在于，座與底板一起固定在機架上；固接塊固定連接著下壓輪架。
專利摘要本實用新型是應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)式壓片機的片重檢測和控制機構(gòu)。上壓輪與上壓輪架為轉(zhuǎn)動連接，上壓輪架一端與拉桿為鉸鏈?zhǔn)竭B接，另一端與上固定支點為鉸鏈?zhǔn)竭B接；上固定支點固定在機架上；拉桿與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接，調(diào)節(jié)機構(gòu)固定在機架上；下壓輪與下壓輪架為轉(zhuǎn)動連接，下壓輪架一端與調(diào)節(jié)機構(gòu)為絲杠螺紋連接，另一端與塊為鉸鏈?zhǔn)竭B接，塊與頂桿為固定連接，頂桿通過座與應(yīng)變片壓力傳感器相接觸，頂桿在座內(nèi)可上下移動。本實用新型測量質(zhì)量、穩(wěn)定性和測量精度比應(yīng)變片直接粘貼在上壓輪架表面要好，譬如其非線性誤差＜0.2％，重復(fù)性誤差≤±0.07％，蠕變(30分鐘)≤±0.07％，防護等級為IP67等等，各項技術(shù)數(shù)據(jù)均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
文檔編號B30B15/00GK2686845SQ03256290
公開日2005年3月23日 申請日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者陳露真 申請人:上海天祥健臺制藥機械有限公司