[其他]提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法

说明书

本发明提供了一种新的提高电阻应变式测力传感器灵敏度的设计方法。在结构上采用了附加弹性元件，电阻应变片贴于附加弹性元件上，而附加弹性元件以机械或物理方法与本体弹性元件相联接，在不降低传感器结构刚度的情况下，通过改变附加弹性元件到本体弹性元件变形中心的距离有效地提高传感器的灵敏度。应用在切削测力仪上效果尤其明显。如用在八角环式磨削测力仪上，在不改变原测力仪结构的条件上，测力仪的灵敏度可提高２０多倍。

本发明属于电阻应变式测力传感器。

通常的电阻应变式测力传感器的核心部分是贴有电阻应变片的弹性元件。现在广泛采用的弹性元件有柱（杆、板筒）式、环式、梁式、剪幅式等几何形式。采用这些结构弹性元件的测力传感器一般只有固定的灵敏度，且因弹性元件的几何尺寸受到贴片要求、综合性能要求（如刚度等）及加工条件的限制，灵敏度很难大幅度提高。如：对于柱式弹性元件的测力传感器，其弹性元件的应变值∑与弹性元件的截面积A成反比，减小截面积A可以提高传感器的灵敏度，但因弹性元件的刚度与其截面积A成正比，随着截面积A的减小刚度又要下降，形成矛盾;对于梁式弹性元件的测力传感器，其弹性元件的应变值∑与弹性梁的长度L成正比，增加梁长L可以提高传感器的灵敏度，但同时弹性梁的刚度又与梁长L的三次方成反比，随着梁长L的增加刚度急剧下降，亦形成矛盾;对于其它形式弹性元件的分析也可看到类似的情况，即在提高传感器灵敏度与保证其刚度之间存在矛盾是通常的电阻应变式测力传感器的一个特点。

在专利号为CN-85201086的专利文件中，提出了一种拉（压）剪组合式负荷传感器。它是由弹性体本体和剪切削两部分所组成，可以进行灵敏度的调整。但是这种传感器通过改变弹性体本体上变形区筒形截面积来实现灵敏度调整的，要提高灵敏度就会引起弹性体本体刚度下降，仍然没有解决灵敏度与刚度之间的矛盾。

本发明的目的就是在不降低传感器结构刚度的情况下提高传感器的灵敏度。

本发明采用了一个或一组附加弹性元件，先将应变片贴于该附加弹性元件上，再将附加弹性元件以机械或物理方法与本体弹性元件相联接。当外力作用时，本体弹性元件产生的变形就传递给附加弹性元件使其获得相应的变形。

下面结合附图及实施例对本发明作详细描述。

附图1.柱式测扭传感器原理图。（a）为主视图，（b）为

A-A剖面图。

附图2.梁式测力传感器原理图。（a）为主视图，（b）为A向视图

从附图中可以看出，本体弹性元件（2）和附加弹性元件（3）之间通过各自的刚性联接件（5）、（6）以机械或物理联接物（1）相联接（如螺纹联接、胶接、焊接等），应变片（4）贴于附加弹性元件（3）上，感受从本体弹性元件（2）传递到附加弹性元件（3）的应变。

在附图1情况下，应变片（4）所感受的应变值正比于比值RL/1（其中R是附加弹性元件（3）到本体弹性元件（2）变形中心的距离，L是本体弹性元件（2）的长度，1是附加弹性元件（3）的长度）。由于R是由刚性联接体（5）、（6）的几何尺寸所决定，改变R与传感器结构刚度无关，且当R＞r时（其中r是本体弹性元件（2）的半径），可以在附加弹性元件（3）上获得较本体弹性元件（2）上更大的应变值，因此，通过增加R可以在不降低传感器结构刚度的情况下提高传感器灵敏度。

在附图2情况下，应变片（4）所感受的应变值正比于比值HL²/1（其中H是附加弹性元件（3）到本体弹性元件（2）变形中心的距离，L，1同前）。由于H是由刚性联接体（5）、（6）的几何尺寸所决定，改变H与传感器结构刚度无关，因此，通过增加H可以在不降低传感器结构刚度的情况下提高传感器灵敏度。

为得到良好的效果，在设计中一般要使本体弹性元件（2）的刚度大于附加弹性元件（3）的刚度，且附加弹性元件（3）与本体弹性元件（2）之间的联接刚度远大于附加弹性元件（3）本身的刚度，这样有利于充分利用本体弹性元件（2）上所产生的变形。

根据本发明设计的传感器在钻削、磨削等切削测力仪的应用中效果明显。比如，用于八角环式磨削测力仪上，在不改变原测力仪结构的条件下，测力仪的灵敏度提高20多倍，其它性能指标不变。