[发明专利]具有偏载隔离功能的测力称重传感器及其隔离测量方法

权利要求书

1.具有偏载隔离功能的测力称重传感器，包括弹性体和组成电桥的应变片，其特征在于，所述的弹性体包括变形控制体（1）和设置在变形控制体（1）内的变形测量区，变形测量区包括贴片区（2）、分别设置在贴片区（2）上下端的刚性过渡区（3）和与刚性过渡区（3）连接的柔性弯矩隔离区（4）；柔性弯矩隔离区（4）和贴片区（2）为相互垂直的薄片。

2.根据权利要求1所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，弹性体还包括设置在变形控制体（1）上端的上接头（7）和设置在变形控制体（1）下端的下接头（8）。

3.根据权利要求1所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，变形测量区上粘有四个应变片，变形测量区的贴片区（2）前表面（5）粘帖有两个应变片，与贴片区（2）前表面（5）对应位置的贴片区（2）后表面（6）粘帖有两个应变片。

4.根据权利要求3所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，贴片区（2）前表面（5）的两个应变片分别为第一横应变片（21）和第一竖应变片（22），贴片区（2）后表面（6）的两个应变片分别为第二横应变片（23）和第二竖应变片（24），所述的第一横应变片（21）和第二横应变片（23）均为横向粘帖，第一竖应变片（22）和第二竖应变片（24）均为竖向粘帖；所述的四个应变片通过导线连接成惠斯通电桥。

5.根据权利要求1所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，变形控制体（1）为长方体或圆柱体，所述的变形控制体（1）上设有圆孔（10），圆孔（10）与变形控制体（1）形成一个环形体。

6.根据权利要求1所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，上接头（7）和下接头（8）为圆柱体或带螺纹的圆柱体。

7.根据权利要求1所述的具有偏载隔离功能的测力称重传感器，其特征在于，整个弹性体为一体式加工而成的合金钢弹性体或合金铝弹性体。

8.一种偏载力隔离测量方法，其特征在于，包括权利要求4所述的具有偏载隔离功能的测力称重称重传感器，需要测量的是作用到所述传感器的作用力P，当作用力P作用到上接头（7）和下接头（8）时，偏载引起等效干扰弯矩Mx、My被相互正交的柔性弯矩隔离区（4）和贴片区（2）所形成的柔性铰有效隔离，使得Mx、My不会影响到贴片区（2）的测量；再利用惠斯通电桥进行作用力P的测量；作用力P与惠斯通电桥的输出信号S之间可利用公式S=CP计算，得出惠斯通电桥的输出信号S与作用力P的大小成正比。

9.根据权利要求8所述的一种偏载力隔离测量方法，其特征在于，所述传感器的输出信号S即惠斯通电桥的输出信号S可表示成：

S=14(ΔR1R1-ΔR2R2+ΔR3R3-R4R4)]]>

=K4(ϵ1-ϵ2+ϵ3-ϵ4)]]>

根据弹性力学，ε₂=-με₁，令其中ε₁=ε₃，ε₂=ε₄；

惠斯通电桥的输出信号S可表示成：S=K（1+μ）ε₁；

式中R₁、R₂、R₃和R₄分别为第一横应变片（21）、第一竖应变片（22）、第二横应变片（23）和第二竖应变片（24）的电阻，△R₁、△R₂、△R₃、△R₄分别为各应变片电阻值R₁、R₂、R₃、R₄受力后产生的电阻变化量；K为应变片系数，μ为弹性体材料的泊松比，ε₁、ε₃为弹性体贴片区（2）的受力轴线方向的应变，ε₂、ε₄为弹性体贴片区（2）与受力后泊松比引起的横向压缩应变；K（1+μ）为常数，ε₁由变形控制体的材料特性、尺寸及作用力P决定；对于特定的传感器，材料特性及尺寸不变，于是所述传感器输出与作用力P之间的关系可表示成：

S=CP；对特定的传感器C为常数。