CN101432609A - 轴向力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴向力传感器，该轴向力传感器具有关于传力轴线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体(1)和成对地布置在相反指向的应变区域中的、连接成电阻电桥的应变片(15、18)。所述变形体(1)具有在出现轴向力时径向发生应变的中央的接纳孔(8)，该接纳孔(8)的孔边(12)通过环形框(10)与一个与所述接纳孔(8)轴向间隔开地布置的变形盘(13)相连接。该变形盘(13)的盘边(14)在径向上突出超过所述环形框(10)。所述应变片(15、18)成对地在所述环形框(10)的直径的内部和外部布置在所述变形盘(13)的端面上。

Description

轴向力传感器
技术领域
本发明涉及一种轴向力传感器，该轴向力传感器具有关于传力轴线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体和成对地布置在相反指向的应变区域中的、连接成电阻电桥的应变片。
背景技术
所述的也称为测力计的轴向力传感器借助于电阻电桥将在形成测量弹簧的变形体的区域中的与有待测量的轴向力成比例的应变转换为电信号。所述电阻电桥通常构造为具有四个测量用电阻的惠斯通全电桥(Vollbrücke)。
对于这种电桥电路来说，所述电阻电桥的由应变片构成的电阻在变形体受负荷时相应成对地被加载相反指向的应变(具有不同符号的应变)。在常规的轴向力传感器中，所述变形体的符合这些条件并且因此适合于接纳应变片的区域通常在空间上彼此远离，从而实际上排除了紧凑的测力元件的使用。
发明内容
因此，本发明的任务是，构造开头所述类型的轴向力传感器，使得经受相反指向的应变的应变片在空间上靠近彼此地进行布置。
按本发明，该任务通过以下方式得到解决，即所述变形体具有在出现轴向力时在径向上发生应变的中央的接纳孔，该接纳孔的孔边通过一个环形框与一个与所述接纳孔轴向间隔开地布置的变形盘相连接。该变形盘的盘边在径向上突出超过所述环形框，并且所述应变片成对地在所述环形框的直径的内部和外部布置在所述变形盘的端面上。
在所述变形体经受轴向压力负荷时在所述接纳孔的孔边上出现的在圆周上均匀分布的径向的应变引起所述变形盘的变形，使得处于所述环形框的直径内部的、具有其中一对应变片的区域得到负的应变(压缩)，而同时所述盘边的处于所述环形框的直径外部的、具有另一对应变片的区域得到正的应变。
如果代替压力比如通过连接螺纹向所述变形体施加拉力，那么所说明的应变情况相反。在所述环形框的直径内部的区域中出现正的应变，而在所述盘边上则出现负的应变(压缩)。所述轴向力传感器因此可以构造为压力传感器和/或拉力传感器。由此从所述形成测量弹簧的变形体的孔边的因负荷引起的相同指向的应变中产生两个具有相反指向的应变的区。在此，可以检测到以相应的测量方向应用的应变片的径向的或者切向的应变。由此以最佳的方式提供用于惠斯通全电桥的机械前提。
优选所述两对应变片相对于所述环形框的中间的直径以近似相同的径向间距来布置。在此有利的是，所述应变片彼此间以90°的角距来布置。
在本发明构思的改进方案中，所述环形框和所述变形盘形成一体的传感器本体，该传感器本体与所述形成测量弹簧的变形体的孔边相连接。所述装备有应变片的传感器本体形成一种用于对所述测量弹簧的孔边的与负荷成比例的变形进行检测的紧凑的测量元件。这个传感器本体可以装入不同大小和不同构造的测量弹簧中，其中对所述测量弹簧仅仅提出这样的要求，也就是它具有用于所述传感器本体的接纳孔，该接纳孔的孔边依赖于负荷发生变形。
因为所述传感器本体不是处于有待测量的轴向力的力线上，所以它可以不依赖于所述轴向力传感器的相应规定的额定负荷构造成具有非常微小的固有刚度并且因此也可以安装在用于小负荷的测量弹簧中。
所述装入轴向力传感器的测量弹簧的接纳孔中的传感器本体将所述接纳孔的径向变形分为相反的应变，并且由此形成用于通过全电桥电路进行最佳的应变检测的基础。
特别有利的是，除了所述形成电桥电路的应变片之外也可以在所述传感器本体上的最小的表面上安装补偿电阻和用于零点平衡的元件。因此，如此提供的传感器特别不容易受干扰因素的影响。尤其在很大程度上将在空间上彼此远离的应变片上的温差对测量过程的干扰排除了。
所述形成全电桥的应变片、补偿电阻和用于零点平衡的电阻可以一起构造在有待施加在传感器本体上的支座上，从而使一种另外的具有应变片、焊接支撑点及类似结构的传感器本体的应用失效。由此，利用如此提供的传感器可以以低廉的成本给轴向力传感器配设标准化的传感装置。
本发明构思的其它有利的设计方案是其它从属权利要求的主题。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。其中：
图1是处于未受负荷的状态中的轴向力传感器的轴向剖面图，
图2是按图1的处于受负荷的变形的状态中的轴向力传感器，其中为更清楚地显示起见夸大示出了变形，
图3是在图1和2中示出的轴向力传感器的传感器本体连同施加在其上面的应变片，其中在图表中关于所述传感器本体的变形盘的直径绘出了应变，并且
图4是所述传感器本体的沿图3中的箭头IV的方向的视图，其中示意示出了将所述应变片联接成惠斯通全电桥。
具体实施方式
在图1和2中示出的轴向力传感器具有形成测量弹簧的变形体1，该变形体基本上构造为钵状的。所述变形体1的圆柱形的环2与钵底3连接成一体的，所述钵底3具有轴向突出的传力环4。如在图2中示意示出的一样，将有待测量的压力F施加到所述传力环4上并且通过支撑环5传递到支撑面6上。
所述钵底3在其中央的区域中构造为基本上易于弯曲的薄膜环7，该薄膜环7包围着接纳孔8。
在所述接纳孔8中优选通过材料连接安置一体的传感器本体9。
所述传感器本体9具有环形框10，该环形框10在所示出的实施例中构造为空心圆柱形的环。所述环形框10通过径向突出的传力法兰11与所述接纳孔8的孔边12相连接。
所述环形框10与一个与所述接纳孔8轴向间隔开地布置的较薄的变形盘13相连接，该变形盘13的盘边14在径向上突出超过所述环形框10。
所述安置在接纳孔8中的传感器本体9及施加在其上面的应变片的细节在图3和4中示出。
所述变形盘13在其端面(在图1-3中处于下面)上具有四个应变片15、16和17、18。尽管这些应变片15-18如从图4中看出的一样实际上彼此间以90°的角距来布置，但是这些应变片15-18为更清楚地示出起见在图3中以剖切面示出。
可以看出，在所述测量弹簧在轴向力作用下变形时在所述环形框10的直径内部的区域中在所述变形盘13的端面13a上出现压缩(负的径向的或者切向的应变)，这种压缩由施加在那里的应变片17和18检测。
在所述盘边14上同时出现正的径向的或切向的应变，该应变由在那里施加在端面上的应变片15到18检测。
在所示出的实施例中，所述应变片15、16以径向的测量方向实施。取而代之，所述应变片也可以以切向的测量方向实施，用于检测在那里同时沿圆周方向出现的应变。
所述轴向力传感器作为压力传感器来说明。如果如此设计所述变形体1，从而也可以比如通过(未示出的)连接螺纹来承受拉力，那么可以将其构造为压力和/或拉力传感器。
如在图4中示出的一样，所述应变片15、16和17、18联接成电阻电桥，在此示出该电阻电桥的电压源V和信号输出端S。在实际的实施例中，在所述应变片15、16和17、18上的绝对应变值的比例大约是1:4。

Claims (11)

1.轴向力传感器，具有关于传力轴线旋转对称的、形成测量弹簧的变形体和成对地布置在相反指向的应变区域中的、连接成电阻电桥的应变片，其特征在于，所述变形体(1)具有在出现轴向力时径向发生应变的中央的接纳孔(8)，该接纳孔(8)的孔边(12)通过环形框(10)与一个与所述接纳孔(8)轴向间隔开地布置的变形盘(13)相连接，该变形盘(13)的盘边(14)在径向上突出超过所述环形框(10)，并且所述应变片(15-18)成对地在所述环形框(10)的直径的内部和外部布置在所述变形盘(13)的端面上。
2.按权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，所述应变片(15-18)以径向的测量方向应用。
3.按权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，所述应变片(15-18)以切向的测量方向应用。
4.按权利要求1到3中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于，所述两对应变片(15、16；17、18)相对于所述环形框(10)的中间的直径以近似相同的径向间距布置。
5.按权利要求1到4中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于，所述应变片(15-18)彼此间以90°的角距来布置。
6.按权利要求1所述的轴向力传感器，其特征在于，所述环形框(10)和所述变形盘(13)形成一体的传感器本体(9)，该传感器本体(9)与所述形成测量弹簧的变形体(1)的孔边(12)相连接。
7.按权利要求6所述的轴向力传感器，其特征在于，所述环形框(10)具有径向突出的、与所述孔边(12)相连接的传力法兰(11)。
8.按权利要求1到7中任一项所述的轴向力传感器，其特征在于，所述环形框(10)构造为空心圆柱形的环。
9.按权利要求6所述的轴向力传感器，其特征在于，所述变形体(1)构造为近似钵状的并且其钵底(3)具有接纳传感器本体(9)的接纳孔(8)。
10.按权利要求9所述的轴向力传感器，其特征在于，所述钵底(3)在其将所述接纳孔(8)包围的区域中构造为基本上易于弯曲的薄膜环(7)。
11.按权利要求9所述的轴向力传感器，其特征在于，所述钵底(3)具有轴向突出的传力环(4)。
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