CN101868705A - 偏心负载补偿的负载测量单元 - Google Patents

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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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Abstract

一种电容性负载测量单元，具有因负载产生变形的整体膜和机械连接的导电面，并且它们安装在电极载体的每一侧，其中，安装在电极载体的每一侧的导电电极，面向机械连接的导电面，以形成两个或多个传感器电容。

Description

偏心负载补偿的负载测量单元
技术领域
本发明涉及一种用于测量机械负载和力的负载测量单元，包括弹性体，该弹性体配有用于测量由待测负载或力加载产生的膜的变形的传感器。
背景技术
图1所示的负载测量单元是众所周知的用于测量压缩力或负载的设计。通常为圆柱形的弹性负载测量单元本体1与边缘2一起放置在支撑结构上，并且负载通过负载测量单元顶部上的负载按钮4施加至膜3。绝缘的电极载体5借助于弹性支撑件7安装在负载测量单元本体1的空腔6内。应用在电极载体5上的导电层8与膜3的底部形成传感器电容，当膜因待测负载或力产生变形时，传感器电容的值改变。电子模块9将传感器电容转换为通过电缆管道被传至负载测量单元的外部的信号。膜10将负载测量单元的空腔6封闭。
当偏心地施加负载或当负载具有不平行于负载测量单元轴的分力时，来自测量变形或应变的传感器的信号(在已知设计中)与校正值不同。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有电极的电容性负载测量单元，该电极设置用于补偿偏心负载或相对于负载测量单元的轴成一定角度被施加负载。
根据本发明，该目的通过布置机械连接的导电面实现，该导电面因待测负载或力产生变形，该导电面在由绝缘材料制成的电极载体的每一侧，其中，安装在电极载体的每一侧的导电电极，面向机械连接的导电面，以形成两个或多个传感器电容。在本发明的优选的实施例中，机械连接的导电面配备有用于调节传感器电容的面积或间隙的装置。
这样地，根据本发明，可以以较高的精确度测量偏心地或相对于负载测量单元的轴成一定角度地施加的负载和力。
附图说明
现在进一步在下面详细描述本发明。
具体实施方式
根据图1示出的已知设计的元件，图2示出了具有附加的导电面11的元件，该元件机械地连接至由膜3底部组成的导电面上。
通过将导电面11的内圆周安装在弹性体1的圆柱形部件12上，实现了连接。
图2中，机械连接的导电面11的外圆周安装在弹性体1的圆柱形部件的内壁上。这样，连接的导电面11的变形将紧随在膜3的变形之后。
导电面11和导电层13形成了传感器电容，用于绝缘电极载体5的底部。
图3示出了具有上面的电极8的绝缘电极载体5。
图4示出了具有下面的电极13的绝缘电极载体5。
优选地，电极载体5可以由高稳定性的陶瓷材料制成，并且优选地，电极8和13可以通过厚膜工艺用作为银电极。
电极8和13的内径和外径可以相同或不同，但是优选地，该区域将设置为与膜3同中心。为了实现测量的最佳线性，将电极8和膜3之间的这些直径和距离以及电极13和连接的导电面11之间的距离联合起来选择。
图5示出了机械连接的导电面11的实施例，其具有用于将平面11安装至弹性体1的圆柱形部件的内壁的装置14，以及用于将导电面11连接至弹性体1的圆柱形部件12的装置15。连接的导电面11中的切口16可以调整11的变形，以实现膜3的变形和平面11之间的适当的关系。
图6示出了机械连接的导电面11的实施例，其具有用于将表面11安装至弹性体1的圆柱形部件的内壁的装置14，以及用于将导电面11连接至弹性体1的圆柱形部件12的装置15。连接的导电面11中的切口16可以调整11的变形，以实现膜3的变形和平面11之间的适当的关系。通过切口17使得弹性体1和机械连接的导电面11之间的热膨胀系数差异在周围温度改变时相等。
传感器电容的电极和电容之间的距离的非线性关系影响电容性负载测量单元对于偏心负载和力的灵敏度。在偏心负载施加在图1所示的负载测量单元上时，膜主要在负载施加的一侧发生变形，并且膜3的相对侧变形程度较小。
基于传感器电容的非线性特性，在距离更小、灵敏度更高的情况下，图1所示的负载测量单元将根据偏心负载给出更高的信号。
本发明公开的实施例，如图2所示，通过连接的导电面11，当偏心加载时以近似相应于膜3变形的方式变形。由于电极8和13差动地连接至测量电子模块9的电容上，因此高度补偿了偏心负载的效果。可以修改电极8和13的内径和外径以用于调整补偿。
图7示出具有机械连接的导电面11的本发明实施例，其中导电面仅仅利用其内圆周安装在圆柱形部件12上。因此机械连接的导电面11将跟随圆柱形部件12的运动而改变，但与膜3变形的方式不同。中心负载与电极13一同组成差动传感器电容的一部分，并且差动传感器电容的另一部分由膜3和电极8组成。
当偏心加载时，图7所示的本发明实施例通过连接的导电面11，以近似相应于膜3倾斜的方式倾斜。通过修改电极8和13的内径和外径，可以实现高度补偿。由于传感器电极18距离负载测量单元中心较远，因此对于机械连接的导电面11的倾斜更灵敏，但是对于中心负载的传感器电容8和13也同样灵敏。通过修改直径以修改传感器电容18的面积，将有可能利用电子模块中的这种信号调整偏心负载的补偿。
图8示出了根据图7所示优选的机械连接的导电面11的实施例。机械连接的导电面11通过装置15安装在圆柱形部件12上，并且切口17能使11和圆柱形部件12之间的热膨胀差异均衡。切口16可以使所示的机械连接的导电面11的四个区段与只通过以适当方式弯曲它们中的一个或多个来单独调整的传感器电容13和18之间有距离。
图9示出了根据本发明的负载测量单元的优选实施例，其中一个附加的机械连接的导电面18位于圆柱形部件12上，为传感器电容提供电极8。
本实施例的优点在于，机械连接的导电面11和机械连接的导电面18的特性和变形相同。
图10示出了根据本发明的负载测量单元的优选的实施例的电极载体，其中电极表面8和13中的一个或两个被分成电极区域的两个或多个区段。在图10中，优选地示出了三个区段，但是不必通过电子模块9对每个区段分别测量。本实施例的优点在于，可以分别调整电极区域的特性。
这里根据本发明优选实施例的图示以及对其的说明，本领域的技术人员可以对这里明确示出的结构进行修改和改进。
因此，本发明不限于特定公开的结构。例如，可以根据应用情况来改变机械连接的导电面11中安装的装置14和15以及切口16和17的数目和位置。作为另一例子，电极载体本身不必由绝缘材料制成，而可以由任一种合适的、尺寸固定的材料制成，该材料使用了绝缘层或绝缘部件用以支撑电容电极。
膜3和负载测量单元本体1之间的横向槽也可以被调整，即在不将过多应力传递至负载测量单元本体1的前提下使膜3充分变形。

Claims (7)

1.一种负载测量单元，具有弹性体，所述弹性体具有整体膜和安装在所述弹性体中空腔内的电容传感器，所述电容传感器用于当待测负载或力加载时测量所述膜的变形，其特征在于，因所述待测负载或力产生变形的机械连接的导电面安装在由绝缘材料制成的电极载体的每一侧，其中，安装在所述电极载体的每一侧的导电电极，面向所述机械连接的导电面，以形成两个或多个传感器电容。
2.根据权利要求1所述的负载测量单元，其特征在于，因所述待测负载或力产生变形的所述机械连接的导电面安装在电极载体的每一侧，其中，安装在所述电极载体的每一侧的导电电极，面向所述机械连接的导电面，以形成两个或多个传感器电容。
3.根据权利要求1或2所述的负载测量单元，其特征在于，所述机械连接的导电面中的一个是所述弹性体的所述整体膜的内表面，并且另一个机械连接的导电面利用其内圆周安装在负载测量单元本体1的圆柱形部件12上以及利用其外圆周安装至所述弹性体1的所述圆柱形部件的内壁上。
4.根据权利要求1或2所述的负载测量单元，其特征在于，所述机械连接的导电面中的一个是所述弹性体的所述整体膜的所述内表面，并且另一个机械连接的导电面利用其内圆周安装在所述负载测量单元本体1的所述圆柱形部件12上。
5.根据权利要求1或2所述的负载测量单元，其特征在于，所述两个机械连接的导电面，一个安装在所述电极载体的上面并且另一个安装在所述电极载体的下面，所述两个机械连接的导电面都利用其所述内圆周安装在所述负载测量单元本体1的所述圆柱形部件12上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的负载测量单元，其特征在于，安装在所述电极载体的每一侧的一个或多个电极区域沿着它们的圆周被分成两个或多个部段。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的负载测量单元，其特征在于，安装在所述电极载体的每一侧的一个或多个所述电极区域被分成两个或多个部段。
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